防喷器控制装置液压油强制过滤系统设计

2024年2月7日发(作者：)

2011年第40卷第4期第50页石油矿场机械OIL　FIELD　EQUIPMENT　2011,40(4):50～53文章编号:100123482(204防喷器控制装置液压油强制过滤系统设计孟少辉,李　英,张立刚,何伟红,陈慧慧,郭　晨(北京石油机械厂,北京100083)　摘要:地面防喷器控制装置因液压油污染严重而造成液压系统故障问题。分析了液压油污染的主要原因,介绍了常规控制装置采取的污染防控措施及滤油器的选用。借鉴液压油过滤系统在其他机械设备的应用,在常规控制装置中设计了液压油强制过滤系统,介绍了其组成及工作原理。该过滤系统可提高液压油过滤精度,降低控制装置的故障率,满足油田使用要求。关键词:防喷器;控制装置;液压油;滤油器;设计中图分类号:TE931.103　　　文献标识码:ADesignofControlSystemforSurfaceMountedBOPStackswithFilterSystemMENGShao2hui,LIYing,ZHANGLi2gang,HEWei2hong,CHENHui2hui,GUOChen(BeijingPetroleumMachineryFactory,Beijing10083,China)Abstract:ForsolvingtheproblemofthehydraulicsystemfaultforreasonsofserioushydraulicoilpollutionofcontrolsystemforsurfacemountedBOPstacksusedinoilfield,themaincausewasanalyzed,ingtotheapplicationoffiltersysteminothermechanicalequipment,thecontrolsystemwithfiltersystemisdesigned,trolsystemincreasesprecisionoftheoil’sfilter,ds:BOP;controldevice;hydraulicliquid;filter;design　　地面防喷器控制装置(以下简称控制装置)行业标准SY/T5053.2—2007规定[1],在注入液压油之前,液压油箱应清除所有的焊渣、铁屑、砂子以及其他污物。每个油箱应提供清洗口或清洗窗以便于打扫清洗。在包装之前,必须排净远程控制台油箱及管路中的试验用压力液,清洗各处滤网。但在对国内各油田控制装置的产品调研中发现,控制装置中的主要液压元件———溢流阀、调压阀、三位四通转阀极易漏油,高压卸荷阀易坏。对这些元件进行拆检后经常发现里面有铁屑、生料带、泥沙等污物,同时,控制装置使用的液压油较浑浊,经常出现乳化现象,油箱底部也有大量的沉积物。常规控制装置在泵吸油口及调压阀入口有过滤器,精3　收稿日期:2010210228度较低,过滤网精度是60目。对于目前的安装位置,如果精度太高,清洗不及时会造成憋泵,甚至会危及电机安全。本文在常规控制装置中设计强制过滤系统,使过滤精度达到20μm,可在不影响设备原来功能和使用安全性的前提下,更加有效地控制液压系统的污染,提高工作可靠性,延长使用寿命。1　液压油污染的主要原因[224]液压油在多次循环使用和在油箱存储期间,油液中的污染物主要有固体颗粒、水、空气、有害化学物质、微生物等。1.1　外界侵入的污染物1)　液压装置组装时残留下来的污染物。主要　作者简介:孟少辉(19762),女,河南灵宝人,工程师,硕士,2005年毕业于西南石油大学,现从事石油机械装备的研发与设计工作。

