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    北京離心機廠提示您離心機在不工作狀態下,應保持安全狀態

    發布者:北京離心機廠 發布日期:2013-7-31 19:52:59

      我國每年新增幾千口油氣井, 每口井完井后產生的廢鉆井液大約有 70~80m3, 含水質量高達60%, 這種廢鉆井液是一種包含多種有害物質的混合物, 且常堆積在井場附近, 造成水和環境的污染, 同時浪費寶貴的土地資源。隨著現代石油鉆井技術的進步和環保意識的提高, 同時按照油田HSE 的要求, 油氣勘探開發業主希望使用更清潔的泥漿鉆井以保護油氣層, 從而獲得更高的油氣產量, 減少環境污染。渦輪螺桿鉆井工藝的應用對泥漿的清潔性提出了更高要求, 廢棄泥漿的處理將越來越受到重視, 而處理廢棄泥漿主要就是盡可能地分離其中的固相和液相, 這些都對石油鉆井固控系統提出了更高的要求, 而鉆井液的固液分離除了振動篩、除砂器、除泥器外, 更徹底的分離設備就是離心機設備。中速離心機可分離低粘度泥漿中直徑最小至 5~7 μm 的固相顆粒, 對于更細小的顆粒和高粘度泥漿或油基泥漿中的顆粒就顯得力不從心了, 并且中速離心機由于機械結構的緣故一般不能進行轉差率調整, 所以說中速離心機難以適應對固控系統的新要求, 配置高速離心機是滿足新一代鉆井的必然選擇。我們采用MICROMASTER 440 變頻器, 利用PROFIBUS現場總線技術,控制和調節 LW355-1250N系列高速離心機主機和輔機電機的轉速,可隨時合理地調節調整轉鼓轉速和螺旋推進器與轉鼓的轉速差,進行固液更好的分離,滿足現代鉆井的工藝和技術要求。

      2 系統配置及調速要求

      此系統主要由離心機的機械總成和 1 臺 30 kW的主機電機、1 臺 7.5 kW 的輔機電機、1 臺 5.5 kW的供液泵電機、 個控制柜 ( 柜內裝有主電機變頻  1器、輔助電機變頻器等) 、1個控制箱組成。

      2.1 離心機的機械結構

      臥式螺旋離心機通常由兩部分組成: 一部分是轉鼓, 另一部分是螺旋輸變器。螺旋在轉鼓里面,且兩者同軸, 轉鼓與螺旋之間有 2 mm 的間隙。當泥漿由供料端進入轉鼓中, 泥漿液隨同轉鼓旋轉,這時固體顆粒在離心力的作用下沉降到轉鼓壁上, 在螺旋輸送器的作用下, 將沉降到轉鼓壁上的固體顆粒排出, 這樣就實現了固—液相的分離。螺旋輸送器、轉鼓的轉速差與轉鼓轉速之比稱為轉差率, 轉差率很小, 并且在實際應用中根據泥漿情況, 應能調節轉差率, 以便達到更好的分離效果。調節轉鼓與螺旋輸送器的轉差率, 從目前來看中速離心機采用行星差速器, 將轉鼓與螺旋輸送器軸連接起來, 轉差率沒有辦法調整, 故固液分離效果不理想。本系統中用到的 LW355- 1250N 高速離心機, 主電機驅動滾筒旋轉, 輔助電動機驅動螺旋輸送器, 通過 MM440 變頻器無級調節兩個電機的轉速改變轉差率, 更好地實現了固液分離。


      2.2 系統組成

      離心機電控系統主要由主離心機變頻器、輔助電 機 變 頻 器 、SIEMENS 315 -2DP 及 I/O 模 塊 、SIEMENS TP170B 觸摸屏、上位機+wicc 組成, 如圖1 所示。離心機電控系統作為 CPU 315-2DP 的 1 個Profibus-DP 的從站, 通過控制兩臺 MM440 變頻器來調節離心機主電機和輔助電機的轉速, 實現對離心機轉鼓的調整, 如離心機的啟動、停止、加速、減速等功能。PROFIBUS-DP 適應于高速通信的場合,采用 RS-485 雙絞線電纜或光纖傳輸, 波特率從 9.6Kb-12 MB, 采用點對點( 用戶數據與傳輸) 或廣播( 控制指令) 方式, 支持循環的主從數據傳輸。

