JY5190TXL20型LNG洗井清蜡车研制与应用

张　鹏

(大庆石油管理局 松原机械总厂，吉林 松原 138000)



JY5190TXL20型LNG洗井清蜡车研制与应用

张鹏

(大庆石油管理局 松原机械总厂，吉林 松原 138000)

摘要：传统的清蜡方式存在能耗高、二氧化碳排放量大、成本高等缺点。研制了新型LNG洗井清蜡车，与传统燃油和CNG洗井清蜡车相比，具有良好的安全性和经济性。采用LNG为燃料，车上不需要设置柴油箱，简化了设备的结构，设计了LNG转化天然气的供给系统与控制系统。现场试验表明，该洗井清蜡车结构设计合理、操作方便、性能优良，具有较好的经济效益和社会效益。

关键词：洗井清蜡车；LNG；传动系统；燃气供给系统

LNG作为清洁高效能源，其经济性、环保性非常明显。与柴油相比，成本低廉、可节省费用30%以上，与燃油车相比，LNG汽车有害物质排放量降低约85%。LNG作为动力在油田专用车上具有适应性[1-2]。

目前东北区域年产200万吨LNG项目已经在吉林油田正式启动，吉林油田已经在采购系列LNG燃料油田专用车。2014年研制了JY5190TXL20型LNG洗井清蜡车，并通过了车辆公告和产品检测，为后续LNG专用车产品奠定基础。

1技术分析

1.1结构简述

JY5190TXL20型LNG洗井清蜡车组装在重庆红岩LNG底盘车上，如图1所示。汽车大梁上装有型钢组焊成的金属附架，由连接座固定在底盘车大梁上，附架前部装有天然气发电机组，发电机组为燃气燃烧器和照明供电，燃料取自于底盘车上LNG储液罐中的液态天然气；中部装有卧式三缸泵；后部装有锅炉和燃气燃烧器，燃气燃烧器的燃料也来自LNG储液罐；尾端装有冷、热洗两用的排出管汇。

1—底盘车；2—天然气发电机组；3—传动系统；4—燃气供给系统；5—三缸柱塞泵；

1.2工作原理

汽车发动机通过取力器、万向传动轴将动力传至三缸泵实现泵运转。由于采用了天然气发电机组和燃气燃烧器，和柴油洗井清蜡车相比，车上不需要安装柴油箱，因此减轻了车上部分的质量。液态LNG由储气瓶经气化和减压装置转变成常温气体输送到发电机组和燃烧器中，为其提供燃料。

1.3主要技术参数

热洗最高压力

20MPa

热洗最高温度

160 ℃

冷洗最高压力

35MPa

LNG气瓶容量

495L×3个气瓶

工作环境温度

-40 ℃～40 ℃

工作时间(热洗)

蒸汽锅炉最长连续工作时间≤3.5h

整车尺寸

9.45m×2.5m×3.4m

整机质量

19t

1.4结构特点

1)底盘车选用红岩CQ5325HTG455T型LNG底盘；发动机为潍柴动力股份有限公司WP12NG350E40型，功率247kW，转速1900r/min；变速器为陕齿RT-11509C型。越野性能好，承载能力强，能够满足作业井场之间的移运。

2)整机采用车载一体式结构，即三缸泵使用底盘车动力。现场作业安装时无需其他辅助设备，结构紧凑，移运方便。

3)天然气发电机组为控制系统、燃气燃烧器和照明提供电能。天然气发电机组采用康明斯QC-15CW-QT1型天然气发电机组，额定功率为15kW，功率因数0.8(滞后)。其燃料取自于底盘车上的LNG气瓶。燃气燃烧器为锅炉提供热源，选用TBG160P型(意大利进口百德燃气燃烧系统)，其燃料也取自LNG气瓶。与柴油洗井清蜡车相比，该设备不需要安装柴油箱，不仅增加了车上空间，使得操作和保养更加方便，而且也减少了整车质量，使整车移运时动力更加充足。

4)控制系统采用大庆石油管理局松原机械总厂研发的人机交互系统。通过控制系统的触摸屏来实现压力设定、温度设定、点火及大小火设定、过载设定、报警设定等自动控制，提高了洗井操作的安全性，且数据读取方便、直观、准确。

