钻机井场标准电路的设计与应用Word文档下载推荐.docx

1、我国原油储量列第10位，天然气储量列于第20位。石油（含天然气）钻井为石油工业最重要的工程，是经地球物理勘探，主要是地震勘探获得9000 m深以内、不同地层声波反射速度不同的地震波图，经过复杂的计算获得第一手准确的资料。对井位、油气储量、埋藏深度来进行确定。目前我国和其他国家都利用先进的钻井设备和钻井技术来获得石油、天然气的。近年来石油行业竞争的日趋激烈,降低石油的开采成本就势在必行,于是研制新型的石油钻机就显得尤为重要,因为国内目前使用的钻机比较陈旧,控制方式非常落后,导致钻井周期长、钻头损坏率高,这是降低石油开采成本的重要制约因素;而且落后的控制方式使得钻井过程容易发生溜钻、卡钻等事故。另

2、外在钻机的电气控制方面存在很多问题：在钻机的配套方面，目前还缺乏一个整体系统的设计，一台钻机一般由几家工厂分别制造的设备组成，各自为阵，使得电气设备在配套、控制、安装方面不规范。虽然石油钻机现场的电气控制问题已提到了议事日程，经过近几年的努力，相继研制出了一些新型电气控制装置，井场电气控制问题也得到了一定程度的改善，但是从井场电气控制装置的现状来看，仍然需要大量改进。还有司钻控制房作为石油钻机的核心控制部件，被业界誉为石油钻机的“心脏”。目前中国钻机的司钻控制房基本上是由各个油田、井队根据自己使用钻机的情况定制，没有统一规范。内部控制元件布置却有很大的差异，甚至在主要功能的分区上也没有一个笼统

3、的规范。而这些操作都是通过司钻员完成，由于人为因素的影响也带来许多问题。因此针对国内石油钻机的这种问题现状,本文主要研究石油钻机井场控制电路系统。2 石油钻机井场电气系统概述2.1 特点、用途ZJ70L钻机井电系统具有先进、规范、安全方便、快捷、可靠等特点，集中供电、分区控制，为ZJ70L钻机各用电设备提供动力电源，并为井架区、钻台区、固控区、泵区、井场其它区域提供照明。本系统提高了电路的可靠性，是提高钻井效率的最佳电气装备。该系统工作环境环境在3055之间，整体性能满足ZJ70L钻机的工作参数、性能和钻井工艺要求。适用范围： ZJ70L钻机。2.2 系统组成井场电气系统区域由固控区、机台区、

4、钻台区、水罐区、油罐区、井控区、井场用房等区域组成。井场电气系统区域内的钻台防爆控制柜（钻台偏房内）井架、井口、井场防爆照明灯具、防爆插接箱、防爆磁力启动器、防爆控制按钮、防爆插接件、电缆、防爆分线盒、电缆槽组成井电系统。2.3工作原理依据（1）MCC系统MCC系统为全套钻机电气系统的用电控制中心。30KW以上的电气设备均需集中控制，两地操作（离心机除外）。启动装置放在电控房内，电机旁只设防爆控制按钮，其它交流电机及照明只需分区供电，就近控制。MCC系统柜体采用GCK型，设控制柜7面。具体为：总柜一面，内设二台400KW发电机的电动切换切换及一台600A生活区的电动开关；开关柜两面，共有22路

5、开关的输出，其中160A12路、60A4路、40A4路；自耦减压启动柜两面（一拖四方式，8路减压启动）；电磁刹车控制柜一面；并机柜一面。配电柜上设有失压、短路、过流、断相、接地保护，并有相关指示。 房中的配电屏在房内靠墙安装，电控房的一侧为系统输出总插接柜，发电机的进线通过电控房的总插接屏由接线母排进入。（2）固控区：该区域内的55KW和55KW以上的电机（除砂泵、除泥泵、灌注泵、加重泵、剪切泵）的电源和控制、照明灯具、地质录井房、离心机各设一路专线，其它用电设备采用分区供电，即1#循环罐、强冷装置一区，2#、3#循环罐一区， 4#循环罐一区，5#、6#循环罐一区，共21路。每个固控循环罐上两

