CN1261235C - 油田作业设备自动清洗装置 - Google Patents

Abstract

一种油田作业设备自动清洗装置，包括机架、组装其上的喷头、高压水射流清洗机、自动控制系统，其中机架采用门式行走机架，机架两侧的滚轮分别利用电机驱动，并分别设置固定机械手和活动机械手，在机械手上安装高压清洗喷杆和通过远程控制调压装置控制的长靶距喷头，高压清洗喷杆分别与自动控制系统的液压控制回路中的液压马达输出轴相固定连接。它结构设计合理，操作容易、调节方便，实现智能型自动控制清洗作业，可对油田作业设备的污垢进行彻底清除，运行快捷、安全可靠，降低操作人员的劳动强度，显著提高清洗工作效率和明显改善清洗效果，节水、无污染，有利于改善生产条件和保护环境，为准确地分析和预判设备的使用寿命做基础性工作。

Description

油田作业设备自动清洗装置

技术领域

本发明涉及一种高压水射流喷射清洗技术，特别是一种集高压喷射清洗技术、传感技术、自动化控制技术、液压控制技术、机械设计与制造技术于一体的高效、无污染的油田作业设备自动清洗装置，它适用于油田修井车、作业井架和柴油发电机组、泥浆泵等大件设备的自动清洗，也可衍生用于其它类似工况设备的自动清洗。

背景技术

油田修井车、作业井架是保障油田油井正常安全采油作业的关键设备，主要用于在役油井的日常维护和维修，然而由于油田的特定环境，修井车、作业井架等设备终年在野外条件下工作，长期经受风吹日晒和雨淋以及油垢、泥浆等污物的污染和腐蚀，由于没有适用的清洗装备，作业完成后无法对井架进行彻底清洗，更不能对其继续使用的安全性进行定量和定性评估。绝大多数作业井架表面都被厚厚的一层污垢覆盖，污垢厚度大多数在5mm以上。

井架表面污垢的存在，产生两个影响安全的因素：

①因污垢中腐蚀因素的存在，作业井架长期处在受腐蚀的环境中，材料老化，使得井架的强度降低，产生许多影响安全作业的不稳定因素，存在严重的安全隐患。

②井架表面污垢的存在，无法用仪器准确测定井架的应力变化分布和强度。一般情况下，只靠作业井架的使用年限和维护经验判断其是否能够继续使用。

由于上述因素的存在，同时缺乏科学有效的检测手段和判定依据，在修井作业过程中井架坍塌的事故时有发生，不仅造成了巨大的经济损失，而且容易引发重大安全责任事故。传统的方法就是人工清洗，但人工清洗的劳动强度大，工作效率低，清除效果不理想。而对于化学清洗的方法，其操作虽然比较容易，可是废液处理难度较大，会对环境产生污染。为了保障油井的正常生产，避免重大安全事故的发生，消除安全隐患和因清洗产生对环境的污染，油田作业公司都盼望早日能够研制开发出适用于油田修井车、作业井架及大件设备表面清洗的设备。

高压水射流清洗技术是二十世纪七十年代发展起来的一门综合性新技术，到了八十年代中后期在我国才得到推广，很快就遍及各个工业领域，在工业锅炉、热交换设备、工业容器、罐体、反应釜、排污管道、物料输送管道等领域得到广泛应用。但该新技术的应用大多停留在单机设备和人工手持喷枪清洗作业的水平，水射流靶距短，压力不能实现远程调控，因此存在自动化程度相对较低，作业现场环境恶劣，操作人员劳动强度较大的缺陷。

本发明人曾针对上述缺陷设计出了专利号为200310119175.6的“高压水清洗用长靶距喷头”，它结构简单，射流能量大，靶距长，对被清洗表面的冲击力大，显著提高清洗效果。设计出了专利号为200310119176.0的“高压水清洗机远程控制调压装置”，它成功的解决了现有高压水射流发生设备存在的无法实现压力调节远程控制的技术难题，具有抗干扰能力强、压力调节控制可靠性高等特点。得以有效实现高压水喷射清洗自动在线远程调控清洗作业和显著提高清洗工作效率和外露表面污垢的清除率。

发明内容

本发明的目的是提供一种油田作业设备自动清洗装置，它结构设计合理，操作容易、调节方便，实现智能控制清洗作业，可对油田作业设备的污垢进行彻底清除，运行快捷、安全可靠，降低操作人员的劳动强度，显著提高清洗工作效率和明显改善清洗效果，节水、无污染，有利于改善生产条件和保护环境，为准确地分析和预判设备的使用寿命做基础性工作。

本发明的目的是这样实现的：该装置包括机架、组装其上的高压清洗喷杆和喷头、与喷头相连接的高压水射流清洗机和自动控制系统，其技术要点是：机架采用门式行走机架，机架两侧沿着轨道行走的滚轮分别利用电机带动的传动装置驱动，在机架两侧分别设置固定式调节机械手和活动式调节机械手，在机械手上安装高压清洗喷杆和喷头，高压水清洗机输出的高压水通过远程控制调压装置和高压管路输送到高压水清洗用长靶距喷头，并由远程控制调压装置实现压力的远程调控，固定式调节机械手和活动式调节机械手上的高压清洗喷杆，分别与自动控制系统的液压控制回路中的液压马达输出轴相固定连接，实现高压清洗喷杆的往复摆动和摆动频率的调节。

