JY5190TXL20型LNG洗井清蠟車研制與應用

張　鵬

(大慶石油管理局 松原機械總廠，吉林 松原 138000)

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JY5190TXL20型LNG洗井清蠟車研制與應用

張鵬

(大慶石油管理局 松原機械總廠，吉林 松原 138000)

摘要：傳統的清蠟方式存在能耗高、二氧化碳排放量大、成本高等缺點。研制了新型LNG洗井清蠟車，與傳統燃油和CNG洗井清蠟車相比，具有良好的安全性和經濟性。采用LNG為燃料，車上不需要設置柴油箱，簡化了設備的結構，設計了LNG轉化天然氣的供給系統與控制系統。現場試驗表明，該洗井清蠟車結構設計合理、操作方便、性能優良，具有較好的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：洗井清蠟車；LNG；傳動系統；燃氣供給系統

LNG作為清潔高效能源，其經濟性、環保性非常明顯。與柴油相比，成本低廉、可節省費用30%以上，與燃油車相比，LNG汽車有害物質排放量降低約85%。LNG作為動力在油田專用車上具有適應性[1-2]。

目前東北區域年產200萬噸LNG項目已經在吉林油田正式啟動，吉林油田已經在采購系列LNG燃料油田專用車。2014年研制了JY5190TXL20型LNG洗井清蠟車，并通過了車輛公告和產品檢測，為后續LNG專用車產品奠定基礎。

1技術分析

1.1結構簡述

JY5190TXL20型LNG洗井清蠟車組裝在重慶紅巖LNG底盤車上，如圖1所示。汽車大梁上裝有型鋼組焊成的金屬附架，由連接座固定在底盤車大梁上，附架前部裝有天然氣發電機組，發電機組為燃氣燃燒器和照明供電，燃料取自于底盤車上LNG儲液罐中的液態天然氣；中部裝有臥式三缸泵；后部裝有鍋爐和燃氣燃燒器，燃氣燃燒器的燃料也來自LNG儲液罐；尾端裝有冷、熱洗兩用的排出管匯。

1—底盤車；2—天然氣發電機組；3—傳動系統；4—燃氣供給系統；5—三缸柱塞泵；

1.2工作原理

汽車發動機通過取力器、萬向傳動軸將動力傳至三缸泵實現泵運轉。由于采用了天然氣發電機組和燃氣燃燒器，和柴油洗井清蠟車相比，車上不需要安裝柴油箱，因此減輕了車上部分的質量。液態LNG由儲氣瓶經氣化和減壓裝置轉變成常溫氣體輸送到發電機組和燃燒器中，為其提供燃料。

1.3主要技術參數

熱洗最高壓力

20MPa

熱洗最高溫度

160 ℃

冷洗最高壓力

35MPa

LNG氣瓶容量

495L×3個氣瓶

工作環境溫度

-40 ℃～40 ℃

工作時間(熱洗)

蒸汽鍋爐最長連續工作時間≤3.5h

整車尺寸

9.45m×2.5m×3.4m

整機質量

19t

1.4結構特點

1)底盤車選用紅巖CQ5325HTG455T型LNG底盤；發動機為濰柴動力股份有限公司WP12NG350E40型，功率247kW，轉速1900r/min；變速器為陜齒RT-11509C型。越野性能好，承載能力強，能夠滿足作業井場之間的移運。

2)整機采用車載一體式結構，即三缸泵使用底盤車動力。現場作業安裝時無需其他輔助設備，結構緊湊，移運方便。

3)天然氣發電機組為控制系統、燃氣燃燒器和照明提供電能。天然氣發電機組采用康明斯QC-15CW-QT1型天然氣發電機組，額定功率為15kW，功率因數0.8(滯后)。其燃料取自于底盤車上的LNG氣瓶。燃氣燃燒器為鍋爐提供熱源，選用TBG160P型(意大利進口百德燃氣燃燒系統)，其燃料也取自LNG氣瓶。與柴油洗井清蠟車相比，該設備不需要安裝柴油箱，不僅增加了車上空間，使得操作和保養更加方便，而且也減少了整車質量，使整車移運時動力更加充足。

4)控制系統采用大慶石油管理局松原機械總廠研發的人機交互系統。通過控制系統的觸摸屏來實現壓力設定、溫度設定、點火及大小火設定、過載設定、報警設定等自動控制，提高了洗井操作的安全性，且數據讀取方便、直觀、準確。

