浅析钻井柴油机排烟余热利用

靖涛

摘要：钻井柴油机排出的烟气可高达350-400度，造成了很大的能量浪费，采用柴油机排烟余热利用装置可以充分烟气的热量。本文对钻井柴油机排烟余热利用技术方案及指标进行分析，并设计出钻井柴油机排烟余热回收利用装置，在实验应用中取得了理想的效果。

关键词：钻井柴油机；排热余热再次利用；节能

钻井柴油机尾气排放温度会达到350度左右，具有很高的烟品，如果可以进行回收利用可以实现很好的使用价值。依据钻井柴油机组的配置情况，和井队冬季供热的实际需要求情况，深入分析柴油机烟气回收应用的可行性，确定出井队柴油机烟气回收的方案，可以为防棚砂等装置实现冬季供暖，可以节省冬季采用柴油暖风供暖现状，起到了很好的节能效果，有效地减少钻井施工作业成本。

1.钻井柴油机排烟余热利用研究内容和目标

为了更好地把井队柴油机排烟余热进行很好地利用，需要对换热器装置、余热回收供热流程和柴油机尾气余热回收供热进行全面设计，柴油机余热回收供热系统是由供热系统、热交换器、换热循环系统和储水系统构成。需要对柴油机烟气余热回收利用安全性、投资效益等进行分件，并结合柴油机的实际烟气情况，在冬季时柴油机类烟气余热实现再次利用，可以取代原来的电热管来对柴油进行预热，有效地节耗电能的消耗，可以在寒冷的冬季采用0号柴油，有效地减少了钻井作业成本，避免向自然环境中排施污染物，起到了节能减排的目标。

结合井队配置的动力设备，并根据燃料供给情况，对柴油机烟气余热回收利用方案进行分析，并分析钻井设备生产过程中的运行参数。制定的方案需要满足钻井冬季保温和供热的要求，需要给柴油储罐进行保温，淘汰能耗较高的煤油锅炉，还需要保证柴油机组的正常动转。经过多次的方案论证和现场试验，设计的柴油机余热利用装置，可以在冬季为各种设备提供很好的保温效，可以达到节能设计目标，达到HSE环保要求，有效地减少钻井成本。

2.钻井柴油机排烟余热利用技术方案及指标

需要设计出一种高效的热交换装置，可以安装到柴油机组消音器部位，可以形成较小的负压，不会对柴油机的正常运行造成干扰，还可以起到消音效果。采取的技术方案有：1）对钻井队柴油机排烟管和烟气温度进行监测和分析。2）设计出科学、合理的热交换装置，保证构造可以满足使用要求，在保证安全使用的前提下改进和完善烟气回收系统。3）合理装配柴油机烟气余热回收利用系统，在冬季时在钻井队开展使用性能试验，对运行数据进行采集和存储，实现数据的对比分析，进一步改进柴油机烟气回收利用系统。4）需要保证换热器安装的稳定、可靠，需要对支吊架进行合理设计。

结合井队对柴油机烟气的回收利用的实际情况，制定出的经济技术指标有：1）利用回收到柴油机烟气热能来对储油罐内的柴油进行预热，从而取供原来的37kW电加热装置，避免电加热带来的安全隐患。2）使用0号柴油来取代原来采用的-20号柴油。3）为井队钻井作业人员提供热水。4）柴油机烟气回收利用可以起到节能减排的设计目标。

3.钻井柴油机排烟余热回收利用装置

3.1装置结构

柴油机排烟余热回收装置主要有热交换器、管道和阀门配件、水箱、压力仪表、温度仪表和控制系统等，还有水箱与热交换器相互间连接软件管等。热交换器内的烟气管道采用锅炉管道，安装到柴油机消音器部位，柴油机尾气烟囱采用法兰连接，与尾气出口部位形成整体，可以起到一定的消声作用。水箱容积设计为0.5立方米，配置有供热循环泵、换热循环泵和备用泵。

3.2实现原理

水箱是柴油机排烟余热系统的连接中枢，是烟气使用流程的关键。主要由水仓及泵阀室构成。泵阀室中安装两套循环系统，需要首先向水仓内注满水，打开控制阀门后使循环泵处于运行状态，流动的水分经过柴油机烟气换热器，如果水温超过50度需要启动放热系统。需要先把柴油加热系统控制阀门打开，启动热水循环泵，热水流过柴油储罐加热盘管实现对加热。同时，吸热和放热循环系统开始运行，水仓是两个循环系统的关键连接件，冷水通过柴油排烟余热换热器后经过循环系统实现对柴油储罐的加热，之后回流回到水仓。水仓设置了进、出水口实现水量的补充。吸热系统热量会不断增加，为了保持热平衡状态，需要采用放热系统进行控制，柴油储罐的温度与加热的水温有着直接的联系，水温可以通过柴油机排烟回收器进行控制，保证柴油储罐处于5-15度。

4.试验效果

柴油机排烟余热回收利用装置循环管线无法实现有效地保温，主要用于对高架柴油储罐进行供热，可以在冬季使用0号柴油，保证两台热交换器可以交替使用。从实现结果可以看出，换热效率可以达到设计要求，换热系统和供热循环系统可以稳定可靠运行。室外温度达到零下4度时，换热器可以达到80.5度，柴油储罐温度为14.5度。柴油机排烟余热回收利用装置循环系统为普通水管，不具备很好的抗壓和耐高温能力，在实验过程中产生严重的变形，需要更换循环管线。采用钢丝夹层橡胶软管可耐受100度的热水，可承受4兆帕压力，接头连接可靠，不会产生爆管现象。水箱与热交换器相互间连接管路、水箱与柴油储罐连接管都可以承受4兆帕的压力，进入到12月中旬并没发现出现管线异常问题。通过多次的试验，钻井作业现场可以正常使用0号柴油，柴油机排烟余热回收装置可以正常使用，柴油机运行情况正常，增压器温度处于正常水平，没有形成很大的负压，可以在冬季施工中起到很好的保温效果，完全符合HSE施工要求，达到了设计的节能减排效果，有效地减少了钻井施工作业成本。

5.结束语

通过现场试验效果可以看出，柴油机排烟余热回收装置可以充分利用好尾气的余热，有效的提高了柴油机利用率，把冬季柴油替换成0号柴油，为钻井队伍提供有效的供暖，达到了节能减排要求，使作业成本进一步降低，可以在大范围内推广应用。

参考文献：

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