2关键技术

2.1传动系统

该设备的传动方式采用机械断轴取力。汽车发动机动力经离合器、变速器后，经传动轴传至取力器(四轴箱)后分为2路：一路经传动轴驱动汽车后桥，用于该车行驶；另一路经传动轴、驱动三缸柱塞泵，如图2所示。

2.1.1传动部件参数

发动机型号

WP12NG350E40

额定功率

247kW

额定转速

1 900r/min

变速器型号

陕齿RT-11509C

传动比

12.36/7.35/5.20/3.77/2.76/

1.95/1.38/1.00/0.73/R12.93

四轴取力器箱减速比

1.533

三缸泵型号

3ZB35/120

型式

三缸单作用柱塞泵

水功率

120kW

最高压力

35MPa

冲程

150mm

泵内减速比

4.5

柱塞直径

ø100mm

1—减速箱传动轴；2—取力器(四轴箱)；3—三缸泵传动轴；4—后桥传动轴；5—三缸泵。

2.1.2泵的工作参数计算

泵的理论压力=水功率/理论排量；泵的理论排量=π×柱塞泵半径2×冲程×冲次×3缸；泵的冲次=发动机额定转速/变速器减速比/四轴取力器箱减速比/三缸泵减速比。该计算出来的是理论排量和压力，实际工作条件下比理论的较低，计算时以清水为介质。三缸柱塞泵工作参数如表1所示。

表1　三缸柱塞泵工作参数

2.2燃气供给系统[3]

2.2.1供给流程

LNG是不能直接进入天然气发电机组和燃气燃烧中使用的，必须将LNG转变为气态天然气。LNG转变为气态天然气流程如图3所示。

图3　LNG转变气态天然气流程

LNG从气瓶出来，经过汽化器升温(发动机冷却系统的冷却液产生的热能)转化成气体，经过滤清器过滤后，分别进入减压阀1和减压阀2。减压阀1和减压阀2控制天然气的压力，使其稳定在燃烧器和发电机组工作压力范围内。

1)汽化器。将LNG转化成气态气体。通过热交换加热LNG方式，将LNG气瓶的LNG接入汽化器加热，同时将LNG发动机里未经散热的冷却液接入汽化器腔体，用LNG发动机的热能使LNG温度升高，将LNG汽化成饱和气态气体。

2)电磁阀。设备只有在作业时才打开此电磁阀。

3)滤清器。过滤LNG里的细微杂质。LNG中不可避免地存在一些微小颗粒、杂质，为了避免LNG中的微小颗粒、杂质影响发电机组和燃烧器的正常工作，在LNG发动机燃气管路上设置了滤清器。

4)减压阀1。将过滤后的燃气压力降低到0.037 5～0.060 0MPa，以满足燃烧器的压力需求。

5)减压阀2。将过滤后的燃气压力降低到0.001 875～0.003 000MPa，以满足发电机组的压力需求。

2.2.2汽化器的安装及LNG管路设计

汽化器一般安装在汽车(底盘)大梁上，或者布置在气瓶框架上。汽化器使用发动机冷却液来加热LNG，设计汽化器支架时，应注意汽化器的安装位置不能高于发动机散热器顶部，否则会导致加热水不能流经汽化器，造成汽化器结冰冻裂故障。

由于液化天然气的温度能低至-162 ℃左右，所以LNG发动机供气系统中的燃料管路均要求具有耐低温、耐腐蚀性，具有良好的低温韧性、可焊接性能。由于管路在低温下工作，材料的线膨胀系数要求尽可能小。本设备的LNG管路选择纯铜管，因为铜的换热系数高，换热效果好，焊接性能好，挠性大，易于成形，在满足耐低温、耐腐蚀的性能要求情况下，能消除汽车行驶中产生的振动。管路安装应注意以下事项：