2關鍵技術

2.1傳動系統

該設備的傳動方式采用機械斷軸取力。汽車發動機動力經離合器、變速器后，經傳動軸傳至取力器(四軸箱)后分為2路：一路經傳動軸驅動汽車后橋，用于該車行駛；另一路經傳動軸、驅動三缸柱塞泵，如圖2所示。

2.1.1傳動部件參數

發動機型號

WP12NG350E40

額定功率

247kW

額定轉速

1 900r/min

變速器型號

陜齒RT-11509C

傳動比

12.36/7.35/5.20/3.77/2.76/

1.95/1.38/1.00/0.73/R12.93

四軸取力器箱減速比

1.533

三缸泵型號

3ZB35/120

型式

三缸單作用柱塞泵

水功率

120kW

最高壓力

35MPa

沖程

150mm

泵內減速比

4.5

柱塞直徑

?100mm

1—減速箱傳動軸；2—取力器(四軸箱)；3—三缸泵傳動軸；4—后橋傳動軸；5—三缸泵。

2.1.2泵的工作參數計算

泵的理論壓力=水功率/理論排量；泵的理論排量=π×柱塞泵半徑2×沖程×沖次×3缸；泵的沖次=發動機額定轉速/變速器減速比/四軸取力器箱減速比/三缸泵減速比。該計算出來的是理論排量和壓力，實際工作條件下比理論的較低，計算時以清水為介質。三缸柱塞泵工作參數如表1所示。

表1　三缸柱塞泵工作參數

2.2燃氣供給系統[3]

2.2.1供給流程

LNG是不能直接進入天然氣發電機組和燃氣燃燒中使用的，必須將LNG轉變為氣態天然氣。LNG轉變為氣態天然氣流程如圖3所示。

圖3　LNG轉變氣態天然氣流程

LNG從氣瓶出來，經過汽化器升溫(發動機冷卻系統的冷卻液產生的熱能)轉化成氣體，經過濾清器過濾后，分別進入減壓閥1和減壓閥2。減壓閥1和減壓閥2控制天然氣的壓力，使其穩定在燃燒器和發電機組工作壓力范圍內。

1)汽化器。將LNG轉化成氣態氣體。通過熱交換加熱LNG方式，將LNG氣瓶的LNG接入汽化器加熱，同時將LNG發動機里未經散熱的冷卻液接入汽化器腔體，用LNG發動機的熱能使LNG溫度升高，將LNG汽化成飽和氣態氣體。

2)電磁閥。設備只有在作業時才打開此電磁閥。

3)濾清器。過濾LNG里的細微雜質。LNG中不可避免地存在一些微小顆粒、雜質，為了避免LNG中的微小顆粒、雜質影響發電機組和燃燒器的正常工作，在LNG發動機燃氣管路上設置了濾清器。

4)減壓閥1。將過濾后的燃氣壓力降低到0.037 5～0.060 0MPa，以滿足燃燒器的壓力需求。

5)減壓閥2。將過濾后的燃氣壓力降低到0.001 875～0.003 000MPa，以滿足發電機組的壓力需求。

2.2.2汽化器的安裝及LNG管路設計

汽化器一般安裝在汽車(底盤)大梁上，或者布置在氣瓶框架上。汽化器使用發動機冷卻液來加熱LNG，設計汽化器支架時，應注意汽化器的安裝位置不能高于發動機散熱器頂部，否則會導致加熱水不能流經汽化器，造成汽化器結冰凍裂故障。

由于液化天然氣的溫度能低至-162 ℃左右，所以LNG發動機供氣系統中的燃料管路均要求具有耐低溫、耐腐蝕性，具有良好的低溫韌性、可焊接性能。由于管路在低溫下工作，材料的線膨脹系數要求盡可能小。本設備的LNG管路選擇純銅管，因為銅的換熱系數高，換熱效果好，焊接性能好，撓性大，易于成形，在滿足耐低溫、耐腐蝕的性能要求情況下，能消除汽車行駛中產生的振動。管路安裝應注意以下事項：

