HFZN—II智能微控加藥裝置現(xiàn)場改造

[摘 要]HFZN-II型智能微控加藥裝置在現(xiàn)場使用中頻繁發(fā)生閃爆事故，嚴(yán)重危害到員工人身安全。通過對發(fā)生閃爆原因進(jìn)行分析，利用空間分離原理，對智能微控加藥裝置進(jìn)行改造，將泄漏部位與電氣設(shè)備隔離，有效防止閃爆事故的發(fā)生，具有較強(qiáng)的現(xiàn)場應(yīng)用價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]智能微控加藥裝置 全自動連續(xù)加藥 閃爆 改造

中圖分類號：TS656 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）32-0398-01

1、智能微控加藥裝置工作原理

智能微控加藥裝置（以下簡稱電動加藥裝置）是將微控計(jì)量泵、變壓器、微電腦、儲液池集成為一體的連續(xù)加藥裝置。工作原理是：由井口電控箱供給電力，經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)換為工作電壓，帶動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；行星減速機(jī)構(gòu)將電機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成偏心輪的低速旋轉(zhuǎn)，偏心輪推動柱塞克服彈簧推力進(jìn)入泵頭時(shí)，進(jìn)液凡爾在重力作用下堵塞進(jìn)液口，泵腔內(nèi)的容積減小、壓力升高，當(dāng)泵腔內(nèi)壓力高于出液管線壓力時(shí)，出液凡爾被頂開，泵腔內(nèi)的液體進(jìn)入出液管線；偏心輪轉(zhuǎn)過最大行程，柱塞在液體和彈簧的作用下退出泵腔，出液凡爾在重力作用下堵塞出液口，泵腔內(nèi)容積增大、壓力降低，進(jìn)液凡爾被儲液池液柱壓力打開，藥液進(jìn)入泵腔，完成吸液；不斷重復(fù)以上循環(huán)使藥液順套管內(nèi)壁流到井下實(shí)現(xiàn)加藥目的。使用調(diào)節(jié)旋鈕改變頂桿位置，限制彈簧作用下的柱塞縮回長度來調(diào)節(jié)計(jì)量泵排量，利用微電腦控制啟動時(shí)間及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)長，實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行。

2、現(xiàn)場應(yīng)用存在問題

電動加藥裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、自動化程度高的特點(diǎn)，在生產(chǎn)現(xiàn)場得到大范圍應(yīng)用。采油四廠自2010年進(jìn)引進(jìn)電動加藥裝置，生產(chǎn)現(xiàn)場共安裝156臺，其中HFZN-II型94臺。隨著使用時(shí)間推移，設(shè)備不斷老化，2014-2017年共發(fā)生4次閃爆事故，全部發(fā)生在HFZN-II型電動加藥裝置，事故率高達(dá)4.25%，造成直接經(jīng)濟(jì)損失5萬余元。雖然沒有造成人員傷亡，但已經(jīng)嚴(yán)重危害到員工人身安全。如對所有HFZN-II型電動加藥裝置全部進(jìn)行更新，需投入成本200余萬元，在目前原油價(jià)格偏低效益不景氣的情況下大量資金投入周期較長。

3、問題原因及對策

3.1 發(fā)生閃爆的原因

通過對發(fā)生閃爆的電動加藥裝置進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查、分析，得出閃爆原因：由于電動加藥泵集成程度較高、泵維護(hù)空間狹小，造成維護(hù)質(zhì)量低、裝置老化嚴(yán)重。當(dāng)計(jì)量泵盤根、管線接頭等密封部位出現(xiàn)滲漏時(shí)，由于箱體密封好，可燃?xì)怏w沿穿線孔及箱體內(nèi)部縫隙進(jìn)入上層電控區(qū)并在空間內(nèi)聚集，當(dāng)自控裝置啟動時(shí)，電控元件產(chǎn)生電火花，引起可燃?xì)怏w爆炸?，F(xiàn)場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)電動加藥裝置滲漏較多，部分裝置甚至泄漏嚴(yán)重，見圖2。

3.2 防止閃爆的對策

防止閃爆三條途徑：使用防爆電器元件；防止可燃?xì)怏w泄漏；防止可燃?xì)怏w聚集。

3.2.1 使用防爆元器件。加藥裝置電控裝置有隔離開關(guān)、變壓器、漏電保護(hù)器、微電腦時(shí)序控制器、手動按鈕等多種元件，若全部更換防爆元器件，造價(jià)將大幅上升，此方案不可行。

3.2.2 防止可燃?xì)怏w泄漏。電動加藥裝置密封點(diǎn)有軟管及接頭、壓力表接頭、柱塞盤根，其中柱塞密封為現(xiàn)場管理難點(diǎn)，從成本及維護(hù)工作量出發(fā)，杜絕泄漏是不切合實(shí)際的。

