海洋平台固井加重用无尘输送设备设计研究

刘洪李，柯真军，侯 林，廖 明

（1.中海油田服务股份有限公司油化事业部，河北廊坊 065201；2.中海油田服务股份有限公司油化事业部湛江作业公司，河北廊坊 065201）

0 引言

钻井平台日常作业，在利用混合水柜和批混撬混配铁矿粉的过程中，目前存在人工配制，并且混配漏斗完全是开放式，导致铁矿粉粉尘漫天飞扬。当前作业存在诸多问题，主要归结为3个方面：①粉尘对空气和海洋环境造成污染，影响平台的作业和生活环境；②人工作业效率较低，且受天气影响，不能满足平台紧张连续作业；③对作业人员的身心健康造成影响，包括人工投放物料时对混合水柜和批混撬上方作业人员可能造成意外伤害。

因此，研制开发具有我国自主知识产权的应用于海洋钻井平台的重介质负压无尘输送设备，以满足钻井平台钻井液配置中重介质粉料无尘化添加的需求。研制目标：研制一套以铁矿粉为主要介质的负压无尘专业输送装置，采用负压原理、机械下料，对流量调节、粉尘处理等环节进行控制，实现生产机械化、自动化、高效化、无尘化，达到安全生产、环保作业的目标。

1 设计参数

设备主要满足以下技术参数：①输送物料，铁矿粉250～1200 目；②输送物料容重，2.8 t/m（3堆积密度）；③输送能力，铁矿粉输送能力为10～15 t/h（250 目铁矿粉）；④输送方式，负压方式为连续输送，正压仓式输送小于15 次/h；⑤环境温度，-15～+45 ℃，相对湿度≤95%（25 ℃时）；⑥系统允许的最大风量泄漏不超过6%；⑦分离设备部分粉尘排放浓度为＜40 mg/Nm3，排放阻力≤1700 Pa，除尘效率＞99.5%，输送混合比＞21，平均输送速度≤10.8 m/s；⑧适用防爆场所，II 类B 级T4 组；⑨防护级别IP65；⑩防腐等级，海洋环境C5-M 标准执行；设备制造小型化成撬，本次科研设备成撬后的尺寸要小于4600 mm×2500 mm×3000 mm。

2 关键技术

2.1 重介质无尘输送工艺设计

根据工况和工艺特点选用真空与正压结合的气力输送方式。输送工艺为：袋装铁矿粉破袋后进入散装仓，经过变频定量给料机给入加速装置，进入混合加速室；在混合加速室里物料与空气混合，以真空泵产生的负压为动力，将料气混合物经由管道吸送到HGMRI 1000 型泵中，在泵内进行料气分离，过滤过的空气从真空泵排出，然后通过正压加压流化后输送至指定水箱上的接收罐（图1）。

图1 重介质无尘输送工艺

2.2 负压转正压设计及粉体输送转运泵研制

重介质负压无尘输送设备采用负压进料、正压送料的方式实现铁矿粉的自动化、无尘化输送，负压转正压的设计作为该套设备的核心技术，主要集成应用于HGMRI 1000 型输送泵中（图2）。HGMRI 1000 型泵是一套将负压吸送功能和正压输送功能集成的设备，该套输送系统由A 泵、B 泵共同组成，2 台泵交替连续工作实现吸取和压送物料的目的，是系统内的关键设备。主要有分离和输送两大功能：分离功能是通过设计制造旋流对冲结构使物料在泵内高效分离，同时大幅降低对设备的磨损和增加输送效率，并将物料收集在泵内；输送功能是通过采用物料自流动及流态化卸料原理设计合适流化和加压装置，然后通过底部的加速装置将物料输送至接收点后进行料气分离。正压输送管道规格为Φ133 mm×5 mm，HGMRI 1000 型泵的合理有效尺寸为直径1160 mm、高度3100 mm，该泵需要配置F3 气动增压阀门、F4 气动输送阀门、F5 气动流化阀门，各种调节阀、逆止阀、止回过滤部件，各种软连接、蝶阀、配套工艺管等。

2.3 系统配套无尘化吨袋拆包机设计

海上钻井平台配浆用铁矿粉均为吨袋包装，为满足系统无尘化自动破袋及进料要求，设计与系统要求匹配的吨袋拆包机（图3）。拆包机在自动破袋的基础上，增加了拆袋室和尘气出口，尘气出口经管道与单配过滤除尘器或中央除尘系统相连，大大减少了特别是易扬尘物料对人体的伤害和环境污染。拆包机处理能力10 袋/h，拆包过程拆包机外无可见扬尘。该拆包机结构简单紧凑、机体稳固性好、运行安全可靠，维修量小，操作人性化，工作可靠。

图2 HGMRI 1000 型输送泵

2.4 小型化撬装结构设计

该系统工艺较为复杂，系统设备及部件较多，考虑到海洋钻井平台甲板空间受限，对系统整机进行小型化撬装设计，将无尘化加料系统、正负压交替转运系统、动力系统、冷却水制冷循环系统、控制系统等多系统加以集成撬装，最终控制设备整体结构外廓尺寸为4500 mm（长）×2500 mm（宽）×3200 mm（高），充分考虑各方面问题，设备紧凑、检修方便，达到最大空间利用的目的，满足业主要求（图4～图7）。

图5 重介质负压输送设备

图6 作业平台测试

3 创新点

3.1 重介质正负压转换全自动系统集成设计

系统利用负压进料解决堆积容重2.8 t/m3的重介质无尘化进料问题，利用正压输送解决输送距离及输送效率问题，全自动化控制系统实现负压转正压的自动化调节，将无尘化加料系统、正负压交替转运系统、动力系统、冷却水制冷循环系统、控制系统等多系统加以集成，实现重介质的自动化无尘输送。

图7 HYSY944 平台

3.2 输送设备全系统无尘化解决方案

采用专用设计除尘拆包机，实现吨袋拆包无尘化；转运泵内“旋流对冲进料结构设计+风力碰撞过滤板+褶皱式布袋除尘器”三级过滤除尘方案结合，实现分离部分粉尘排放浓度小于40 mg/m3；利用物料加速器补风结构连接吸风管+末端旋流料器分离及过滤一体下灰头，解决末端扬尘的问题。

4 社会经济效益

该设备为国内首台套重介质负压无尘化输送设备，成功应用于HYSY944 平台，完成了DF13-2-A3H 井7 英寸尾管固井中的配置隔离液作业。解决了海上平台钻、完井液配置中固体粉料自动化、无尘化添加问题，极大地解放人力、提高效率、保护环境。随着技术的日趋成熟、产品的不断升级和环保管控力度的加强，该设备有较为广阔的推广前景。