190型柴油机电暖机装置的设计与应用

190型柴油机电暖机装置的设计与应用

摘要:详细阐述了190型柴油机电暖机装设计原理、改造安装情况和现场试验应用产生的效果和经济效益,为钻井降本增效、节能降耗起到了很大的作用。

关键词:柴油机电暖机装置设计应用

吐哈钻井公司钻探的大部分领域都处于比较寒冷地区,在冬天打井时柴油机长期处于较低的野外环境温度下运转,其中尤其在三塘湖区块冬季更是十分严寒。为了防止冷却水冰冻,即使在钻井过程中不需要全负荷动力的时候,柴油机也必须全部进行运转[1]。该设计就是解决野外工作的190型柴油机冬季冷却水冻结和启动困难问题,替代以前采用低速运转的方法。

1 结构原理

根据190型柴油机的高低温水箱以及高低温水管线外置安装的结构特点,将190型柴油机外置水管线进行改造,使2套电加热装置分别与高低温循环水串联起来,通过电加热装置的小型暖气水泵促使柴油机冷却液不断循环,电加热元件不断供暖加热从而达到暖机保温目的。

该装置主要由两部分组成:一是电加热装置1;二是水泵循环装置7,两部分通过联通管8进行串联,电加热装置1将柴油机的冷却液进行

加热,暖气循环水泵7促使柴油机冷却液在机体内不间断循环,从而使整个机体温度保持均衡。该装置具有与循环水泵连接的上接管3和与散热水箱连接的下接管5,其特征在于在上接管3和下接管6之间连通一个内部具有电加热元件2的电加热装置1,并和机体的冷却水形成闭式串联循环。其主要优点是克服了北方冬季野外作业的柴油机循环水结冰影响使用和启动时的蒸气加热工序。

2 加热器功率计算

假定柴油机工作的冬天野外温度为-20℃,现在需要机体能够保持30℃的恒温,

即机体和外部环境温差△t=30℃－(-20℃)=50℃

由于机体内部是一个相对密封的腔体,而冷却水又一直围绕缸套进行循环,其机体内部的温度基本一致,即整个机体内部可以看作是一维温度场,柴油机外壁的换热有自然对流换热和辐射换热两种方式,单位时间内自然对流传导的热量计算:

取机体外表面与空气间的自然对流换热系数α=7.5W/(m2·℃),

12V190柴油机外形尺寸为:L×B×H(mm)3400×1560×1600

柴油机机体表面面积:

F=2×(L×B＋L×H＋B×H)

=2×(3.4m×1.56m＋3.4m×1.6m＋1.56m×1.6m)

=26.48㎡

代入牛顿对流换热公式Q=α·F·(tw－tf)

可得单位时间内的对流导热量:

Q1=α·F·(tw－tf)

=7.5W/(㎡℃)×26.48㎡×50℃

=9.93kW

单位时间内柴油机机体热辐射散失热量:

Q2=F·ε·σ·［(Tw/100)4－(Tf/100)4］

＝26.48㎡×0.9×5.67w/㎡×［(30＋273)4－(-20＋273)4］×10-8=5.84kW

Q=Q1＋Q2=15.77kW

即表明如果需要在-20℃的野外温度下保持机体温度在30℃以上至少需要有15.77kW的电加热器不间断地为循环冷却液进行供暖。

结合现场工作环境以及电加热棒的实际规格,选用4个4kW规格的电加热棒合计功率16kW对柴油机高低温冷却水进行加热的暖机方案,通过上面的计算和论证说明这一方案是完全可行的。

3 总体设计

3.1 水管线连接

将柴油机左右循环水泵前端与水箱联结的φ78S型水管拆下,将1#加热器上端连接左侧高温循环水泵法兰上,下端与水箱及膨胀水箱连管连接好,并将原高温进水口温度表感温包插在水泵进水口水温表座上,另外加一只附加温度表,感温包插入加热器进水管水温表座上内,表头固定在适当位置。

将2#加热器装在右侧低温循环水泵法兰上(接线盒向柴油机外侧),下端与水箱及膨胀水箱连接好,加一只附加温度表感温包,插入加热器进水管温度表座内,表头与另一只附加温度表固定在同一表盘上,该温度即为两循环水最低温度。

当柴油机正常运行时,将管线截止阀转至与管线平行(开启),并将阀门关闭即可。当柴油机需要加热保温时,将管线截止阀关闭,将阀门开启,冷却水就将经过加热器加热后不断在机体内进行高低温闭式循环,从而达到暖机保温的目的。

3.2 电路连接

将每台柴油机两个加热器用电缆线与接线盒可靠连接,用电缆线将接线盒与控制柜按端子号连接紧固。同时将加热器下部进水口插入

温度传感器接头,固定牢固。每台柴油机有高低温两个加热器,因此每台柴油机有两条电缆线进入控制柜,井场的线路布局如图2所示.

在检查接线无误后,对柴油机进行注冷却液,检查管线无渗漏后,开机运行3～5min,检查电器各部分无异常然后给加热装置进行供电。

4 现场使用效果评价

从2006年开始分别在8部钻机的190柴油机上面安装了暖机装置,经现场试验,使用效果良好,达到了预定的暖机效果。三塘湖井队每年大概有5个月的保温期,井队安装该装置后,均可以在保温期内对柴油机进行保温,随时可以进行启动并正常运转。

5 结论

(1)190柴油机电暖机装置对节约燃油、减少污染排放有很大实际效果,经济效益及社会效益十分显著。(2)190柴油机电暖机装置的应用,使柴油机不再需要进行不间断跑温,对减少柴油机磨损、延长柴油机的使用周期有明显效果。(3)环境温度稍高时,该装置也可进行间断

使用,只需在柴油机启动前通电,达到快速预热,从而避免冷机强行启动对柴油机造成的损害。

参考文献

[1] 髙志和,白承斌,张燕,等.12V190型柴油机节油装置应用研究[J].石油矿场机械,2011,40(6):77-79.