　第40卷　第4期　　　　　　孟少辉,等:防喷器控制装置液压油强制过滤系统设计・51・指液压元件、管线和油箱在制造、储存、运输、安装、维修等过程中带入的沙粒、铁屑、磨料、焊渣、铁锈、油垢、棉纱和灰尘等。2)　从液压系统周围环境中混入的污染物。主要有空气、水滴、尘埃等。这些污染物在液压系统工作过程中,通过系统中可能产生的缝隙侵入,例如外露的往复运动的活塞杆、油箱的进出油口、胶管接头、空气滤清器等。1.2　系统工作产生的污染物1)　液压系统工作时,液压油要循环流动,相当5)　定期检查和更换液压油　每年1～2次定期取样检查液压油品质,分析其清洁度,如果不符合要求,必须立即更换。2.2　辅助控制措施1)　适当增大吸油管直径,减小泵入口到吸入腔的压力损失。2)　在中高压管路中安装抗震、耐冲击性好的管夹,经常紧固松动的螺栓。3)　在管线高处及油箱顶部加装排气管。2.3　滤油器的选用2.3.1　选用原则于对液压油进行搅拌,加剧搅拌会使液压油氧化而引起性质的变化,生成沉淀物和胶质。2)　液压油含有一定量的水分,在工作过程中会使金属腐蚀形成水锈。3)　系统工作中因液体流动对金属表面的物理化学作用而产生的金属粉末。4)　液压元件在工作过程中运动,零件之间互相摩擦生成金属磨耗物及密封件的磨耗物和碎片。5)　油箱内壁上的底漆老化而脱落的碎漆片。6)　液压油中混入的其他油品。1)　吸油管路滤油器　过滤精度不宜太高,否则液阻大,易堵塞;过滤精度亦不宜太低,否则液压油不易清洁,造成液压元件损坏。2)　管路滤油器　应有足够大的通流能力,否则造成液压油严重发热。如果通油能力,即公称流量比泵流量小,泵将产生严重噪声,严重时会造成液压油管爆裂。2.3.2　选用滤油器2　常规控制装置污染防控措施液压油在工作过程中不断地产生污染物,要彻底防止污染是很困难的。为了延长液压元件的使用寿命,保证液压系统的正常工作,应将液压油的污染控制在一定的范围内。2.1　主要防控措施1)　控制液压油的工作温度　注入的液压油量应在规定的油箱液位内,使系统中的油液有足够的循环冷却条件。2)　元件和系统在生产过程中进行清洁　无论安装还是维修,所有零件必须认真清理、清洗、吹干,所有工具和环境场地都要保持清洁,关闭门窗防尘进入,不能立即装配的零件油口要作临时密封保护。定期清洗油箱,采用外过滤装置对油液进行定期净化处理。3)　防止污染物混入液压系统　油箱合理密封并装设有高效能的空气滤清器,防止尘土、水分的进入;注入新油必须经过120目以上的过滤器;管路接头等连接处密封严密;活动件(如液压缸活塞杆端)装有防尘密封装置。4)　过滤和净化液压油[5]　液压油必须经过严格的过滤以防止固体杂质损害系统,这是控制液压油污染的重要手段。吸油管路用滤油器通常选用过滤精度100μm,通流能力(即公称流量)大于液压泵流量的2倍;减压阀、气手动调压阀和气泵的进油管路选用的过滤精度通常为80～100μm(150目);电泵选用的过滤精度通常为40～60目。3　新型控制装置新型控制装置由远程控制台、司钻控制台、辅助控制台等部件组成。液压能源的制备、压力油的调节与其流向的控制等都在远程控制台上完成[6]。3.1　远程控制台结构组成及功能带液压油过滤的新型控制装置远程控制台主要由蓄能器组、气泵、液压油过滤系统、油箱、电泵等组成,如图1。1—蓄能器组;2—气泵;3—液压油过滤系统4—油箱;5—电泵图1　带液压油过滤系统的远程控制台

・52・　　　　　　　　　　　石油矿场机械　　　　　　　　　　　　　　　　2011年4月　　　1)　蓄能器组　蓄能器组用于储存足量的高压液压油,为井口防喷器和液动阀动作时提供可靠油源。2)　气泵和电泵　电泵和气泵用于提高液压油的压力,为蓄能器输入并补充压力油。电泵在控制装置中作为主泵使用;气泵作为辅助泵使用。3)　液压油过滤系统　液压油过滤系统是一套独立的泵系统,能够实现液压油的吸、回油过滤,保护油液的清洁,保证液压元件及系统的正常运行。3.2　液压油过滤系统工作原理液压油过滤系统包括过滤精度20μm的回油过滤器、过滤精度100μm的吸油过滤器、齿轮泵、电机等。3.2.1　回油过滤器更换滤芯时可随同一起带出,避免了污染物重新掉入油箱。滤芯过滤材质采用玻璃纤维,具有过滤精度高,通油能力大的特点[8]。在过滤器上设有2个小回油孔,可用作系统中少量油液回入油箱过滤或向油箱少量加油。3.2.2　吸油过滤器[9211]吸油过滤器安装在油泵吸油口处,用以保护油泵及其他液压元件,以避免吸入杂质,有效控制液压系统污染。吸油过滤器包括过滤器、旁通阀、滤芯堵塞发讯器等,如图3。回油过滤器用于液压系统回油精过滤,滤除液压系统中由于元件磨损产生的金属颗粒、密封件磨损的橡胶杂质等污染物,使流回油箱的油液保持清洁,如图2。1—发讯器;2—过滤器;3—旁通阀;4—油箱图3　吸油过滤器工作原理　　当滤芯被污染物堵塞到出油口真空度为0.018MPa时,发讯器发出更换滤芯信号,若不及时更换滤芯,在滤芯上部的油路旁通阀会自动开启,开启真1—发讯器;2—带磁性滤芯的过滤器;3—旁通阀;4—油箱空度为0.02MPa,以避免油泵出现吸空故障,但此时应停机更换或清洗滤芯,以保持液压系统的可靠性。更换和清洗滤芯时,油箱内的油液不会流出。带液压油过滤的控制装置在运行时要注意观察管线和接头处有无渗漏,目测表显示滤芯有无堵塞。3.3　工作原理图2　回油过滤器工作原理　　回油过滤器有永久磁铁,可滤除1μm以上铁磁性颗粒。冷油启动时,因系统液温过低、流量脉动等因素,造成过滤器压差比主机大而不能工作。在滤芯被污染物堵塞情况下,滤盖下部并联的旁通阀会自动开启,开启压力差0.4MPa,能保护滤芯及系统正常工作。旁通阀同时也有单向阀的作用[7],在更换滤芯时,油箱内的油液不会流出。带磁性滤芯的过滤器有液流扩散作用,能使回油平稳地流入油箱内,不易产生气泡,减少重新进入的空气,减弱已沉积污染物的骚动,且当旁通阀开启时,能起粗过滤的作用。当滤芯逐步堵塞后,可在目测表上观察滤芯堵塞情况,同时还可连接发讯器,发讯值0.35MPa,在滤芯底部设置溢流管及积污盅,带液压油过滤系统控制装置是在保持常规控制装置过滤设施不变且不影响原有功能的情况下,另外设计了一套过滤精度较高的液压油强制过滤系统的新型控制装置,如图4。3.3.1　强制过滤系统独立操作油箱加足液压油。需要过滤时,先打开控制电机的防爆开关,液压油通过吸油过滤器、齿轮泵、回油过滤器进入油箱,然后液压油经吸油过滤器、齿轮泵、回油过滤器进入油箱,如此往复独立循环,不影响控制装置的其他操作。

