寿力1150XH/350型空压机散热系统改进与应用

2014-07-24李建成朱焕刚段光辉杨德京

压缩机技术 2014年6期

关键词：空压机隔板散热器

李建成，朱焕刚，段光辉，杨德京，邓霖

（中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营257017）

寿力1150XH/350型空压机散热系统改进与应用

李建成，朱焕刚，段光辉，杨德京，邓霖

（中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营257017）

随着寿力1150XH/350型空压机使用年限的增长，由于散热系统工作效率不足所引起的设备故障问题逐渐增多；并针对寿力1150XH/350型空压机出现高温停机等问题，进行了存在问题分析，对其散热系统的冷却方式、布置方式以及水箱进行了改进。

气体钻井；空压机；散热系统；高温；改进

1 引言

气体钻井是目前钻速最快、最经济的钻井方式之一，具有泥浆钻井所不具备的诸多优点。以气体作为介质，一方面能大幅提高机械钻度；另一方面作为循环介质的空气密度低，对井眼形成的压力较低，在钻井过程中不存在钻井液的漏失，能有效解决长段低压破碎性地层的钻井液的井漏复杂问题；同时在预防压差卡钻、发现和保护低压产层及环保等方面也具有明显的技术优势。

目前，气体钻井在国内外应用已相当广泛，中石化、中石油集团配套了多套气体钻井设备，其中空压机是其中最重要的气体发生设备，是保障气体钻井成功实施的基础设备。2006年底，中石化为胜利油田钻井工艺研究院引进配套了16台寿力1150XH/350型空压机，在气体钻井作业中发挥了巨大作用。但是，空压机的柴油机在近几年出现了高温报警、停机、传感器测量误差大以及气门阻卡等故障，严重影响机器正常运行，明显增加设备运行和维修成本［1］；同时空压机损坏导致停气操作、处理不当将导致卡钻等井下复杂情况，影响气体钻井的安全实施，也增加气体钻井成本。

2 存在问题分析

2.1 寿力1150XH/350型空压机使用现状

胜利油田钻井院的寿力1150XH/350型空压机额定气体排量32.5 m3/min，最大排气压力2.4 MPa，发动机为卡特C-15柴油机，功率392.5 kW。该机型在使用初期并未发生明显故障，只是在炎热夏季出现了水温高（94～96℃）和机体温度高（105～115℃）等高温的征兆。自2008年4月到2010年1月，机器普遍出现以下异常情况及故障：

（1）运行参数异常

现场运行过程中出现水温（水箱开锅）、排气温度、机油温度、机体温度等各参数的全面系统高温（如表1所示）。高温经常导致异常停机，夏季白天有3～4个月要靠人工淋水降温维持运转，特别是新疆等夏季高温地区即便在夜间仍需要维持淋水降温作业。淋水降温会引起散热器片结垢，导致散热器散热效率下降甚至报废。

（2）油料及元器件失效

空压机的全面高温导致机油粘度下降、传感器提前失效、管线密封失效、线路老化、水箱及油冷器提前损坏等问题。

（3）断气门、气门阻卡故障

炎热夏季引起高温停机，并导致驱动柴油机气门间隙在短时间内（工作200 h左右）显著减小。一旦发现不及时，将导致发生断气门等恶性事故。其中共有7台发动机出现现场断气门故障8次，厂内检修时发现气门阻卡4次，并有多台机器轴瓦磨损处颜色变蓝（高温产生）以及气门高温退火严重弯曲变形的现象。

赵拥军男，1964年出生于河南封丘，博士.现为解放军信息工程大学导航与空天目标工程学院教授、博士生导师，主要研究方向为雷达信号处理和阵列信号处理.

2.2 寿力1150XH/350型空压机高温原因分析

（1）设备老化导致散热效率下降：随着寿力1150XH/350型空压机使用年限的增长，其散热器工作效率自然降低，导致该机型散热系统的散热效果变差，系统温度超标，严重影响机器正常运行。

（2）冷却方式及散热系统布置方式不适应夏季高温环境：该机型发动机冷却方式为吸风冷却（如图1所示）。吸风式冷却风扇旋转产生气体流动，风冷气流依次经过柴油箱、后冷器（空压机排气后冷却器）、中冷器（柴油机进气冷却器）、油冷器（AWF油冷却器）、水箱（冷却液散热器）、柴油机壳体和空压机壳体，最后从封闭框架内部到达外部空间。自风扇处过来的空气温度太高，测试超过110℃，即吸风式冷却造成发动机冷却效果较差，机器各项温度参数均超标或接近上限值，最终导致空压机出现断气门、元器件失效和运行参数异常等现象。

