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制氮特种作业车设备
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技术规格书
天津凯德实业有限公司
2010-11-3
1 制氮特种作业车设备的总体概述
1.1 工况设计和使用条件
制氮车设备采用膜分离制氮工艺，由空气分离制取氮气提供使用。制氮车设备适用于天然气、石油开发过程中的钻井、油气井下特种作业、气举排液、输气管线吹扫、置换等工况使用的要求。 制氮车设备依据使用环境确定工况设计条件。
适应海拨高度 | ≤2500m |
适应环境温度 | -30℃～+42℃ |
使用特点 | 具 有防风沙及雨雪的设计条件，能在风沙 及 雨雪气候条件下连续工作。 |
最大相对湿度 | 90% |
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1.2 设计参数和标准
制氮车设备的总体技术参数：
额定氮气流量：900Nm3/h（氮气纯度95%，标准状态下）
氮气纯度：≥95%
氮气额定压力：35MPa
制氮车设备设计依据“性能先进、工作可靠、移运方便、自动控制、运行经济、满足HSE”要求的原则，整体性能和制造质量达到国际先进水平。按照人性化的设计原则，方便操作和检查维修，传动部位加装防护罩，危险部位（机械传动、高温、高压）设置有醒目的警示标识
制氮车设备能够在边远地区、无外接电力、外接动力的情况下正常运行，满足耐盐碱、耐油、耐热、耐潮湿、耐寒要求。
设计所遵循的原则：
适合使用环境条件
满足工艺工况的需要
特殊设计满足特殊要求
工艺对动力性和对连续工作能力的要求
适应工艺的应变能力
运行的经济性、可靠性和耐用性
制氮车设备的技术标准符合国际通用标准及中国国家标准，遵循的规范及标准如下：
API500RP石油设施电力装置场所分类推荐作法
ASME第Ⅷ部分 锅炉和压力容器规程
ASME第Ⅱ部分 压力容器焊接
ANSI B16.5 管法兰和法兰配件
GB150压力容器的设计、制造标准
GB151钢制管壳式换热器
GB8978-1988废液排放标准
GB 7258-2004机动车运行安全技术条件
制氮车设备中所有压力容器具备法定管理部门的检测报告和认定证书。
1.3 制氮车设备的工艺流程
制氮车设备的工艺流程简要如下：环境空气经柴油发动机驱动的喷油螺杆空气压缩机组进行压缩后进入后冷却器对压缩空气进行冷却，再经空气缓冲罐除水后进入空气后处理系统，其中包括空气过滤器过滤处理、活性炭过滤器吸附除油和空气温度调节装置。经处理后的干燥、纯净、恒温的压缩空气进入膜系统中进行氮-氧分离，分离出的富氧空气排入大气，而达到所需纯度的氮气送至氮气增压机，被压缩至要求的压力提供使用。 1.4 制氮车设备的构成和安装尺寸
每一套制氮车设备由一台特种作业车组成，车上设备包括氮气发生和氮气增压，全部设备安装在一部底盘车上。
由一部底盘车安装的制氮车设备，可运输至作业现场使用。安装后的上装设备及整车外形尺寸符合国家的相关交通法规的规定，作业车具有足够的抗震性及越野性能，能适应油气田井场作业的要求。
制氮车设备在交付时提供国家公告目录，整车是国家产品公告上许可的定型产品，保证使用者注册登记和落户。符合国家标准GB1589-2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》规定，达到GB 7258-2004《机动车运行安全技术条件》及国家相关质量标准。
制氮车设备的注册公告和安装数据如下：
公告号和公告名称 | KTU5310TDZ氮气增压车 |
总长 | 12000mm |
总宽 | 2480mm |
总高 | 3980mm |
整备质量 | 30870Kg |