3.2.3 防止可燃?xì)怏w聚集。

⑴強(qiáng)化通風(fēng)。在計(jì)量泵上部箱體側(cè)面打若干通風(fēng)孔或安裝通風(fēng)柵，封堵上下箱體連通縫隙，在下箱體上部開通風(fēng)孔，利用可燃?xì)怏w密度低于空氣密度，在可燃?xì)怏w到達(dá)電控區(qū)之前排出箱體。優(yōu)點(diǎn)是操作簡便。缺點(diǎn)是開孔大小、高度等參數(shù)難以科學(xué)量化，而且排放效果受氣壓等自然因素影響大，可靠性較低。

⑵位置變換。將電氣設(shè)備與計(jì)量泵安裝位置互進(jìn)行變換，使電控區(qū)位于箱體下部，阻止可燃?xì)怏w進(jìn)入電控區(qū)域。此方法已在新一代智能微控加藥裝置中使用，由于需要在車間施工，且投入高、周期長，不適宜現(xiàn)場改造。

⑶介質(zhì)阻斷。目前采取增設(shè)單向閥、注膠密封等措施，從井口或加藥裝置內(nèi)部對可燃介質(zhì)進(jìn)行阻斷。油田藥劑雜質(zhì)含量高，不能保證單向閥密封性，只適用于防止大流量回流工況，注膠的密封效果檢驗(yàn)難度大且易失效。

4、現(xiàn)場改造步驟

防止可燃?xì)怏w聚集措施，從一定程度提升了電動加藥裝置的安全性能，但仍無法實(shí)現(xiàn)電動加藥裝置的本質(zhì)安全。利用空間分離原理，將所有可能發(fā)生泄漏的部位全部移動到裝置外部，一旦發(fā)生泄漏，大量的可燃介質(zhì)被單向閥阻斷，少量的氣體快速散逸，防止閃爆事故的發(fā)生，改造后的電動加藥裝置見圖4。

具體改造程序如下：

⑴停止加藥裝置運(yùn)行，拉下隔離刀閘，關(guān)閉套管加藥閥。⑵拆除電機(jī)線，卸下計(jì)量泵，卸掉泵座，調(diào)換泵座方向后裝回泵座。⑶抽出儲液池內(nèi)殘余藥劑，卸掉下部出液口 45°彎頭，并更換為90°彎頭。⑷自填料倉與機(jī)架連接部卸下泵頭，機(jī)架貼于箱體內(nèi)壁，確定開孔及底座螺栓安裝位置。⑸在箱體側(cè)壁按機(jī)架位置開方孔，方孔邊長等于填料倉與機(jī)架連接面長。⑹裝好泵體，裝回泵頭，連接進(jìn)、出液管線及電機(jī)線。⑺依次打開儲液池出口閥、井口套管加藥閥，試壓合格。⑻按規(guī)程送電，修改運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行試運(yùn)行。⑼檢查電動加藥泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常，設(shè)定正常運(yùn)行參數(shù)，，施工結(jié)束（圖1）。

5、效果評價(jià)及應(yīng)用

5.1 現(xiàn)場應(yīng)用

在NW72-323井進(jìn)行現(xiàn)場改造實(shí)驗(yàn)，并通過安全及工程技術(shù)人員進(jìn)行驗(yàn)收?，F(xiàn)場確定在安裝有HFZN-II型智能微控加藥裝置的油井推廣。截止2017年4月，累計(jì)改造4臺，節(jié)約大量更新費(fèi)用，目前正在試運(yùn)行中。

5.2 效果評價(jià)

本方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

⑴本質(zhì)安全：能夠產(chǎn)生泄漏的所有密封點(diǎn)移出箱體，發(fā)生泄漏時(shí)依靠介質(zhì)阻斷、空間隔離和空氣稀釋防止閃爆發(fā)生，安全性大幅提高。

⑵成本低廉：除了更換出液口彎頭及部分低壓管線，全部利用原設(shè)備改造，單臺材料費(fèi)用不足10元。

⑶維護(hù)便利：泵頭外置后，巡查時(shí)不用打開箱體，泵頭及箱體內(nèi)操作空間增大，有利于盤根更換、接頭維修、泵體檢查等作業(yè)；原泵體油位計(jì)被遮擋，現(xiàn)可方便觀察油位、油質(zhì)；密封部位可視化，從監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)觀察運(yùn)行狀態(tài)，檢查維護(hù)便利。

本方法從根源上消除了的閃爆安全隱患，實(shí)現(xiàn)了油井藥劑的安全加注，保證油井正常生產(chǎn)。而且投入低、操作簡便，解決了實(shí)際生產(chǎn)過程中的難題，可在所有安裝HFZN-II型智能微控加藥裝置的油井推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

李升才（1983-），河南省濮陽市中原油田采油四廠采油管理四區(qū)，工程師，2007年畢業(yè)于山東科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)，主要研究方向?yàn)椴捎凸芾砗褪蜋C(jī)械應(yīng)用。