      2.3 離心機的調速要求

      轉鼓是高速離心機工作的核心, 是直徑 355 mm、長度1250 mm 的圓筒狀不銹鋼結構, 轉鼓的旋轉靠離心機主電機帶動齒輪皮帶進行傳動, 具有轉動慣量大、摩擦力小、轉速高的特點, 同時螺旋在轉鼓內且同軸, 由輔助電動機驅動。這樣對離心機的調速就有如下要求:

      (1)離心機在不工作狀態下, 應保持安全狀態, 轉速為 0r /min。

      (2)根據離心機的工藝要求, 啟動時先啟動輔機, 再啟動主機; 停止時先停主機, 再停輔機。這樣在啟動、停止離心機時, 會出現共振現象, 為了有效的減小共振, 降低機械損耗, 啟動輔機時, 初始預設定的頻率一般為 30 Hz, 而主機設定的初始頻率一般為 40 Hz; 停離心機時, 同樣先降低主、輔機電機的轉速, 再進行停機操作。

      (3)由于螺旋在轉鼓內且同軸, 在離心機正常工作中驅動螺旋的輔機電動機處于發電狀態, 主機處于電動狀態, 并且主機減速時也處于發電狀態,且能量較大, 時間較長, 處于發電的能量需要通過合理通道進行消耗。

      (4)離心機轉鼓、螺旋的轉速需要經常調整, 升速、減速頻繁。

      3 離心機控制回路與變頻器的選型

      3.1 離心機的控制回路

      MM440 系列變頻器是通用型的矢量控制變頻器, 具有 V/f 特性曲線的頻率控制方式和磁場定向矢量控制方式。在本系統中,離心機主、輔機電動機采用V/f特性曲線的頻率控制方式,輸入有進線電抗器,輸出均無電抗器。根據離心機的工藝要求,利用 MM440 變頻器調節主、輔電動機的轉速,很容易滿足離心機轉速的要求,可是當離心機處于再生制動狀態時,產生的能量如何消耗是關鍵問題。

      按照離心機的工作要求啟動順序為: 輔機- 主機- 泵機; 停止順序為泵機- 主機- 輔機并且主電機驅動1個重達1噸左右的轉子高速旋轉( 3250 rpm) ,轉子的慣性非常大, 加速時間要求較長( 120 s) , 減速時主機發電會有高壓產生, 同時輔機正常工作時扭矩方向與旋轉方向相反, 輔機處于再生制動狀態, 只有輔機啟動或處理故障時處于電動狀態。主、輔機處于再生制動狀態時, 產生的能量如果沒有有效的方式釋放, 就會產生高壓, 輕則系統報過壓故障, 嚴重時會燒毀電機或變頻器。我們按離心機的工藝要求, 有兩種方案可供選擇:

      第一種方案, 配置制動電阻。在電動機處于再生制動狀態時, 拖動系統的動能要反饋到直流回路, 使直流電壓 UD 不斷上升, 甚至達到危險的地步, 所以必須將再生到直流回路的能量消耗掉, 使UD保持在允許的范圍內。按現在的通常辦法, 制動電阻是首選器件?墒窃陔x心機系統中我們不能夠準確的計算出需要消耗的能量, 只能利用最大的制動能量 7.5 kW 衡量, 這樣訂做的制動電阻體積很大, 并且發熱嚴重, 在移動的電控設備中, 尤其在封閉的電控房內, 沒有最佳的安裝方式和制冷措施,同時如果放在電控房內又會加快其他電器元件、電纜等的老化速度, 減少使用壽命; 如果放在戶外就會在換井位時給搬家帶來不便甚至出現錯線、屏蔽層斷裂等情況, 對設備安全遠行造成隱患。

      第二種方案, 把主、輔機的直流母線連通, 形成所謂的公共直流母線系統, 這樣把正常工作時輔機再生制動產生的的能量由主機消耗; 主機減速時再生制動產生的能量由輔機消耗, 避免了正常工作和主機減速時產生過壓故障, 同時利用變頻器內部的 OFF3 ( 使電動機快速的減速停車命令) 功能進行正常的減速、停車, 不需要配加制動電阻、施工也簡單方便, 提高了設備的性價比。因此我們選擇更加合理的第二種方案

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