6、端各放置一台多组合防爆控制装置或防爆接线箱，用来控制固控循环罐上的设备。每个固控循环罐上设有1路备用动力电源（60A）、一路备用照明电源（25A），1#、2#固控循环罐上备用一路电磁启动器（7.5KW，25A），便于系统增容、应急替换或临时应急检修。配电装置有过载、短路、断相保护功能。多组合防爆配电装置的外壳为隔爆型，外壳由接线腔和主控腔组成。接线腔为隔爆结构，进出线合为一个腔，腔外设有各回路电缆引入和引出装置。主控腔内有机芯，机芯上装有电合闸空气断路器、交流接触器、热继电器或电机保护器等，外壳装有电压表，电流表、工作指示灯和断路器电合闸按钮。接线箱内部有连接用的接线端子排和接线座，壳体下部有

7、用来引入电缆的引入装置，侧面有用来引出电缆的引出装置。操作柱（控制按钮）就近安装在搅拌器电机旁边，按钮支架可折叠，为防止误操作，确保人身安全，按钮可机械锁定在停止位置。（3）钻台区钻台区作为一个独立区域单独供电，钻台偏房内配置一台多组合隔爆型动力照明控制柜，用以控制钻台上的设备及照明。柜内设检修36V安全工作灯1只，井架灯2路，探照灯2路，偏房照明灯1路，备用2路，插接件220V/25A 1路及钻井参数仪、应急电源接口备用。单独设一路400V/220V 60A司钻控制房电源，钻台区的动力和照明电源分设。液压大钳用液压电机的起动装置在MCC房内预留好，其电源线通过插头/插座经转接箱引入电机，控制

8、线引至钻台偏房。补给泵可两地控制，远控按钮引至钻台偏房内。（4）机台区机房照明、机台照明均由专线控制，后台加宽台内水罐电机及机油罐电机分为一路，用防爆磁力启动器控制。（5）照明系统钻台下适当位置安装4盏250W防爆金属卤灯供钻台底部照明，在钻台偏房上安装2盏400W防爆投光灯投向前坡道处供钻前场照明。天车顶部设1盏200W红色防爆闪烁障碍灯用于示高和警示。井架节与节之间用防爆分线盒及钢管布线，防爆分线盒固定牢固。灯具及每节井架之间的连接采用防爆快速插接件，二路井架照明从井架两侧引入，分别控制。井架上安装有24只240W双管防爆荧光灯，其中井架距钻台面23米处安装2只双管240W光控应急防爆荧光

9、灯，以便于夜间停电时暂时维持应急照明。在二层台上预留1只10A/110V防爆插座，钻台面上安装4只240W双管防爆荧光灯。机房安装10只2泵区的适当位置安装4只240W双管防爆荧光灯供泵区照明，其灯架可以升降、旋转、放倒。每个固控循环罐安装2只240W双管防爆荧光灯，其灯架可以升降、旋转、放倒。其中靠梯子一侧，各安装1只双管240W光控应急防爆荧光灯，便于夜间停电时暂时维持应急照明。1#罐仓内安装1只125KW汞灯，2#、4#、5#、6#固控循环罐及补给罐的设备室内各安装1只240W双管防爆荧光灯供照明。5#循环罐靠泥浆泵一侧安装2只400W防爆投光灯。井场其它区域采用4只400W防爆投光灯提

10、供照明。3 石油钻机井场的防爆要求 国际上对电气设备防爆安全技术的研究，起源于煤炭的开发。十九世纪初，随着生产的发展，机械生产逐步代替了繁重的体力劳动，由于机械的动力是电动机和电控系统完成的，电气设备的起动、停止和运行时经常产生火花、电弧的危险温度。因此，在生产中经常发生爆炸事故，人们便逐步开始对爆炸事故进行研究和探讨。 石油钻机井场约有6080%的场所属于易燃、易爆场所，在这些场所内必须经妥善解决电气设备防爆安全技术问题。 2000年为了和国际IEC标准等同，国家技术监督局颁发了爆炸性环境用防爆电气设备GB3836. 20000，为中华人民共和国国家标准，这些具有法规性质的标准对于设备的制造