1)固定管路的管夾應有低溫要求，低溫管道盡量不要與汽車車架或者其他金屬(碳鋼)零件相接觸。

2)在低溫管路外徑上纏繞一層隔熱材料，以保證低溫管路在-40 ℃工作環境條件下不結霜。

3)管路應做成S型、O型或者U型，以保證管路起到緩沖作用。

4)裝配天然氣管路時，不得有水滴進入氣管內，以防止出現冰堵現象。

2.3控制系統

控制系統通常采用單片機或是溫控表形式，由單片機組成的控制系統穩定性差，故障率高；溫控表組成的控制系統，檢測數據量少，控制點數少。基于此，自行研制了一套控制系統，它是由PLC和觸摸屏(人機界面)組成，不僅解決了單片機和溫控表所帶來的問題，而且使得控制系統更加靈活。

洗井清蠟車系統控制框圖如圖4所示。PLC以及模擬量模塊將采集到的鍋爐溫度和壓力、燃燒器狀態和管匯的壓力傳送給觸摸屏，觸摸屏顯示各種現場數據，同時記錄下報警信號，也通過觸摸屏設定各種參數的上下限值。PLC根據鍋爐的壓力和溫度，來控制燃燒器的火的大小。

圖4　控制系統框圖

PLC選擇西門子公司S7-224模塊及模擬量4輸入擴展模塊EM231；觸摸屏選擇西門子TP170A工業觸摸屏。PLC通過S7-200編程電纜與觸摸屏連接[4]。

3現場試驗

2014-10，JY5190TXL20型LNG洗井清蠟車樣機制造完畢，經廠內調試后，在吉林油田乾安采油廠進行了現場試驗。共試驗5口油井，井號分別為情40-30、情42-28、情42-30、情42-32、情42-34。

用LNG洗井清蠟車作業后，油井上下行載荷及電流數據明顯下降，不但滿足熱洗清蠟的要求，而且其他效益非常明顯。

表2～3為LNG洗井清蠟車和柴油洗井清蠟車的洗井費用。在洗井相近的情況下，LNG洗井清蠟車熱效率高，燃料消耗少。柴油洗井清蠟車平均耗油量為57.50L/h，折算費用為￥350元/h；LNG洗井清蠟車平均耗氣量37kg/h，折算費用為￥226.5元/h。節省燃料費￥124.27元，節約率35.43%。

表2　LNG洗井清蠟車數據

表3　柴油洗井清蠟車數據

4結語

天然氣作為一種優質高效的清潔能源，是保護大氣環境的理想燃料，而LNG又是絕好的綠色能源。LNG石油專用車會逐步取代高能耗高污染的燃油石油專用車，提高能源利用率，降低環境污染，適合可持續發展。研制的LNG洗井清臘車具有諸多的優點，市場前景廣闊。

參考文獻：

[1]鐘偉，廖長纓，黃小美，等.車用LNG的發展現狀與市場前景分析[J].煤氣與動力，2013，33(1)：10-13.

[2]趙成義.LNG技術在石油企業生產領域的研究與應用[J].石油化工安全環保技術，2013，29(5)：54-58.

[3]何太平.LNG載貨汽車設計、使用與維修[M].北京：機械工業出版社，2013.

[4]陽勝峰，吳志敏.西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應用教程[M].北京：中國電力出版社，2013.

DevelopmentandApplicationofJY5190TXL20LNGWellFlushing-waxRemovalVehicle

ZHANGPeng

(Songyuan Machinery Factory，Daqing Petroleum Administration，Songyuan 138000，China)

Abstract：Traditional paraffin removal process has the following disadvantages，for an example，more equipment energy consumption，high discharge of CO2，as well as high expenses.JY5190TXL20 LNG well flushing-wax removal vehicle was developer，it has many advantages compared to the equipment use traditional fuel and CNG，and it provides security and economy.Using LNG as fuel，there is no necessity to equip a diesel tank the truck，thus simplifying the structure of the equipment，designing on the system of LNG converting gaseous，and controlling by advanced control system.The field test show that the well flushing-wax removal vehicle is rational in structural design and convenient in field hoisting and strong in the operating capacity，and it provides economy and social benefit.

Keywords：well flushing-wax removal vehicle；LNG；drive system；gas supply system

文章編號：1001-3482(2016)06-0072-05

收稿日期：2015-12-09

作者簡介：張鵬(1982-)，男，工程師，碩士，主要從事石油裝備設計工作，E-mail：lie-1234@163.com。

中圖分類號：TE935

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.06.016