柴油機供油罐優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計

張杰　曹巍巍　郝麗軍

摘要：野外鉆井作業(yè)現(xiàn)場離不開柴油機為鉆井作業(yè)提供動力和照明，為了保證柴油機不會因為供油不足造成熄火停機，供油罐的選擇至關(guān)重要。井場中常見的供油罐按照供油方式分類主要有3種：常規(guī)油罐結(jié)構(gòu)簡單耗電多;高架油罐耗電少拆裝工作量大;恒壓油罐自動化程度高，易拆裝，節(jié)能省電。按照結(jié)構(gòu)形式可分為單層油罐和雙層油罐。本文就以上幾種供油罐的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計進行闡述。

關(guān)鍵詞：柴油機;常規(guī)油罐;高架油罐;恒壓油罐;雙層油罐

0? 引言

石油鉆井行業(yè)中各種型號的鉆機，不論是相對先進的電動鉆機還是比較陳舊的機械鉆機，均需要電來驅(qū)動。若鉆井隊距離生活區(qū)較近可以與當(dāng)?shù)貐f(xié)商使用網(wǎng)電，若較遠(yuǎn)就需要使用柴油機發(fā)電，給井隊的生活區(qū)和生產(chǎn)區(qū)提供照明和動力，每個鉆井隊都配有主發(fā)電機組和輔助發(fā)電機組。以40電動鉆機為例2臺鉆井泵同時使用正常鉆井作業(yè)時功率約為2500千瓦，生產(chǎn)周期大約為15天，使用柴油機發(fā)電方便快捷，受制約因素少。每個供油罐都由罐體和泵組組成，罐體形成輪廓用于柴油的儲存，罐體按照結(jié)構(gòu)外形結(jié)構(gòu)分為圓柱型和方形兩種最為常見;泵組由電控、油泵、管匯、濾油器、流量計及閥門組成，各種形式的油罐其泵組的組成和功能大致相同。根據(jù)井場的用油量選擇油罐的儲存容積和數(shù)量。以下就井場中常用的幾種供油罐按照供油方式進行分析。

1? 常規(guī)油罐

常規(guī)油罐是井場中最常見的油罐，柴油機的供油和回油都在一個油倉。該油罐的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、維護成本低，最關(guān)鍵的一點是要不間歇的運轉(zhuǎn)給柴油機供油，給本來極度缺電的井場造成電力浪費，同時也減少了油泵的使用壽命，增加鉆井隊的成本。運輸尺寸決定罐體的高度要求，依靠柴油機的自吸功能只能使用吸入罐內(nèi)20%的柴油，剩余的柴油必須使用泵供。該油罐油泵的選擇至關(guān)重要，鉆井初期一臺油泵的流量要能同時滿足兩臺或者三臺柴油機的用油量;鉆井中后期一臺油泵只需要滿足一臺柴油機的用量即可，但是油泵的流量是額定的就造成供大于求的現(xiàn)象，需要分流一部分回到罐內(nèi)反復(fù)循環(huán)，這樣也造成能源的浪費。所以該油罐在鉆井現(xiàn)場不太受歡迎。常規(guī)油罐結(jié)構(gòu)見圖1。

2? 高架油罐

高架油罐是井場中使用率最高的油罐，高架油罐由底罐和高架小罐組成，運輸時將高架罐折疊或升降到底罐的橇座上，到達(dá)井場后立起高架罐。不論是圓形或方形，高架罐的容積一般在5方左右，高度為5-6米，保證柴油機的日常用油。

該罐的電控箱需要增加自動控制，高架小罐上安裝有防爆液位自動控制開關(guān)。高架罐內(nèi)的油液面到達(dá)設(shè)定的低位時，開關(guān)傳遞信號給電控箱內(nèi)的油泵開關(guān)，油泵啟動將底罐內(nèi)的柴油補充到高架罐上;液位升到設(shè)定的高位時，開關(guān)傳遞信號關(guān)閉油泵。管線連接高架罐與柴油機，依靠高架罐與柴油機高壓油泵的高度差將高架罐內(nèi)的油輸給柴油機，滿足柴油機的日常用油。

該油罐的優(yōu)點是高架罐設(shè)置液位控制開關(guān)后可以實現(xiàn)油泵間歇性的供油工作，節(jié)省電力成本，減輕工人勞動強度。其缺點是拆卸和安裝過程中必須使用吊車將高架罐吊起，2-3人配合安裝高架罐的固定桿，且不能一次安裝到位，需要幾次調(diào)整，存在安全隱患，易出現(xiàn)意外[1]。曾經(jīng)就有升降式高架柴油罐因為固定桿的連接銷軸未安裝到位造成高架罐滑落傷亡人員事故發(fā)生。所以使用高架油罐必須人與吊車配合好，安裝完畢后仔細(xì)檢查連接部位是否安裝牢固，避免造成事故發(fā)生。高架油罐結(jié)構(gòu)見圖2。

