淺析鉆井柴油機排煙余熱利用

靖濤

摘要：鉆井柴油機排出的煙氣可高達350-400度，造成了很大的能量浪費，采用柴油機排煙余熱利用裝置可以充分煙氣的熱量。本文對鉆井柴油機排煙余熱利用技術方案及指標進行分析，并設計出鉆井柴油機排煙余熱回收利用裝置，在實驗應用中取得了理想的效果。

關鍵詞：鉆井柴油機；排熱余熱再次利用；節能

鉆井柴油機尾氣排放溫度會達到350度左右，具有很高的煙品，如果可以進行回收利用可以實現很好的使用價值。依據鉆井柴油機組的配置情況，和井隊冬季供熱的實際需要求情況，深入分析柴油機煙氣回收應用的可行性，確定出井隊柴油機煙氣回收的方案，可以為防棚砂等裝置實現冬季供暖，可以節省冬季采用柴油暖風供暖現狀，起到了很好的節能效果，有效地減少鉆井施工作業成本。

1.鉆井柴油機排煙余熱利用研究內容和目標

為了更好地把井隊柴油機排煙余熱進行很好地利用，需要對換熱器裝置、余熱回收供熱流程和柴油機尾氣余熱回收供熱進行全面設計，柴油機余熱回收供熱系統是由供熱系統、熱交換器、換熱循環系統和儲水系統構成。需要對柴油機煙氣余熱回收利用安全性、投資效益等進行分件，并結合柴油機的實際煙氣情況，在冬季時柴油機類煙氣余熱實現再次利用，可以取代原來的電熱管來對柴油進行預熱，有效地節耗電能的消耗，可以在寒冷的冬季采用0號柴油，有效地減少了鉆井作業成本，避免向自然環境中排施污染物，起到了節能減排的目標。

結合井隊配置的動力設備，并根據燃料供給情況，對柴油機煙氣余熱回收利用方案進行分析，并分析鉆井設備生產過程中的運行參數。制定的方案需要滿足鉆井冬季保溫和供熱的要求，需要給柴油儲罐進行保溫，淘汰能耗較高的煤油鍋爐，還需要保證柴油機組的正常動轉。經過多次的方案論證和現場試驗，設計的柴油機余熱利用裝置，可以在冬季為各種設備提供很好的保溫效，可以達到節能設計目標，達到HSE環保要求，有效地減少鉆井成本。

2.鉆井柴油機排煙余熱利用技術方案及指標

需要設計出一種高效的熱交換裝置，可以安裝到柴油機組消音器部位，可以形成較小的負壓，不會對柴油機的正常運行造成干擾，還可以起到消音效果。采取的技術方案有：1）對鉆井隊柴油機排煙管和煙氣溫度進行監測和分析。2）設計出科學、合理的熱交換裝置，保證構造可以滿足使用要求，在保證安全使用的前提下改進和完善煙氣回收系統。3）合理裝配柴油機煙氣余熱回收利用系統，在冬季時在鉆井隊開展使用性能試驗，對運行數據進行采集和存儲，實現數據的對比分析，進一步改進柴油機煙氣回收利用系統。4）需要保證換熱器安裝的穩定、可靠，需要對支吊架進行合理設計。

結合井隊對柴油機煙氣的回收利用的實際情況，制定出的經濟技術指標有：1）利用回收到柴油機煙氣熱能來對儲油罐內的柴油進行預熱，從而取供原來的37kW電加熱裝置，避免電加熱帶來的安全隱患。2）使用0號柴油來取代原來采用的-20號柴油。3）為井隊鉆井作業人員提供熱水。4）柴油機煙氣回收利用可以起到節能減排的設計目標。

3.鉆井柴油機排煙余熱回收利用裝置

3.1裝置結構

柴油機排煙余熱回收裝置主要有熱交換器、管道和閥門配件、水箱、壓力儀表、溫度儀表和控制系統等，還有水箱與熱交換器相互間連接軟件管等。熱交換器內的煙氣管道采用鍋爐管道，安裝到柴油機消音器部位，柴油機尾氣煙囪采用法蘭連接，與尾氣出口部位形成整體，可以起到一定的消聲作用。水箱容積設計為0.5立方米，配置有供熱循環泵、換熱循環泵和備用泵。

3.2實現原理

水箱是柴油機排煙余熱系統的連接中樞，是煙氣使用流程的關鍵。主要由水倉及泵閥室構成。泵閥室中安裝兩套循環系統，需要首先向水倉內注滿水，打開控制閥門后使循環泵處于運行狀態，流動的水分經過柴油機煙氣換熱器，如果水溫超過50度需要啟動放熱系統。需要先把柴油加熱系統控制閥門打開，啟動熱水循環泵，熱水流過柴油儲罐加熱盤管實現對加熱。同時，吸熱和放熱循環系統開始運行，水倉是兩個循環系統的關鍵連接件，冷水通過柴油排煙余熱換熱器后經過循環系統實現對柴油儲罐的加熱，之后回流回到水倉。水倉設置了進、出水口實現水量的補充。吸熱系統熱量會不斷增加，為了保持熱平衡狀態，需要采用放熱系統進行控制，柴油儲罐的溫度與加熱的水溫有著直接的聯系，水溫可以通過柴油機排煙回收器進行控制，保證柴油儲罐處于5-15度。

4.試驗效果

柴油機排煙余熱回收利用裝置循環管線無法實現有效地保溫，主要用于對高架柴油儲罐進行供熱，可以在冬季使用0號柴油，保證兩臺熱交換器可以交替使用。從實現結果可以看出，換熱效率可以達到設計要求，換熱系統和供熱循環系統可以穩定可靠運行。室外溫度達到零下4度時，換熱器可以達到80.5度，柴油儲罐溫度為14.5度。柴油機排煙余熱回收利用裝置循環系統為普通水管，不具備很好的抗壓和耐高溫能力，在實驗過程中產生嚴重的變形，需要更換循環管線。采用鋼絲夾層橡膠軟管可耐受100度的熱水，可承受4兆帕壓力，接頭連接可靠，不會產生爆管現象。水箱與熱交換器相互間連接管路、水箱與柴油儲罐連接管都可以承受4兆帕的壓力，進入到12月中旬并沒發現出現管線異常問題。通過多次的試驗，鉆井作業現場可以正常使用0號柴油，柴油機排煙余熱回收裝置可以正常使用，柴油機運行情況正常，增壓器溫度處于正常水平，沒有形成很大的負壓，可以在冬季施工中起到很好的保溫效果，完全符合HSE施工要求，達到了設計的節能減排效果，有效地減少了鉆井施工作業成本。

5.結束語

通過現場試驗效果可以看出，柴油機排煙余熱回收裝置可以充分利用好尾氣的余熱，有效的提高了柴油機利用率，把冬季柴油替換成0號柴油，為鉆井隊伍提供有效的供暖，達到了節能減排要求，使作業成本進一步降低，可以在大范圍內推廣應用。

參考文獻：

[1]武金龍.鉆井用柴油機排煙余熱的利用[J].油氣田地面工程，2014，33（06）：97.

[2]董呈彬，張紅軍.鉆井平臺柴油機排煙管下行設計及余熱再利用[J].企業技術開發，2015，34（02）：11-12.

[3]劉向龍.海上采油設施主機余熱回收過程的熱力學研究[D].湖南大學，2016.