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制氮车设备的组成（除底盘车外）包括：动力柴油发动机一台、空气压缩机和氮气增压机各一台、液压动力驱动的冷却单元、空气处理单元、膜分离制氮单元和控制系统，以上设备全部总成安装在底盘车上。在底盘车下安装有燃油箱、工具箱等。
制氮车设备的主要配套设备包括动力柴油机、空压机、增压机等全部是国外原厂原装的产品。空气过滤器、制氮膜组件等也是国外原厂原装的产品。设备控制部件、仪表、阀门等选用国际名牌产品。制氮车设备所配套部件、零件、仪表等均是全新的、未经使用的正品，配置是先进、完整、可靠的，制氮车设备在技术上具有国际先进性。
2 制氮特种作业车设备的详细技术配置
以下详细描述制氮特种作业车设备各部分的配置和技术数据。
2.1 动力柴油发动机
配备Caterpillar C18连续负载型、四冲程、涡轮增压电喷柴油发动机一台作为制氮特种作业设备的动力，该发动机提供空气压缩机、氮气增压机、冷却风扇的液压动力等全部的动力需要。
2.1.1柴油发动机的技术参数
电喷柴油发动机C18 DITTA技术参数如下：
额定功率 | 700bhp/1800rpm |
气缸排列形式 | V列式 |
气缸数量 | 12 |
冲程数量 | 4 |
气缸内径 | 137 mm |
冲程 | 152 mm |
排量 | 27 L |
压缩比 | 15.6：1 |
特性 | 双涡轮增压 |
转向 | 逆时针（飞轮端） |
燃烧系统 | 电子喷射 |
传动方式 | 直联驱动 |
冷却方式 | ATAAC水冷 |
尺寸 | L1972/W1483/H1496mm |
重量 | 约2261KG |
耗油量 | 147L/H（满载） |
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2.1.2 柴油机的配置和控制
Caterpillar的标准配置：
空气涡轮增压器
燃油系统：充油泵和输油泵，旋转全流燃油过滤器
机油过滤器
电马达启动、电子喷射燃烧系统
排气口带有排气消音器和火花抑制器
加装预润滑泵
24V直流电吸油泵供油
引擎托架、飞轮、飞轮壳
散热冷却系统：机油冷却器、节温器、水冷却器
排气系统：干式，凸缘连接排气口
油压、水温、速度数据可远传
柴油机仪表系统：安装仪表盘，显示发动机油压表、燃油压力表、引擎水温表、发动机油温表、转速表等就地仪表。
柴油机自带充电发电机及启动蓄电池
柴油机报警连锁信号及保护：配备发动机油压过低、发动机油温过高、发动机水温过高、缺水、发动机转速高自动保护装置和远程紧急停车装置。
2.2 空气压缩机
选配Sullair公司的油润滑双级螺杆风冷空气压缩机。
2.2.1空气压缩机的技术参数
型号 | 1150/350 |
排气量 | 32.5m3/min |
排气压力 | 2.41 MPa |
额定转速 | 1800rpm |
轴功率 | 452BHP |
冷却方式 | 风冷 |
外形尺寸 | 1960X1345X1575mm |
重量 | 2095kg |
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2.2.2 空压机配置
重载型双级螺杆，5年或者10000小时免费质保
带清洁指示器的重载吸气空气过滤器（双级）
SULLAIR油气分离器
自动调温型温控阀
气动式进气阀，0至100％容量控制
空载预热开关
低温启动装置
空压机采用寿力公司原厂的全天候润滑油（AWF），按照寿力公司原厂的指标数据，该润滑油适应在-29℃～49℃环境温度条件下使用。
2.2.3 空压机仪表和保护
保护停机开关：当压缩机温度过高或油压过低、操作压力过高、过低均能测知并自动停机。
空气压缩机的仪表包括：
空气压力表
排气温度表
油气分离器保养指示表
油位计
油过滤器保养指示表
油压表
2.2.4 空压机的动力连接传动
