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项目名称：

制氮特种作业车设备

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制氮特种作业车设备

900/35

技术规格书

天津凯德实业有限公司

2019-11-3

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%

1.2设计参数和标准

制氮车设备的总体技术参数：

Ø额定氮气流量：

900Nm3/h（氮气纯度95%，标准状态下）

Ø氮气纯度：

≥95%

Ø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：

Ø适合使用环境条件

Ø满足工艺工况的需要

Ø特殊设计满足特殊要求

Ø工艺对动力性和对连续工作能力的要求

Ø适应工艺的应变能力

Ø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：

ØAPI500RP石油设施电力装置场所分类推荐作法

ØASME第Ⅷ部分锅炉和压力容器规程

ØASME第Ⅱ部分压力容器焊接

ØANSIB16.5管法兰和法兰配件

ØGB150压力容器的设计、制造标准

ØGB151钢制管壳式换热器

ØGB8978-1988废液排放标准

ØGB7258-2019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GB1589-2019《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》规定，达到GB7258-2019《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

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CaterpillarC18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C18DITTA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

137mm

冲程

152mm

排量

27L

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）

2.1.2柴油机的配置和控制

Caterpillar的标准配置：

Ø空气涡轮增压器

Ø燃油系统：

充油泵和输油泵，旋转全流燃油过滤器

Ø机油过滤器

Ø电马达启动、电子喷射燃烧系统

Ø排气口带有排气消音器和火花抑制器

Ø加装预润滑泵

Ø24V直流电吸油泵供油

Ø引擎托架、飞轮、飞轮壳

Ø散热冷却系统：

机油冷却器、节温器、水冷却器

Ø排气系统：

干式，凸缘连接排气口

Ø油压、水温、速度数据可远传

Ø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。

Ø柴油机自带充电发电机及启动蓄电池

Ø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

2.41MPa

额定转速

1800rpm

轴功率

452BHP

冷却方式

风冷

外形尺寸

1960X1345X1575mm

重量

2095kg

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：

Ø空气压力表

Ø排气温度表

Ø油气分离器保养指示表

Ø油位计

Ø油过滤器保养指示表

Ø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Knoxwestern公司TP220平衡对置式、多级气缸压缩机，由CaterpillarC18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

2.3.2增压机描述

平衡对置式、多级气缸气体压缩机。

Ø面对辅助端（主油泵）、转向为逆时针

Ø重型、水平平衡/对置，防尘、防潮箱体

Ø各级压缩气缸、缸体吸气洗涤罐

Ø各级排气缓冲罐、吸气安全阀、排气安全阀

Ø平衡锻钢曲轴、锻钢连杆、精密三金属主轴承

Ø润滑油泵进行轴承、十字头的压力润滑，配有溢流阀

Ø润滑油过滤器配进、出口的压力表

Ø曲轴箱呼吸器

Ø油位视窗

Ø强制润滑注油器进行气缸和填料的润滑

Ø润滑系统包括分配器、指示器、无流量停机开关

Ø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CATC18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：

Ø含油量≤0.003ppm

Ø固体颗粒≤0.01μm

Ø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。

为反映滤芯工作状态（污染阻塞情况），在过滤器上装有压差传感器，以提示操作者注意保养更换滤芯。

为保证对膜具有一定的激活能力以提高产氮气率在第二级过滤器后有能控制温度的换热器。

空气处理单元的详细配置如下：

2.5.1空气缓冲罐

容积：

0.3m3

工作压力：

2.5MPa

空气缓冲罐对压缩空气起到缓冲、冷却和除液的作用。

空气缓冲罐由具有压力容器生产资质的厂家生产，带有检测报告。

空气缓冲罐能稳定膜入口压力，调节压缩机运行工况。

空气缓冲罐内置筛网除沫器，其原理相当于油/气分离器，可以进一步将空气冷却并除掉一部分油水，下连自动/手动排液阀，排液阀及排液管线加有保温伴热带，防止冬天结冰堵塞管线。

