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(shù)方案及指標進行分析，并設(shè)計出鉆井柴油機排煙余熱回收利用裝置，在實驗應(yīng)用中取得了理想的效果。

關(guān)鍵詞：鉆井柴油機；排熱余熱再次利用；節(jié)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(xiàn)很好的使用價值。依據(jù)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(yīng)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(xiàn)冬季供暖，可以節(jié)省冬季采用柴油暖風(fēng)供暖現(xiàn)狀，起到了很好的節(jié)能效果，有效地減少鉆井施工作業(yè)成本。

1.鉆井柴油機排煙余熱利用研究內(nèi)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(shè)計，柴油機余熱回收供熱系統(tǒng)是由供熱系統(tǒng)、熱交換器、換熱循環(huán)系統(tǒng)和儲水系統(tǒng)構(gòu)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(jié)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(xiàn)再次利用，可以取代原來的電熱管來對柴油進行預(yù)熱，有效地節(jié)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(yè)成本，避免向自然環(huán)境中排施污染物，起到了節(jié)能減排的目標。

結(jié)合井隊配置的動力設(shè)備，并根據(jù)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(shè)備生產(chǎn)過程中的運行參數(shù)。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(zhuǎn)。經(jīng)過多次的方案論證和現(xiàn)場試驗，設(shè)計的柴油機余熱利用裝置，可以在冬季為各種設(shè)備提供很好的保溫效，可以達到節(jié)能設(shè)計目標，達到HSE環(huán)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(shù)方案及指標

需要設(shè)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(shù)方案有：1）對鉆井隊柴油機排煙管和煙氣溫度進行監(jiān)測和分析。2）設(shè)計出科學(xué)、合理的熱交換裝置，保證構(gòu)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(tǒng)。3）合理裝配柴油機煙氣余熱回收利用系統(tǒng)，在冬季時在鉆井隊開展使用性能試驗，對運行數(shù)據(jù)進行采集和存儲，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的對比分析，進一步改進柴油機煙氣回收利用系統(tǒng)。4）需要保證換熱器安裝的穩(wěn)定、可靠，需要對支吊架進行合理設(shè)計。

結(jié)合井隊對柴油機煙氣的回收利用的實際情況，制定出的經(jīng)濟技術(shù)指標有：1）利用回收到柴油機煙氣熱能來對儲油罐內(nèi)的柴油進行預(yù)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(yè)人員提供熱水。4）柴油機煙氣回收利用可以起到節(jié)能減排的設(shè)計目標。

3.鉆井柴油機排煙余熱回收利用裝置

3.1裝置結(jié)構(gòu)

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(tǒng)等，還有水箱與熱交換器相互間連接軟件管等。熱交換器內(nèi)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(shè)計為0.5立方米，配置有供熱循環(huán)泵、換熱循環(huán)泵和備用泵。

3.2實現(xiàn)原理

水箱是柴油機排煙余熱系統(tǒng)的連接中樞，是煙氣使用流程的關(guān)鍵。主要由水倉及泵閥室構(gòu)成。泵閥室中安裝兩套循環(huán)系統(tǒng)，需要首先向水倉內(nèi)注滿水，打開控制閥門后使循環(huán)泵處于運行狀態(tài)，流動的水分經(jīng)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(tǒng)。需要先把柴油加熱系統(tǒng)控制閥門打開，啟動熱水循環(huán)泵，熱水流過柴油儲罐加熱盤管實現(xiàn)對加熱。同時，吸熱和放熱循環(huán)系統(tǒng)開始運行，水倉是兩個循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵連接件，冷水通過柴油排煙余熱換熱器后經(jīng)過循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)對柴油儲罐的加熱，之后回流回到水倉。水倉設(shè)置了進、出水口實現(xiàn)水量的補充。吸熱系統(tǒng)熱量會不斷增加，為了保持熱平衡狀態(tài)，需要采用放熱系統(tǒng)進行控制，柴油儲罐的溫度與加熱的水溫有著直接的聯(lián)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(huán)管線無法實現(xiàn)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(xiàn)結(jié)果可以看出，換熱效率可以達到設(shè)計要求，換熱系統(tǒng)和供熱循環(huán)系統(tǒng)可以穩(wěn)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(huán)系統(tǒng)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(chǎn)生嚴重的變形，需要更換循環(huán)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(chǎn)生爆管現(xiàn)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(fā)現(xiàn)出現(xiàn)管線異常問題。通過多次的試驗，鉆井作業(yè)現(xiàn)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(shè)計的節(jié)能減排效果，有效地減少了鉆井施工作業(yè)成本。

5.結(jié)束語

通過現(xiàn)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(jié)能減排要求，使作業(yè)成本進一步降低，可以在大范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。

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