海洋平臺(tái)固井加重用無(wú)塵輸送設(shè)備設(shè)計(jì)研究

劉洪李，柯真軍，侯 林，廖 明

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

0 引言

鉆井平臺(tái)日常作業(yè)，在利用混合水柜和批混撬混配鐵礦粉的過(guò)程中，目前存在人工配制，并且混配漏斗完全是開(kāi)放式，導(dǎo)致鐵礦粉粉塵漫天飛揚(yáng)。當(dāng)前作業(yè)存在諸多問(wèn)題，主要?dú)w結(jié)為3個(gè)方面：①粉塵對(duì)空氣和海洋環(huán)境造成污染，影響平臺(tái)的作業(yè)和生活環(huán)境；②人工作業(yè)效率較低，且受天氣影響，不能滿足平臺(tái)緊張連續(xù)作業(yè)；③對(duì)作業(yè)人員的身心健康造成影響，包括人工投放物料時(shí)對(duì)混合水柜和批混撬上方作業(yè)人員可能造成意外傷害。

因此，研制開(kāi)發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用于海洋鉆井平臺(tái)的重介質(zhì)負(fù)壓無(wú)塵輸送設(shè)備，以滿足鉆井平臺(tái)鉆井液配置中重介質(zhì)粉料無(wú)塵化添加的需求。研制目標(biāo)：研制一套以鐵礦粉為主要介質(zhì)的負(fù)壓無(wú)塵專業(yè)輸送裝置，采用負(fù)壓原理、機(jī)械下料，對(duì)流量調(diào)節(jié)、粉塵處理等環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化、高效化、無(wú)塵化，達(dá)到安全生產(chǎn)、環(huán)保作業(yè)的目標(biāo)。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)備主要滿足以下技術(shù)參數(shù)：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(fù)壓方式為連續(xù)輸送，正壓倉(cāng)式輸送小于15 次/h；⑤環(huán)境溫度，-15～+45 ℃，相對(duì)濕度≤95%（25 ℃時(shí)）；⑥系統(tǒng)允許的最大風(fēng)量泄漏不超過(guò)6%；⑦分離設(shè)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(chǎng)所，II 類B 級(jí)T4 組；⑨防護(hù)級(jí)別IP65；⑩防腐等級(jí)，海洋環(huán)境C5-M 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；設(shè)備制造小型化成撬，本次科研設(shè)備成撬后的尺寸要小于4600 mm×2500 mm×3000 mm。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 重介質(zhì)無(wú)塵輸送工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)工況和工藝特點(diǎn)選用真空與正壓結(jié)合的氣力輸送方式。輸送工藝為：袋裝鐵礦粉破袋后進(jìn)入散裝倉(cāng)，經(jīng)過(guò)變頻定量給料機(jī)給入加速裝置，進(jìn)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(chǎn)生的負(fù)壓為動(dòng)力，將料氣混合物經(jīng)由管道吸送到HGMRI 1000 型泵中，在泵內(nèi)進(jìn)行料氣分離，過(guò)濾過(guò)的空氣從真空泵排出，然后通過(guò)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(zhì)無(wú)塵輸送工藝

2.2 負(fù)壓轉(zhuǎn)正壓設(shè)計(jì)及粉體輸送轉(zhuǎn)運(yùn)泵研制

重介質(zhì)負(fù)壓無(wú)塵輸送設(shè)備采用負(fù)壓進(jìn)料、正壓送料的方式實(shí)現(xiàn)鐵礦粉的自動(dòng)化、無(wú)塵化輸送，負(fù)壓轉(zhuǎn)正壓的設(shè)計(jì)作為該套設(shè)備的核心技術(shù)，主要集成應(yīng)用于HGMRI 1000 型輸送泵中（圖2）。HGMRI 1000 型泵是一套將負(fù)壓吸送功能和正壓輸送功能集成的設(shè)備，該套輸送系統(tǒng)由A 泵、B 泵共同組成，2 臺(tái)泵交替連續(xù)工作實(shí)現(xiàn)吸取和壓送物料的目的，是系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備。主要有分離和輸送兩大功能：分離功能是通過(guò)設(shè)計(jì)制造旋流對(duì)沖結(jié)構(gòu)使物料在泵內(nèi)高效分離，同時(shí)大幅降低對(duì)設(shè)備的磨損和增加輸送效率，并將物料收集在泵內(nèi)；輸送功能是通過(guò)采用物料自流動(dòng)及流態(tài)化卸料原理設(shè)計(jì)合適流化和加壓裝置，然后通過(guò)底部的加速裝置將物料輸送至接收點(diǎn)后進(jìn)行料氣分離。正壓輸送管道規(guī)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(dòng)增壓閥門(mén)、F4 氣動(dòng)輸送閥門(mén)、F5 氣動(dòng)流化閥門(mén)，各種調(diào)節(jié)閥、逆止閥、止回過(guò)濾部件，各種軟連接、蝶閥、配套工藝管等。

