海洋平臺固井加重用無塵輸送設備設計研究

劉洪李，柯真軍，侯 林，廖 明

（1.中海油田服務股份有限公司油化事業部，河北廊坊 065201；2.中海油田服務股份有限公司油化事業部湛江作業公司，河北廊坊 065201）

0 引言

鉆井平臺日常作業，在利用混合水柜和批混撬混配鐵礦粉的過程中，目前存在人工配制，并且混配漏斗完全是開放式，導致鐵礦粉粉塵漫天飛揚。當前作業存在諸多問題，主要歸結為3個方面：①粉塵對空氣和海洋環境造成污染，影響平臺的作業和生活環境；②人工作業效率較低，且受天氣影響，不能滿足平臺緊張連續作業；③對作業人員的身心健康造成影響，包括人工投放物料時對混合水柜和批混撬上方作業人員可能造成意外傷害。

因此，研制開發具有我國自主知識產權的應用于海洋鉆井平臺的重介質負壓無塵輸送設備，以滿足鉆井平臺鉆井液配置中重介質粉料無塵化添加的需求。研制目標：研制一套以鐵礦粉為主要介質的負壓無塵專業輸送裝置，采用負壓原理、機械下料，對流量調節、粉塵處理等環節進行控制，實現生產機械化、自動化、高效化、無塵化，達到安全生產、環保作業的目標。

1 設計參數

設備主要滿足以下技術參數：①輸送物料，鐵礦粉250～1200 目；②輸送物料容重，2.8 t/m（3堆積密度）；③輸送能力，鐵礦粉輸送能力為10～15 t/h（250 目鐵礦粉）；④輸送方式，負壓方式為連續輸送，正壓倉式輸送小于15 次/h；⑤環境溫度，-15～+45 ℃，相對濕度≤95%（25 ℃時）；⑥系統允許的最大風量泄漏不超過6%；⑦分離設備部分粉塵排放濃度為＜40 mg/Nm3，排放阻力≤1700 Pa，除塵效率＞99.5%，輸送混合比＞21，平均輸送速度≤10.8 m/s；⑧適用防爆場所，II 類B 級T4 組；⑨防護級別IP65；⑩防腐等級，海洋環境C5-M 標準執行；設備制造小型化成撬，本次科研設備成撬后的尺寸要小于4600 mm×2500 mm×3000 mm。

2 關鍵技術

2.1 重介質無塵輸送工藝設計

根據工況和工藝特點選用真空與正壓結合的氣力輸送方式。輸送工藝為：袋裝鐵礦粉破袋后進入散裝倉，經過變頻定量給料機給入加速裝置，進入混合加速室；在混合加速室里物料與空氣混合，以真空泵產生的負壓為動力，將料氣混合物經由管道吸送到HGMRI 1000 型泵中，在泵內進行料氣分離，過濾過的空氣從真空泵排出，然后通過正壓加壓流化后輸送至指定水箱上的接收罐（圖1）。

圖1 重介質無塵輸送工藝

2.2 負壓轉正壓設計及粉體輸送轉運泵研制

重介質負壓無塵輸送設備采用負壓進料、正壓送料的方式實現鐵礦粉的自動化、無塵化輸送，負壓轉正壓的設計作為該套設備的核心技術，主要集成應用于HGMRI 1000 型輸送泵中（圖2）。HGMRI 1000 型泵是一套將負壓吸送功能和正壓輸送功能集成的設備，該套輸送系統由A 泵、B 泵共同組成，2 臺泵交替連續工作實現吸取和壓送物料的目的，是系統內的關鍵設備。主要有分離和輸送兩大功能：分離功能是通過設計制造旋流對沖結構使物料在泵內高效分離，同時大幅降低對設備的磨損和增加輸送效率，并將物料收集在泵內；輸送功能是通過采用物料自流動及流態化卸料原理設計合適流化和加壓裝置，然后通過底部的加速裝置將物料輸送至接收點后進行料氣分離。正壓輸送管道規格為Φ133 mm×5 mm，HGMRI 1000 型泵的合理有效尺寸為直徑1160 mm、高度3100 mm，該泵需要配置F3 氣動增壓閥門、F4 氣動輸送閥門、F5 氣動流化閥門，各種調節閥、逆止閥、止回過濾部件，各種軟連接、蝶閥、配套工藝管等。

2.3 系統配套無塵化噸袋拆包機設計

海上鉆井平臺配漿用鐵礦粉均為噸袋包裝，為滿足系統無塵化自動破袋及進料要求，設計與系統要求匹配的噸袋拆包機（圖3）。拆包機在自動破袋的基礎上，增加了拆袋室和塵氣出口，塵氣出口經管道與單配過濾除塵器或中央除塵系統相連，大大減少了特別是易揚塵物料對人體的傷害和環境污染。拆包機處理能力10 袋/h，拆包過程拆包機外無可見揚塵。該拆包機結構簡單緊湊、機體穩固性好、運行安全可靠，維修量小，操作人性化，工作可靠。

圖2 HGMRI 1000 型輸送泵

2.4 小型化撬裝結構設計

該系統工藝較為復雜，系統設備及部件較多，考慮到海洋鉆井平臺甲板空間受限，對系統整機進行小型化撬裝設計，將無塵化加料系統、正負壓交替轉運系統、動力系統、冷卻水制冷循環系統、控制系統等多系統加以集成撬裝，最終控制設備整體結構外廓尺寸為4500 mm（長）×2500 mm（寬）×3200 mm（高），充分考慮各方面問題，設備緊湊、檢修方便，達到最大空間利用的目的，滿足業主要求（圖4～圖7）。

圖5 重介質負壓輸送設備

圖6 作業平臺測試

3 創新點

3.1 重介質正負壓轉換全自動系統集成設計

系統利用負壓進料解決堆積容重2.8 t/m3的重介質無塵化進料問題，利用正壓輸送解決輸送距離及輸送效率問題，全自動化控制系統實現負壓轉正壓的自動化調節，將無塵化加料系統、正負壓交替轉運系統、動力系統、冷卻水制冷循環系統、控制系統等多系統加以集成，實現重介質的自動化無塵輸送。

圖7 HYSY944 平臺

3.2 輸送設備全系統無塵化解決方案

采用專用設計除塵拆包機，實現噸袋拆包無塵化；轉運泵內“旋流對沖進料結構設計+風力碰撞過濾板+褶皺式布袋除塵器”三級過濾除塵方案結合，實現分離部分粉塵排放濃度小于40 mg/m3；利用物料加速器補風結構連接吸風管+末端旋流料器分離及過濾一體下灰頭，解決末端揚塵的問題。

4 社會經濟效益

該設備為國內首臺套重介質負壓無塵化輸送設備，成功應用于HYSY944 平臺，完成了DF13-2-A3H 井7 英寸尾管固井中的配置隔離液作業。解決了海上平臺鉆、完井液配置中固體粉料自動化、無塵化添加問題，極大地解放人力、提高效率、保護環境。隨著技術的日趨成熟、產品的不斷升級和環保管控力度的加強，該設備有較為廣闊的推廣前景。