传动方式：柴油机直连驱动。
空压机和柴油发动机的连接采用SULLAIR的原装联轴器与柴油发动机直联，弹性元件为高强度橡胶。
2.3 氮气增压机
选配美国Knox western公司TP220平衡对置式、多级气缸压缩机，由Caterpillar C18柴油电喷发动机的后轴输出做为增压机的动力驱动。
2.3.1增压机设计数据
| 最大 | 最小 | 设计点 |
进气压力 MPa | 2.4 | 1.6 | 1.8 |
进气温度 ℃ | 67 | - | 40 |
排气压力 MPa | - | - | 35 |
产品气温度 ℃ | ≤最高环境温度+15℃ |
设计工况下排量 m3/min | - | - | 15 |
海拔高度 m | 2500 | - | 1000 |
环境温度 ℃ | +42 | -30 | 20 |
气体介质 | 氮气 |
冲程 | 3.0英寸 |
压缩级数 | 3级压缩 |
活塞杆直径 | 1.125英寸 |
拐数 | 2 |
设计转速 | 1800RPM |
功率 | 220HP |
冷却方式 | 风冷 |
传动方式 | 柴油机直联驱动 |
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2.3.2 增压机描述
平衡对置式、多级气缸气体压缩机。
面对辅助端（主油泵）、转向为逆时针
重型、水平平衡/对置，防尘、防潮箱体
各级压缩气缸、缸体吸气洗涤罐
各级排气缓冲罐、吸气安全阀、排气安全阀
平衡锻钢曲轴、锻钢连杆、精密三金属主轴承
润滑油泵进行轴承、十字头的压力润滑，配有溢流阀
润滑油过滤器配进、出口的压力表
曲轴箱呼吸器
油位视窗
强制润滑注油器进行气缸和填料的润滑
润滑系统包括分配器、指示器、无流量停机开关
润滑系统采用不锈钢配管和镀镉碳钢接头
2.3.3 增压机的动力连接传动
增压机与柴油机间以TORFLEX型高弹性联轴器连接，抗冲击能力强，自动补偿轴向位移。联轴器选用Vulkan的产品。
2.4 冷却单元
冷却单元包含了动力柴油发动机、空气压缩机、氮气增压机的各介质在工作中所需要的冷却换热，冷却单元由冷却器部分、风扇及传动部分、液压驱动部分组成。冷却单元的液压泵的动力来自于CAT C18柴油发动机。
2.4.1冷却器部分
专门设计的翅片式高效组合冷却器，由不同冷却介质的多个冷却器组合叠加而成，包括柴油机润滑油、冷却水、中冷、空压机润滑油和压缩空气的冷却、增压机润滑油和各级间工艺气冷却。
冷却器由专业制造商生产，组合式冷却器叠加安放于特种作业车的两侧。
2.4.2风扇部分
冷却器配选两只风扇，水平安装在特种作业车的顶部，采用冷却风由车的侧及后面吸入，向顶部吹风并排出的最高效换热方式，风扇设计有导风罩和防护，风扇的动力由液压马达带动。
2.4.3 冷却风扇的动力和传动
由柴油发动机驱动液压泵，由液压泵带动两只液压马达驱动风扇。
液压动力和传动部分包括了液压泵、液压油箱、液压油管线和调压装置、液压马达、液压油的冷却，其中液压油的冷却也设计在组合冷却器内。
2.5 空气处理单元
空气处理部分对空气压缩机提供的压缩空气进行处理，使处理后的空气达到以下指标：
含油量≤0.003ppm
固体颗粒≤0.01μm
空气温度35℃-50℃
空气处理单元包括五级空气过滤器，以去除空气中的油份含量和固体杂质，满足制氮膜对空气的要求。同时通过换热器对空气进行温度调节。其中第一、二、四级为精细过滤器。第三级是活性炭吸附过滤器，主要吸附空气中的气态油。第五级为碳合成精油过滤器。
空气处理单元中的一、二级过滤器的底部安装有电子自动排放阀和手动排放阀，用来排出过滤器中过滤出的微量液体。后三级过滤器的底部安装手动排放阀。压缩空气处理系统的各排放点的排放管线汇总后集中排放。在液体排放管路上加有伴热和保温。
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