2.3 系統(tǒng)配套無(wú)塵化噸袋拆包機(jī)設(shè)計(jì)

海上鉆井平臺(tái)配漿用鐵礦粉均為噸袋包裝，為滿足系統(tǒng)無(wú)塵化自動(dòng)破袋及進(jìn)料要求，設(shè)計(jì)與系統(tǒng)要求匹配的噸袋拆包機(jī)（圖3）。拆包機(jī)在自動(dòng)破袋的基礎(chǔ)上，增加了拆袋室和塵氣出口，塵氣出口經(jīng)管道與單配過(guò)濾除塵器或中央除塵系統(tǒng)相連，大大減少了特別是易揚(yáng)塵物料對(duì)人體的傷害和環(huán)境污染。拆包機(jī)處理能力10 袋/h，拆包過(guò)程拆包機(jī)外無(wú)可見(jiàn)揚(yáng)塵。該拆包機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、機(jī)體穩(wěn)固性好、運(yùn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)工藝較為復(fù)雜，系統(tǒng)設(shè)備及部件較多，考慮到海洋鉆井平臺(tái)甲板空間受限，對(duì)系統(tǒng)整機(jī)進(jìn)行小型化撬裝設(shè)計(jì)，將無(wú)塵化加料系統(tǒng)、正負(fù)壓交替轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、冷卻水制冷循環(huán)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等多系統(tǒng)加以集成撬裝，最終控制設(shè)備整體結(jié)構(gòu)外廓尺寸為4500 mm（長(zhǎng)）×2500 mm（寬）×3200 mm（高），充分考慮各方面問(wèn)題，設(shè)備緊湊、檢修方便，達(dá)到最大空間利用的目的，滿足業(yè)主要求（圖4～圖7）。

圖5 重介質(zhì)負(fù)壓輸送設(shè)備

圖6 作業(yè)平臺(tái)測(cè)試

3 創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 重介質(zhì)正負(fù)壓轉(zhuǎn)換全自動(dòng)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

系統(tǒng)利用負(fù)壓進(jìn)料解決堆積容重2.8 t/m3的重介質(zhì)無(wú)塵化進(jìn)料問(wèn)題，利用正壓輸送解決輸送距離及輸送效率問(wèn)題，全自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)負(fù)壓轉(zhuǎn)正壓的自動(dòng)化調(diào)節(jié)，將無(wú)塵化加料系統(tǒng)、正負(fù)壓交替轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、冷卻水制冷循環(huán)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等多系統(tǒng)加以集成，實(shí)現(xiàn)重介質(zhì)的自動(dòng)化無(wú)塵輸送。

圖7 HYSY944 平臺(tái)

3.2 輸送設(shè)備全系統(tǒng)無(wú)塵化解決方案

采用專用設(shè)計(jì)除塵拆包機(jī)，實(shí)現(xiàn)噸袋拆包無(wú)塵化；轉(zhuǎn)運(yùn)泵內(nèi)“旋流對(duì)沖進(jìn)料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)+風(fēng)力碰撞過(guò)濾板+褶皺式布袋除塵器”三級(jí)過(guò)濾除塵方案結(jié)合，實(shí)現(xiàn)分離部分粉塵排放濃度小于40 mg/m3；利用物料加速器補(bǔ)風(fēng)結(jié)構(gòu)連接吸風(fēng)管+末端旋流料器分離及過(guò)濾一體下灰頭，解決末端揚(yáng)塵的問(wèn)題。

4 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

該設(shè)備為國(guó)內(nèi)首臺(tái)套重介質(zhì)負(fù)壓無(wú)塵化輸送設(shè)備，成功應(yīng)用于HYSY944 平臺(tái)，完成了DF13-2-A3H 井7 英寸尾管固井中的配置隔離液作業(yè)。解決了海上平臺(tái)鉆、完井液配置中固體粉料自動(dòng)化、無(wú)塵化添加問(wèn)題，極大地解放人力、提高效率、保護(hù)環(huán)境。隨著技術(shù)的日趨成熟、產(chǎn)品的不斷升級(jí)和環(huán)保管控力度的加強(qiáng)，該設(shè)備有較為廣闊的推廣前景。