因此，必须对寿力1150XH/350型空压机散热系统进行改进，彻底改善其散热效果，提高空压机的工作可靠性，消除其因散热系统问题带来的严重隐患。

3 系统改进措施

3.1 冷却方式及散热系统布置方式改进

通过存在问题分析可以发现，吸风式的冷却方式是导致以上设备故障的主要原因。因此，对寿力1150XH/350型空压机进行了排风式散热系统的改进，并优选了一种散热系统的布置方式如图2所示。此方案采用了排风式冷却风扇，并将空压机后冷器放到了空压机的前部，水箱调至散热器最后端。通过试验机体温度大大下降（10～20℃），其它各运行指标也都相应合格，很好的解决了寿力1150XH/350型空压机夏季高温问题。

3.2 水箱的结构改进

图1 1150XH型空压机的改造前设备布置图

表1 寿力1150XH/350型空压机夏季运行参数异常主要单位：℃

表2 散热系统改进后寿力1150XH/350空压机的运行参数表

图2 1150XH型空压机的改造后设备布置图

图3 改进后的水箱

可调变散热面积的水箱是在原水箱的上水室顶端开孔，分别在65%、70%、75%等位置加装隔板插槽，隔板放置在隔板插槽内，隔板放入后，用法兰将开孔密封。改进后的水箱竖向放置，工作时发动机气缸盖上流出温度较高的热水进入上水室，经散热器芯管冷却后流入下水室，由出水管流回发动机气缸盖。当上水室不放入隔板时，冷却液可以从图3所示的A、B方向经过散热芯管，散热面积最大；当在其中一个隔板插槽内放入隔板后，隔板右侧的B向水流消失。通过不同位置隔板的插入可以改变散热器的散热面积，从而解决发动机水箱冬季温度过低问题，保证空压机在冬季和夏季的全天候工作。

4 现场应用情况

寿力1150XH/350空压机在进行了冷却方式改进、散热系统布置方式，以及水箱改进后，分别在川东北地区应用8口井，中石化西部新区应用3口井应用过程中，空压机运行参数合格，未出现高低温报警、停机，以及气门阻卡等故障，很好地保障了气体钻井的安全顺利进行。其中具有代表性的4口井的现场运行数据如表2所示。

现场试验数据分析：

（1）经过对散热系统进行排风改进，空压机柴油机几项主要的参数数值均在正常值范围；

（2）新改进结构的可调散热面积水箱水温数据测试均在正常值范围内，具有对高温夏季、低温冬季良好的适用性。

5 结论

随着寿力1150XH/350型空压机使用年限的增长，由于散热系统工作效率不足所引起的设备故障问题逐渐增多。现场应用证明对该型空压机的冷却方式、散热系统布置方式以及水箱的改进是切实可行的。通过对散热系统的改进确实增强了空压机对不同季节环境温度的适应性，增加了空压机运行可靠性，降低了故障率和维修成本，保障了气体钻井的安全顺利进行。

［1］李群山.利用空气干燥装置提高增压机二级气阀寿命［J］.石油矿场机械，2008，37（7）：72-75.

［2］李文华，李蕊蕊，张益祥.改善空压机运行节能技术［J］.煤矿机械，2007，28（8）：173-174.

［3］欧阳焰啸.关于空压机节能方法的探索［J］.环境保护，2009，（5）：58-60.

［4］兰运良.空气压缩机技术［M］.西安：西北工业大学出版社，2008，10.

［5］邢子文.螺杆压缩机-理论、设计及应用［M］.北京工业出版社.

Improvement and Application of Sullair＇s 1150XH/350 Air Compressor Cooling System

LI Jian-cheng，ZHU Huan-gang，DUAN Guang-hui，YANG De-jing，DENG Lin
（Drilling Technology Research Institute of Shengli Petroleum Engineering Corporation Limited，Sinopec，Dongying 257017，China）

With the service life growth of Sullair＇s 1150XH/350 air compressor，equipment failure caused by inadequate cooling system efficiency is gradually increasing.In view of shutdown and other issues due to high-temperature appeared in 1150XH/350 Sullair＇s air compressor，we analyzed the existing problem and improved the cooling type，the arrangements and water tanks.

gas drilling；air compressor；cooling system；high temperature；improvement

TH45；TK414.2+12

1006-2971（2014）06-0046-04