老式压裂车技术改造中的一些构想|技术改造

　　摘要:为发掘设备潜力,针对老式压裂车进行技术改进,使其继续在作业中发挥作用。改进中,将一些部件的性能特点利用在老式压裂车上,以达到提升设备技术水平和安全性能的目的。　　关键词:压裂车 技术 改造
　　中图分类号:TE934 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)09(c)-0095-01
　　20世纪80年代,我国进口了很多压裂设备,这些设备30年来在我国的石油工业中发挥了巨大作用。但是随着时间的推移,这些设备上原装的动力机或传动部件性能逐步下降,修理间隔明显缩短,但柱塞泵动力端完好,仍可继续使用。鉴于动力机或传动部件的老化,修理费用上升,已面临报废。为降低设备投入,延长设备的使用寿命,可以根据实际情况对这些设备进行技术改造,使其再次发挥作用。
　　1 超压保护功能
　　针对机械设备而言,使设备始终运行在合理的工况是保护人员和设备安全的有效措施。因此超压保护、超温保护、过载保护等技术在油田设备中得到了大面积的推广。其中,针对泵类特车开发的超压保护技术已经成为这些高压设备的标准配置。具体为:当作业压力超过当前设定压力,动力系统自动降低输出功率或切断动力。
　　在老式压裂车中,多数没有超压保护功能。在进行技改时,增加该功能有实际意义。但具体设备的配置不同,会有多种实施方案。以万国双机双泵压裂车为例:该车上装发动机为DDC 6V系列柴油机,传动箱为ALLISON 6061液力变速箱。其中,DDC 6V系列柴油机油门控制方式为拉线控制,ALLISON 6061液力变速箱换挡为手动或气动控制,两种部件均没有电控功能。
　　在此类产品中,均可用“电接点压力表+继电器+执行元件”的方案实现超压保护的要求,但根据设备的实际情况的不同,执行元件的类型及控制点可以有多种实施方案。
　　2 更换发动机
　　出于对成本的考虑,通常会使用国产机械调速发动机替代进口发动机,其调速形式为机械调速。由于调速形式的限制,当超压信号发送后,系统无法自动降速。
　　根据此项限制,可以在发动机进油路上增加一个燃油电磁阀,由配套继电器控制。当继电器接受到超压信号时,控制燃油电磁阀动作,切断燃油供给,使发动机熄火。此方案的优点:总体成本低,系统原理简单,对操作人员素质要求低。缺点:对发动机寿命有一定损害。
　　如有条件更换电喷发动机,则只需在油门电路中增加继电器即可,可使发动机直接降为怠速。
　　如设备中保留的变速箱是气动控制,则可以考虑将变速箱控制气路中安装一个电磁换向阀,继电器控制此换向阀放空,可以使变速箱直接转换为空挡,从而切断动力。由于气路放空和变速箱动作需要1.5～2s的时间,所以此方案的缺点是系统动作滞后。但综合考虑,个人推荐使用该方案。
　　3 更换变速箱
　　国产液力变速箱控制已升级为电控方式,并具有直接空挡功能。只需在变速箱控制电路中增加继电器,就可达到目的。
　　如条件允许同时更换发动机和变速箱,则建议采取机械变速箱+电控变速箱的方式来实现,具体方法同上。可使投入最低,装置性能不降低,满足设备使用工况。
　　4 整机功能拓展
　　随着压裂设备的装机功率日益提高,很多老式压裂车在输出功率上已不能满足高压大排量的注入要求。虽然不能作为压裂施工的主力装备,但仍可完成套管平衡、试压、碰压等作业。在完成上述作业时,均要求设备以稳定压力和小排量泵送液体,在老式压裂车中基本都是通过调整针型阀开度、调整发动机转速和变速箱挡位等三种手段实现。在实际作业中,这三种手段需要配合调整,不能仅依靠一种方法。因自动化程度较低,对于操作者的技术水平要求较高,且劳动强度大。
　　鉴于上述情况,在更换变速箱时应多考虑新变速箱的相关功能。在小排量工况下,常见的液力变速箱因发动机转速低,实际工作在变扭工况,会有传递效率低、温升快的缺陷。如让液力变速箱工作在闭锁工况,则会因发动机转速高、变速比小的原因超出作业要求。
　　解决方案:采用具有缓速功能变速箱。在重型汽车底盘安装的液力变速箱,通常会加装液力缓速器。该缓速器主要在车辆起步或低速行驶中发挥作用,相当于变速箱有一个大减速比的挡位。如在改造时选用的变速箱配套加装液力缓速器,可以使整机在高压小排量工况长期工作。另有的变速箱通过软件控制,使变速箱具有“蠕动”功能,如ZF系列变速箱,可以通过软件控制摩擦片在一定频率下结合与分离,可以使压裂泵在极低的输入转速下运转,非常适合试压或碰压作业要求。
　　5 冷却系统的自动控制
　　在压裂车中,安装了多个由液压系统驱动的冷却器,分别用来冷却发动机、变速箱、柱塞泵动力端中的液体。在现有设备中多数使用“定量泵+定量马达”的形式来驱动风扇,即风扇转速与定量泵的驱动转速成正比,与系统被冷却部件的温度没有关系。
　　我国油藏分别较广,由于地域的不同,设备的冷却要求也不尽相同。在高温地区,要求冷却气流大,提升冷却速度;低温地区,则要求冷却速度不能过快,否则会因冷却油液在低温下粘度增大,降低传动效率,同时增大油耗。
　　技改时可以使用“温控开关+电磁溢流阀”方案对液压系统进行改进,在温控开关上设定被冷却部件温度的上限和下限,触电开关和电磁溢流阀的控制电路相连。作业起始阶段,部件处于冷车状态,电磁溢流阀处于卸荷状态,使液压泵空转,不输出动力,降低油耗;当温度超标时,温控开关控制电磁溢流阀关闭卸荷,液压马达转动,冷却风扇开始工作;当温度降低至系统下限时,温控开关控制电磁溢流阀开启卸荷,冷却风扇停止工作。
　　此方案原理简单、设备投入及安装难度小,是冷却系统具有自动启动/停止功能。但由于没有转速控制,系统只有0或额定转速两个工况,如需中间工况,需要配合调整液压泵的驱动转速来获得,相对而言操作并不简便。有条件的厂家可以用“温度传感器+PLC+电控变量泵+定量马达”的方案进行改造,以获得更好的改造效果。
　　冷却系统自动控制的最终评价结果在于驱动风扇的液压马达能否因温度变化而改变转速,因此使用PLC作为控制核心较为理想。在压裂车中的数据采集系统已安装了PLC,使用其剩余的通道为冷却系统进行控制,无需增加额外成本。
　　6 结语
　　多数老式压裂设备已进入报废期,但多数设备中其核心部件(柱塞泵、变速箱等)仍具有利用价值,尤其在一些对设备要求不高的作业中,仍可以充当主力。为节约设备投资,可以通过技术改造的方式延长设备的使用寿命。
　　参考文献
　　[1]吴汉川,刘健,庞罕,等.2500型压裂车副车架拓扑优化及分析[J].石油矿场机械,2012,40(3):18-20.

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