11、，设备的合理选用、正确使用以及管理维护起到了非常重要的作用。3.1 防爆原理爆炸是一种剧烈的氧化反映（原子核爆炸除外），它伴随着巨大压力和声响因而产生巨大的破坏作用。产生爆炸的三个条件,简称爆炸三要素.爆炸三要素：（1） 易燃易爆气体（甲烷气、乙炔气、乙烯、氨等液体蒸气（石油、汽油、煤油）或粉尘（铝粉、面粉、纤维等）。（2） 氧（气体中氧或爆炸物质本身所含氧）。（3） 引爆源（电火花、静电火花、危险温度等）。 只要使三个条件不同时相遇即消除三条件之一，即可避免爆炸事故发生的技术，就是防爆技术。 现在防爆技术不仅仅从电气设备本身想办法，而是从包括危险场所，整个电气系统及其它可行性危险的诸方面更广

12、的考虑。3.2 防爆措施爆炸性混合物只有当其内部的爆炸性物质达到一定浓度且遇到引爆源时,才能发生爆炸。不同物质有不同的爆炸极限范围。 表1 爆炸性气体混合物的爆炸极限（%体积比）名 称爆 炸 极 限下 限上 限甲 烷515乙 烷315.5丙 烷2 .19.5乙 烯2.734甲 苯1.27乙 炔C类1.582氢C类475.6氢气和乙炔的爆炸极限范围比较大，爆烈程度最大。（1） 在危险区域中加强通风，使爆炸混合物的浓度改变低于爆炸下限。（2）充以非助燃气体，使其不能引起爆炸，不含氧的气体。 如加强通风或建筑成开启式厂房等。 正压通风型防爆电气设备，P型设备主要原理就是在远离爆炸危险场所以外的地方取

13、新鲜空气对用电设备进行通风吹扫，使用电气设备箱体内部对外部爆炸危险环境保持正压，危险物质不能进入，达到降低爆炸危险物质浓度的目的制作管道，装在密封壳体外部，使壳体内部保持正压。3.3 爆炸危险场所用防爆电气设备爆炸危险场所用防爆电气设备是指按照国家规定的标准设备制造而不能引起周围爆炸性混合物爆炸，同时国家质检中心检验合格取得防爆合格证的电气设备。防爆电气的防爆形式: 隔爆型电气设备“d”允许可炸气体进入，即使点燃也不引起爆炸。 增要型电气设备“e”正常工作状态下也不会产生火花、电弧和危险温度。 本质安全型电气设备“i”在正常工作状态和故障状态下，产生的火花、电弧和危险温度不能点燃爆炸性混合物。

14、 正压型电气设备“p”通过I气吸到密封壳体外部，使过壳体内部保持正压。 充油型电气设备“o” 无火花型电气设备“n” 充砂型电气设备“g” 浇封型电气设备“m”气密封电气设备“h” 特殊型电气设备“s” 以上代号为国际通用标准。3.4 爆炸性气体环境用电气设备危险场所分类对于危险程度高的区域，采用严格的防爆措施，选择安全程度高的防爆电气产品。在危险程度较低的区域，可以选择安全程度较低的防爆类型。既要保证生产的防爆安全，又要节约资金，使安全性和经济性合理的统一起来。3.4.1 我国危险场所分类现状按照积极采用国际标准的我国标准化工作指导原则，全国防爆电气设备标准化技术委员会于2000年起草了新国

15、标GB3836.14-2000爆炸性气体环境用电气设备 第14部分：危险场所分类该标准等同采用国际电工委员会IEC79-10：19953.4.2 国际上危险场所分类：（1） 以IEC79-10为代表的欧洲模式，分为0区、1区或2区；（2） 以美国电气法规NEC为代表的美国模式， 如：APIRP500A、APIRP500B、APIRP500C，分为3级：级可燃性气体和蒸气形成的爆炸危险环境级可燃性粉尘形成的爆炸危险环境级可燃性纤维和悬浮物引起的爆炸危险环境每个级别又分为1区、2区（3） 中国标准与IEC标准很相似0区：爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所。如：具有排气口的油罐的顶部与油面之间