3? 恒壓油罐

結(jié)合以上兩種油罐的不足，恒壓油罐應(yīng)運而生。恒壓油罐依靠變頻控制電控箱來控制油泵實現(xiàn)恒壓供油，泵組內(nèi)增加小容量緩沖罐容積為50L，可應(yīng)對油泵直接輸出對柴油機產(chǎn)生的水錘效應(yīng)沖擊，緩解系統(tǒng)壓力波動，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定供油。

變頻控制電控箱內(nèi)部安裝有變頻器、智能控制表及必備電氣元件，緩沖罐上安裝有壓力表和壓力傳感器。其工作原理是油泵吸入儲油倉的柴油經(jīng)緩沖罐供給柴油機，緩沖罐根據(jù)柴油機的耗油量設(shè)定工作壓力，低于工作壓力時壓力傳感器傳遞信號給電控箱內(nèi)的智能控制表，智能控制表反饋給變頻器命令，變頻器根據(jù)柴油機的耗油量控制油泵電機轉(zhuǎn)速進而控制油泵的輸油量，達(dá)到恒定壓力給柴油機供油，當(dāng)柴油機耗油量減少緩沖罐達(dá)到設(shè)定工作壓力時傳遞信號關(guān)閉油泵。緩沖罐內(nèi)的工作壓力根據(jù)柴油機的耗油量，調(diào)整供油排量。泵組內(nèi)安裝兩臺油泵一用一備（即有一臺出現(xiàn)故障另一臺及時代替其工作），兩臺泵均設(shè)自動控制，緩沖罐給兩臺油泵中的切換運行留出足夠時間，實現(xiàn)給柴油機不間歇供油。緩沖罐底部有排水口，其另一個作用是可以定期將柴油中摻雜的少量水在罐內(nèi)沉淀后排出，恒壓油罐泵組內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見圖3。

電控箱密封不嚴(yán)受潮引起電路短路，燒毀電器元件的情況時有發(fā)生，該變頻控制箱內(nèi)安裝有自動烘干電控系統(tǒng)，原理為凝露傳感器傳遞信號給溫濕度控制器，進而通過自啟動器啟停加熱器，達(dá)到電控箱內(nèi)恒溫恒濕度的目的。

4? 雙層油罐

國內(nèi)的鉆井現(xiàn)場多使用單層罐體進行柴油儲存，而在中東一些產(chǎn)油大國鉆井作業(yè)多在沙漠地區(qū)，同時環(huán)保部門的嚴(yán)厲監(jiān)管不允許有柴油滲漏落地情況發(fā)生，所以要求油罐在制作時采取防漏措施。雖然油罐在出廠時都經(jīng)過試驗測試滲漏，但是難免有焊接過程中出現(xiàn)氣孔、咬邊等焊接缺陷發(fā)生，柴油的密度較水輕，長時間灌裝柴油后會出現(xiàn)滲漏情況，此時亦不能焊接修補，所以采取防漏措施是非常必要的。常見的防漏措施有兩種：增加圍堰和雙層結(jié)構(gòu)，雙層結(jié)構(gòu)有：雙層方罐、圓套圓、方套圓三種常見形式。

增加圍堰結(jié)構(gòu)多見方形油罐，圍堰高度約為200mm在罐體四周，留一排放口定期進行統(tǒng)一收集，該結(jié)構(gòu)漏油儲存量少只適用于少量微滲漏情況發(fā)生。

雙層方罐顧名思義是在方形油罐制作過程中焊接雙層墻板實現(xiàn)防滲漏的目的。制作工序簡單，制作成本低，但是存在死角多，污油泥較多。

圓套圓和方套圓是在圓形油罐的外層又增加一層圓形罐或者方形罐，進行全包圍或者半包圍覆蓋，防止柴油的滲漏，低位留有排污口進行清理。此種油罐的防滲漏效果較好，制作難度大，故制作成本高。

5? 結(jié)語

以上幾種油罐的結(jié)構(gòu)可根據(jù)鉆井現(xiàn)場柴油機的實際需求進行選擇，都可以制作成方形和圓柱形。方形供油罐制作簡單、制作成本低、容積大，存在死角多。圓形油罐受運輸尺寸限定，儲存容積小、制作成本高、流動性好，無死角。

隨著鉆井現(xiàn)場的不斷減員智能自動化、人性化的供油罐越來越受到鉆井工人的青睞。為了防止冬季罐內(nèi)的柴油低溫結(jié)蠟，造成柴油機供油不足熄火停機現(xiàn)象發(fā)生。采取在輸油管線上包裹電伴熱帶，罐內(nèi)部增加蒸汽盤管，泵室內(nèi)安裝電加熱器等措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]李克寧.新型鉆井柴油機供油裝置設(shè)計與應(yīng)用 石油礦場機械，2010，39（2）：90.

[2]丁技峰，王增全，劉江偉，于寶金.高強化柴油機性能優(yōu)化耦合計算研究[J].內(nèi)燃機與配件，2019（22）：19-22.

[3]韓鳳禹.柴油機噴油泵供油提前角的檢查與調(diào)整[J/OL].農(nóng)機使用與維修，2019（12）：76.