　第40卷　第4期　　　　　　孟少辉,等:防喷器控制装置液压油强制过滤系统设计・53・环境。缺点是比常规控制装置外形尺寸略有增大,适用于对控制装置外形尺寸无特殊要求的油田。4　结论1)　带液压油强制过滤系统的控制装置能够提高液压油的清洁度。2)　由液压系统污染造成的故障频次明显减少。3)　强制过滤系统既能保证与控制装置其他操作同时进行,又可以独立操作油过滤系统,使用方便。4)　能够提高元件工作寿命,从而提高了控制图4　液压油强制过滤系统3.3.2　与其他操作同时进行装置整体性能。5)　制造费用较低,能够大幅度降低现场维修费用。6)　具有良好的推广应用前景。参考文献:[1]　SY/T5053.2—2007,钻井井口控制设备及分流设备油箱内的油在强制过滤的同时,如果控制装置在进行其他操作,例如通过电泵或气泵把液压油输往控制装置的各个液压管汇,液压管汇可通过卸荷阀等把油排回油箱,液压油又在油箱中强制过滤为清洁油,清洁油通过电泵或气泵再循环输送到各个液压管汇。此时,控制装置的液压油过滤可同步操作进行循环,清洁液压管汇中的液压油。3.4　现场应用截至目前,带液压油强制过滤系统的控制装置已经批量在某油田成功应用3a,应用现场如图5。控制系统规范[S].[2]　刘天顺,邹光瑞.浅谈液压油的污染与过滤[J].山西机械,2001,4(12):32233.[3]　刘国昌.液压油的污染控制与防治[J].机械制造与研究,2004,33(5):37238.[4]　薛新文.液压油中污染物的影响及控制[J].西安航空技术高等专科学校学报,2010,28(1):41243.[5]　陈丽霞,刘清友,单代伟,等.防喷器控制系统故障树的建立与定性分析[J].石油矿场机械,2008,37(10):642671[6]　刘仁桓,陈海平,赵　旭,等.PE管式膜错流过滤性能试验研究[J].石油机械,2008,36(9):629.[7]　北京石油机械厂.地面防喷器控制装置培训教材[Z].2008.[8]　刘忠怀,黄爱民,刘海厚1旋转防喷器油温智能数显控制系统[J].石油矿场机械,2002,31(3):492501[9]　成大先.机械设计手册:第4卷[K].北京:化学工业出版社,2002.[10]　机械设计手册联合编写组.机械设计手册:中册[K].2版.北京:化学工业出版社,1983.[11]　徐宏权.新型地面过滤器装置的研制与应用[J].石油图5　液压油强制过滤系统应用现场矿场机械,2010,39(9):58260.　　与常规控制装置相比,带液压油强制过滤系统的控制装置提高了液压油的过滤精度,能使液压油质量参数长期保持在有效使用范围内,延长了元件使用寿命,减少故障率,使设备处于相对良好的液压[12]　崔周光.浅析空气干燥器在履带式通井机气路上的应用[J].石油矿场机械,2009,38(4):68271.[13]　马廷霞,杜景水,王维斌.单轴旋网式自动过滤及清渣装置设计[J].石油矿场机械,2007,36(6):36239.