16、的空间属于0区1区：在正常运行时，可能出现爆炸性气体环境的场所。井口1米范围内为1区1区出现爆炸性气体环境对时间的或然率为10-1，即每班1小时，每年累计30天。2区：在正常运行时不可能出现爆炸性气体环境，并且即使出现，存在的时间也很短的场所。或然率为10-4，即每年累计约为1小时，释放等级分为3级。3.5 石油井场防爆区域的划分3.5.1 美国石油协会规范API RP500-1998 类1区和2区石油设施电气安装场所分类建议API RP500-1998石油设施电力装置场所分类推荐作法第4 章 分类准则 第4.2.1款、第4.3.1款 I类场所描述第B章 确定陆上和海上固定式与可移动式平台钻进

17、装置与生产设施内分类场所的程度与范围的推荐意见B.2条 钻井区域B.3条 生产设施3.5.2 国家标准GB3836.14-2003 idt IEC 60079-10:1995 爆炸性气体环境用电气设备 第14部分:危险场所分类注:美国的危险场所分类规定与我国和国际电工委员会（IEC national committee）的不同NEC 500将爆炸和火灾危险区域分为3级（Class、Class 、Class ）和6类（每级各分为Division 1区域1和Division 2区域2），即：Class（级）-可燃性气体或蒸汽形成的爆炸危险环境Class（级）-可燃性粉尘形成的爆炸危险环境Class

18、 （级）-可燃性纤维和悬浮物引起的火灾危险环境API标准划分场所的判定是以易燃气或蒸汽可能存在的概率为基准的。已经判定场所的宜加以分类和在已标明气体或蒸汽所属的组别（A、B、C或D）后，标明确属1区或2区。3.6 防爆电气设备的安全3.6.1 对环境条件的要求（1） 防水措施：接合面涂防水剂进出线口设密封件；设防雨罩等。（2） 防腐蚀措施：接合面和贯通部分涂油脂，改用不锈钢件等。（3） 防振动措施：电气设备防振动底座采用电缆和挠性管配线等措施。（4） 防户外条件措施：加罩3.6.2 对设备安装的要求设备多余的进出线孔应设有封堵件堵死，其中有两种情况：一种情况是电源固定设备移动，这种情况应采用防

19、爆插销连接；另一种情况是电源侧为移动线，电器也移动，这种情况采用防爆连接器。4 爆炸性气体环境用电气设备4.1 隔爆型电气设备4.1.1 定义电气设备的一种防爆形式，其外壳能够承受通过外壳任何接合面成结构间隙渗透到外壳内部的可燃性混合物在内部爆炸而不损坏，并且不会引起外部由一种气体、多种气体或蒸汽形成的爆炸性环境的点燃。4.1.2 防爆依据把能产生火花、电弧和危险温度的零部件都放在与周围爆炸气体混合物隔开的级别相适应的隔爆外壳内，由于隔爆外壳的间隙存在，隔爆外壳内允许存在爆炸气体混合物，当隔爆外壳的火花、电弧或危险温度点燃壳内爆炸性混合物时不会引起壳外爆炸性气体混合物爆炸。4.1.3 隔爆外壳

20、承担着两项任务一是外壳内部发生爆炸时不能损坏及变形；二是不能将壳内的爆炸扩散到壳外。隔爆措施如下：（1） 设计时要保证外壳足够的强度。按新标准规定，隔爆外壳的强度要达到1MPa，并留有一定裕量，要接受动压或静压试验。（2） 外壳的隔爆性能、外径等尺寸都要符合要求a.隔爆面有一定的长度（路径）b.隔爆面具有一定的间隙值，爆炸压力释放，防止外壳爆裂。4.2 增安型电气设备4.2.1 定义正常运行条件下，不会产生点燃爆炸性混合物的火花和危险温度，并在结构上采取措施。提高安全程度，以避免在正常和规定过载条件下出现点燃现象的电气设备。4.2.2 隔爆原理增安型电气设备是在零部件上进一步采取安全措施，使其