2.5.2第一级空气过滤器

选用美国Zander公司产品，其作用为去除残留液态和大的颗粒物。

✧规格型号：

G14/25ZR

✧工作压力：

2.5MPa

✧处理气量：

45m3/min

✧过滤精度：

微粒≤1μm，油≤0.3ppm

2.5.3第二级空气过滤器

选用美国Zander公司生产的精细过滤器，其过滤精度大于一级。

✧规格型号：

G14/25XR

✧过滤精度：

微粒≤0.01μm，油≤0.01ppm

✧工作压力：

2.5MPa

✧处理气量：

45m3/min

2.5.4第三级过滤器

第三级过滤器采用活性碳吸附过滤器，其作用为吸附空气当中的微量的气、雾态油份。

活性碳吸附过滤器的外壳由具有压力容器生产资质的厂家生产，带有检测报告。

内部安装碳吸附剂构成活性碳床层。

✧处理气量：

45m3/min

✧工作压力：

2.4MPa

2.5.5第四级空气过滤器

同第二级空气过滤器。

2.5.6第五级空气过滤器

选用Zander公司产品，为碳合成精细过滤器。

其作用为去除含的气雾态油份。

✧规格型号：

G14/25ACR

✧过滤精度：

≤0.01µm颗粒，≤0.001ppm油分

✧工作压力：

2.5MPa

✧处理气量：

45m3/min

通过以上五级空气过滤器净化处理后，保证压缩空气中颗粒小于0.01μm，最大油含量小于0.003ppm。

2.5.7空气换热器

空气换热器利用空气压缩机的柴油发动机冷却水和压缩空气换热的方式以在无能耗下方便可靠使用。

温度控制范围：

35-50℃，通过控制柴油发动机冷却水的旁通流量。

空气换热器由不锈钢材料制成，具有温度监测和超温报警、保护功能。

安装有温度传感器和超温报警保护停机开关。

2.5.8管线

空气处理单元的管线（在进入膜组件前）均选用不锈钢等防腐材料安装。

2.6膜分离制氮单元

制氮膜选用美国Medal（麦道MD）高压膜组件，膜组的配备满足制氮量的技术要求。

MD膜组是目前分离效率最高的氮气膜之一，同时也是最早应用的氮气膜产品，在石油天然气及其它氮气应用领域使用的最为广泛。

MD膜组独到的、专利的非固化结构设计，即纤维分离膜芯和金属承压外壳以弹性支撑安装，可拆换。

此结构更适宜在野外车载移动式结构和大温差变化条件下使用，其耐振、抗颠簸、抗温差变化，不会出现开裂损伤。

2.6.1膜组选配的技术参数

满足在氮气纯度95%输出时的产氮气量900Nm3/h的需要。

（标准状况：

101.32KPa（A），20℃）。

氮气纯度

95～99％可调

型号

Medal4000系列高压膜组

设计生产气量：

≥900m3/h（标准状态、95%纯度下）

设计空气进口压力

2.4MPa

氮气输出压力（增压前）

1.8-2.0MPa

2.6.2膜分离制氮单元的配置

Ø制氮膜采用框架结构安装，配备了膜组的保温，由自限式电伴热带和保温材料构成，满足在野外低温条件下停机状态的保护需要。

Ø膜系统主进气管线上配备有自动切断阀，膜的进出气端均配置阀门，可以分组有选择的使用膜，适应不同排量和变负荷运行的要求。

Ø超压保护装置和原料空气切断阀，在发生报警时自动切断空气保护膜组，并采用声、光报警。

Ø膜的产气端有回流保护功能的单向阀,防止气体回流和过压。

2.7控制系统部分

控制系统采用中央集中监控的控制模式，制氮车设备上配备有操作控制柜（中央控制盘）。

控制系统硬件由中央控制盘（PLC控制系统，带触摸屏）组成。

中央控制盘具有先进的人机界面，具有数据显示和操作控制功能。

设备的运行和监控通过中央控制盘来实现，它包括对动力柴油发动机、空气压缩机、氮气增压机、空气处理单元、膜分离制氮单元等各部分的监控和操作，全面真实地反映各单元及整套设备运行的参数和状态。