1)固定管路的管夹应有低温要求，低温管道尽量不要与汽车车架或者其他金属(碳钢)零件相接触。

2)在低温管路外径上缠绕一层隔热材料，以保证低温管路在-40 ℃工作环境条件下不结霜。

3)管路应做成S型、O型或者U型，以保证管路起到缓冲作用。

4)装配天然气管路时，不得有水滴进入气管内，以防止出现冰堵现象。

2.3控制系统

控制系统通常采用单片机或是温控表形式，由单片机组成的控制系统稳定性差，故障率高；温控表组成的控制系统，检测数据量少，控制点数少。基于此，自行研制了一套控制系统，它是由PLC和触摸屏(人机界面)组成，不仅解决了单片机和温控表所带来的问题，而且使得控制系统更加灵活。

洗井清蜡车系统控制框图如图4所示。PLC以及模拟量模块将采集到的锅炉温度和压力、燃烧器状态和管汇的压力传送给触摸屏，触摸屏显示各种现场数据，同时记录下报警信号，也通过触摸屏设定各种参数的上下限值。PLC根据锅炉的压力和温度，来控制燃烧器的火的大小。

图4　控制系统框图

PLC选择西门子公司S7-224模块及模拟量4输入扩展模块EM231；触摸屏选择西门子TP170A工业触摸屏。PLC通过S7-200编程电缆与触摸屏连接[4]。

3现场试验

2014-10，JY5190TXL20型LNG洗井清蜡车样机制造完毕，经厂内调试后，在吉林油田乾安采油厂进行了现场试验。共试验5口油井，井号分别为情40-30、情42-28、情42-30、情42-32、情42-34。

用LNG洗井清蜡车作业后，油井上下行载荷及电流数据明显下降，不但满足热洗清蜡的要求，而且其他效益非常明显。

表2～3为LNG洗井清蜡车和柴油洗井清蜡车的洗井费用。在洗井相近的情况下，LNG洗井清蜡车热效率高，燃料消耗少。柴油洗井清蜡车平均耗油量为57.50L/h，折算费用为￥350元/h；LNG洗井清蜡车平均耗气量37kg/h，折算费用为￥226.5元/h。节省燃料费￥124.27元，节约率35.43%。

表2　LNG洗井清蜡车数据

表3　柴油洗井清蜡车数据

4结语

天然气作为一种优质高效的清洁能源，是保护大气环境的理想燃料，而LNG又是绝好的绿色能源。LNG石油专用车会逐步取代高能耗高污染的燃油石油专用车，提高能源利用率，降低环境污染，适合可持续发展。研制的LNG洗井清腊车具有诸多的优点，市场前景广阔。

参考文献：

[1]钟伟，廖长缨，黄小美，等.车用LNG的发展现状与市场前景分析[J].煤气与动力，2013，33(1)：10-13.

[2]赵成义.LNG技术在石油企业生产领域的研究与应用[J].石油化工安全环保技术，2013，29(5)：54-58.

[3]何太平.LNG载货汽车设计、使用与维修[M].北京：机械工业出版社，2013.

[4]阳胜峰，吴志敏.西门子PLC与变频器、触摸屏综合应用教程[M].北京：中国电力出版社，2013.

DevelopmentandApplicationofJY5190TXL20LNGWellFlushing-waxRemovalVehicle

ZHANGPeng

(Songyuan Machinery Factory，Daqing Petroleum Administration，Songyuan 138000，China)

Abstract：Traditional paraffin removal process has the following disadvantages，for an example，more equipment energy consumption，high discharge of CO2，as well as high expenses.JY5190TXL20 LNG well flushing-wax removal vehicle was developer，it has many advantages compared to the equipment use traditional fuel and CNG，and it provides security and economy.Using LNG as fuel，there is no necessity to equip a diesel tank the truck，thus simplifying the structure of the equipment，designing on the system of LNG converting gaseous，and controlling by advanced control system.The field test show that the well flushing-wax removal vehicle is rational in structural design and convenient in field hoisting and strong in the operating capacity，and it provides economy and social benefit.

Keywords：well flushing-wax removal vehicle；LNG；drive system；gas supply system

文章编号：1001-3482(2016)06-0072-05

收稿日期：2015-12-09

作者简介：张鹏(1982-)，男，工程师，硕士，主要从事石油装备设计工作，E-mail：lie-1234@163.com。

中图分类号：TE935

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.06.016