21、在正常运行时不产生火花、电弧的危险温度的电气设备。如接线盒、灯具、电动机、滑环均适合增安形式。在爆炸危险气体出现的机率比较小的场所使用。4.3 本质安全型电气设备4.3.1 定义本质安全电路“i”是指在规定条件（包括正常工作和规定的故障条件下）下所产生的任何电火花或电热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路。4.3.2 隔爆原理依据试验表明，每种爆炸性气体环境都有最小点燃能量，当小于这个能量时，将不能引起点燃，本质安全电路从限制电路 能量入手，采用各种方式使电路的电压、电位及电气参数在一个允许的范围内，不会点燃爆炸性气体环境，即不能形成引爆源。4.4 正压型电气设备4.4.1 定义正常型电气

22、设备“P”是指具有保护外壳、且壳内充有保护气体，其内部压力始终保持高于周围爆炸性气体混合物的压力，以避免外部爆炸性气体混合物进入外壳内部的电气设备。4.4.2 防爆原理正压型电气设备在起动和运行时，设备外壳内部的气压高于设备外壳外部的气压，从而限制周围爆炸性气体混合物进入的设备外壳的内部，把电气设备可能产生火花、电弧和危险温度的部分全部放置在这种正压设备外壳保护之内，使其不能与周围含有爆炸性气体混合物接触，从而达到安全运行的目的。4.4.3 防爆措施（1） 外壳密封；（2） 保证风量；（3） 保证内部压力；（4） 去除内部的风流死角；（5） 出风口温度小于所处环境爆炸气体的组别温度。4.5 常

23、用防爆电器图片1 格兰图片图片2 插接件图片3 灯具（照明灯、报警器）图片4 插接箱（开关箱、接线箱）图片5 磁力启动器图片6 防爆按钮图片7 防爆分线盒5.钻机井电系统5.1 照明系统5.1.1 照明原则（1）为操作人员提供人身安全保障。（2）保证实际有效的工作环境。（3）在设计时考虑到灯具的老化及灰尘的积累，必须使初始设计值高于要求的照度。（4）照明系统设计必须为特定区域和适当的目视平面（水平的，垂直的或斜角的）提供所要求的照度。5.1.2 井场防爆照明 光源节能 光源采用24V 35W氙气灯泡,节能环保,比普通卤素灯泡节能70%,发光效率高,单灯头光通量3200流明。使用寿命长达1000

24、0小时,是普通卤素灯泡的5倍。灯泡可随时启动且发热量小,更加安全可靠。 灯头性能 灯头选用特制合金精制而成,耐酸、耐腐蚀、防静电、抗强力碰撞和冲击、防水、防爆.根据需要可上下180,左右360自由调节.反光器采用漫反射技术,光线柔和均匀,无眩光。 电缆性能 采用防爆电缆线，耐腐蚀，抗老化；配备绕线盘，线缆收放方便，适应野外作业环境。 应急功能 电源箱采用特制不锈钢材料,防雨淋、耐腐蚀。内设应急功能（电池可选配），停电情况下1秒内自动应急，来电后自动切换，确保停电自动应急。 支架功能 三角架采用特制镀锌钢管精制而成，可由1.3m升高2.5m，抗8级大风。序号参数名称单位数值1电源箱输入电压VAC

25、220输出电压DC24/DC12外形尺寸 长宽高mm5804802602特制灯泡工作电压V24额定功率。5.1.3 应急照明（1）确保正常工作或活动继续进行的场所（设备室、角仓、井架二层台、钻台面）。（2）确保处于危险之中的人员安全的场所（司钻房、偏房）。（3）确保人员安全疏散的出口和通道（梯子口）。（4）应急照明作为正常照明的一部分同时使用并有单独的控制开关。（5）当正常照明因故障停电，应急照明电源应自动投入。5.1.4 光源（1）当悬挂高度在4米以下时，采用荧光灯。（2）当悬挂高度在4米以上时，采用高强度的气体放电灯（金属卤化物灯、高压钠灯）。5.1.5 灯具安装要求（1）类、1区危险场所，安装于钻台面、循环罐面、油罐配置240W的防爆荧光灯，安装可旋转灯支架和不锈钢安全绳。（2）类、2区危险场所，安装于井口