同时各单元安装有相应的就地监视仪表，仪表布置便于操作人员观察。

中央控制盘和PLC的选型：

Ø图形监控操作器（触摸屏）

SIEMENSOP270STN10”LCD。

工业现场设计；铝合金前面板，IP65防护等级。

ØPLC的选型是SIEMENSS7-200。

所有参数名称以中文显示或以中英文对照显示，还能显示整套设备的工艺流程图，主要参数趋势图，报警记录等功能。

中央控制盘触摸屏具有以下仪表和数据显示：

Ø发动机的运行参数。

Ø空压机组：

出口温度、压力、紧急停机及报警。

Ø膜分离系统：

氮气流量、氧含量参数监视和设定、膜组件出、入口压力、膜组入口温度等参数监视，膜分离系统强制停机及报警等功能。

Ø增压机组：

进口温度、压力紧急停机及报警等功能等数据。

Ø触摸屏可以将生产过程直观的以彩色工艺流程画面显示出来，并且可以显示重要工艺参数的趋势图等；

全套设备可实现自动、手动的控制模式转换，并设计有一个独立的紧急停车开关，可实现人工手动停机。

2.7.1就地仪表的配备

设备单元

名称

规格及精度

供应商

数量

备注

空压机

部分

进气阀调压表

0-150PSI

Sullair

1

美国

排气温度表

0-150oC

Sullair

1

美国

压力表

0-400bar

Sullair

1

美国

空气处理

和膜部分

压力变送器

Pg25

1

进口

压力表

0-4.0MPa

WEKA

2

进口

温度表

0-1000C

WEKA

1

进口

压力开关

Pg25

SMC

1

日本

油检测器

A-4000

Johnson

1

美国

压力表

0-30PSIG

Weiss

1

美国

取样流量计

0-2.5SCFH

Dwyer

1

美国

在线氧传感器

KE-25

1

日本

蜗街流量计

0-1200NM3/h

1

进口

增压机

部分

进气压力表

0-4MPa

WEKA

1

进口

一级排气压力表

0-10MPa

WEKA

1

进口

二级排气压力表

0-25MPa

WEKA

1

进口

三级排气压力表

0-60MPa

WEKA

1

进口

柴油机部分

柴油机水温度表

60-1200C

Caterpillar

1

美国

柴油机油温度表

60-1200C

Caterpillar

1

美国

柴油压力表

0-600KPa

Caterpillar

1

美国

机油压力表

0-600KPa

Caterpillar

1

美国

2.7.2空气处理单元的控制

空气过滤器的压差监控：

压差传感器对空气过滤器的工作状态监测和报警保护。

通过温度开关监控膜的工作温度。

膜的工作温度异常的自动报警保护。

2.7.3氮气纯度的控制

采用PLC（可编程序控制器）和智能仪表以PID（比例积分）控制方式进行产气纯度的自动控制。

纯度自动控制使系统具备实时自检功能，当氮气纯度超出设定的产气纯度范围时，能使不合格的气体自动排向大气。

纯度自动控制由氮气纯度（氧气含量）的监测、控制系统的计算检测和纯度调节阀组成。

PID调节和纯度控制阀自动调节产品气纯度，在起动后的10分钟内达到设定的纯度。

氮气纯度在95％～99％之间连续的自动调节控制。

纯度控制阀根据电信号自动调节其开度而达到设定纯度，自动补偿压力波动调节纯度，稳定在设定值±5%范围内。

氧含量超标报警与排放的自动切换功能。

电化学式的在线氧传感器，0-20mA电信号输出。

Ø品牌：

KE25（产地：

日本）具有高的测量精度和反应速度。

Ø可测定的氧气含量范围0.1％至25％；氧气测量精度±0.2％，氧含量在线测量并在线实时在控制面板上显示。

Ø氧传感器的使用年限为五年。

2.7.4氮气流量的监测

在氮气输送管线上安装有流量计和压力、温度补偿，在控制面板直读显示氮气在标准状态下的瞬时流量和累计流量。

在用气量变化的条件下，可通过关闭部分膜件或调整控制系统设定值来匹配产能。

2.7.5制氮膜的控制和保护

通过压力传感器可以在控制面板显示膜组进气、膜组产气的压力，同时就地安装膜组入口压力表、产品氮气压力表。

操作压力异常时自动报警保护。

原料空气油雾含量在线显示，使空气处于良好状态，保证膜组件稳定、安全工作。

通过温度传感器可以在控制面板显示膜组进气温度，同时就地安装膜组入口温度仪表，操作温度异常时自动报警保护。

2.7.6增压机的控制

一级吸气压力低报警保护

各级排气压力高报警保护

各级排气温度高报警保护

低润滑油压力报警保护

振动超高报警保护

2.8底盘车的选型和安装

2.8.1底盘车

制氮特种作业车设备选用的底盘车是北奔重卡3129/8*4/1500+4750+1450/长驾底盘车，生产地：

中国包头。

该车完全符合GB1589-2019《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》、GB7258-2019《机动车运行安全技术条件》要求。

设备固定在底盘车上形成特种作业车形式，整车组装出厂时持有公告目录，符合国家车辆上路行驶标准。

底盘车的技术数据如下：

驱动型式

8×4

轴距（mm）

1500+4750+1450

轮胎

12.00-20

颜色

原厂标准色

发动机

型号

WP10.290增压中冷

潍坊柴油机股份有限公司

额定功率（Kw/rpm）

213/2200

最大扭矩（Nm/rpm）

1160/1100-1500

排放标准

国Ⅲ

燃油箱容积（L）

300升（油箱盖带锁）

仪表

电子式车速里程表、电子式发动机转速表、组合仪表、水温表

照明

前照大灯、转向灯、前雾灯、夜间行车灯、示宽灯、倒车灯、后雾灯、示高灯、制动灯、照明灯、牌照灯。

驾驶室

平头两门长驾驶室、单层卧铺、可倾翻65°、主驾座椅为高靠背减震座椅+扶手、副驾为高靠背座椅、可调方向盘。

选装件

ABS系统、空调。

2.8.2车箱及设备的安装

设备与载车底盘之间的连接采用副大梁连接，车箱有整体防护外箱，所有车上设备置于车箱内部。

各部件间连接牢固，整车重心分布合理，对称布置整体重心尽量接近中心线，严格按照各桥的载荷分部安装。

车箱内各部件之间的固定连接充分考虑震动对设备的影响，对容易出现震动的连接部位采用可靠性高的软连接方式连接，确保设备在行驶过程中和连续作业中不会造成泄漏、渗漏