所述自动控制系统的显示屏与固定在机架上方的监控系统的摄像头相连接。

所述机架两侧轨道之间有运载被清洗工件的组装在滑轨上的前、后运载小车。

所述液压控制回路由液压站、集成油路块、液压马达和相应的液压管路组成。

由于本发明设置的门式行走机架，采用双侧分别利用电机带动传动装置的自动控制驱动模式，形成双向快、慢速自动切换的自动行走门式机器人，所以可以成功实现自动清洗作业中高压水射流的快速前进、后退，慢速前进、后退，达到覆盖全部被清洗表面的目的。在自动行走门式机器人身上分别设置多只固定机械手和活动机械手，每只机械手上安装了高压清洗喷杆和喷头，采用高压水清洗机远程控制调压装置的压力调节控制电路控制高压水清洗用长靶距喷头的喷射压力。将各固定式调节机械手和活动式调节机械手上的高压清洗喷杆，分别与自动控制系统的液压控制回路中的液压马达输出轴相固定连接，利用运动轨迹可控的仿人特性的机械手，实现长靶距喷头的摆动和摆动频率的调整，从而完成清洗除垢的主要任务。另外，清洗喷杆和喷头是可伸缩的，很容易调节喷头与清洗工件间的距离，使水射流的靶距在有效射流清洗靶距之内，达到调节射流靶距的目的。因此，本发明集机械设计与制造技术、高压喷射清洗技术、自动化控制技术、液压控制技术于一体，可以实现高压水喷射清洗自动在线远程调控清洗作业，显著提高清洗工作效率，水射流覆盖被清洗对象100％的清洗表面，从而有效地保障了被清洗对象后续检测项目的顺利实施，彻底消除安全隐患，避免重大安全事故的发生。特别是本发明可以在有毒有害、不允许操作人员手持喷杆进行作业的工作环境中应用，明显拓宽和改善了作业环境，从而有效地解决了现有技术中清洗覆盖率低、作业环境受限和喷射靶距难调的问题。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的一种具体结构示意图。

图2是图1沿A-A线的剖视图。

图3是图1中的B向视图。

图4是本发明的一种液压原理图。

图5是本发明的一种电气原理图。

具体实施方式

根据图1-5详细说明本发明的具体结构和工作过程：该装置包括门式行走机架6、组装固定式调节机械手7和活动式调节机械手4，带有喷头的高压清洗喷杆5、与喷头相连接的高压水射流清洗机1及其自动控制系统等。

其中门式行走机架6的规格、型号，应根据实际使用要求确定。机架6的两侧沿着轨道20行走的滚轮18分别利用电机27带动的传动装置16驱动，通过自动控制系统控制电机运行。由于机架6的双侧采用分别利用电机27带动传动装置16的自动控制驱动模式，使机架6能够自动双向行走，并实现快速前进、后退，慢速前进、后退，所以形成双向快、慢速自动切换的门式行走机器人。通过这种机电一体化的合理配置设计和智能化自动控制，使其运行更加安全可靠，以达到预期的清洗效果。

高压清洗喷杆5分别设置在机架6两侧的固定式调节机械手7和活动式调节机械手4上。高压清洗喷杆5的喷头，采用高压水清洗用长靶距喷头，长靶距喷头可以完成高压水喷射清洗自动在线远程调控清洗作业，控制该作业过程的高压水清洗机远程控制调压装置，采用本发明人设计的专利号为200310119176.0的专利产品。它选用技术成熟的可编程控制器PLC和选择通用的转向交流接触器、可调电位器、压力变送器、限位开关等电气元件组成常规电气控制回路，已经成功的解决了现有高压水射流发生设备存在的无法实现压力调节远程控制的技术难题，具有抗干扰能力强、压力调节控制可靠性高的特点。运用该装置可以有效地实现高压水喷射清洗自动在线远程调控清洗作业，显著提高清洗效率和外露表面污垢的清除率。上述高压水清洗用长靶距喷头采用本发明人设计的专利号为200310119175.6的专利产品。该长靶距喷头虽然结构简单，但是射流能量很大，靶距被有效地增长。通过实验检测表明：该喷头与现有其它同类喷头相比，在同功率高压水喷射情况下，其靶距可增长两倍，靶距可达600毫米以上。因此，该长靶距喷头对被清洗表面的冲击力大，显著提高清洗效果。

设置在机架6两侧的固定式调节机械手7和活动式调节机械手4的规格和数量，应根据被清洗工件的作业要求确定。各机械手上的高压清洗喷杆5分别与自动控制系统中的液压控制回路相连通，并使各高压清洗喷杆5分别固定连接在液压控制回路中的液压马达41的输出轴上。通过控制液压马达41输出轴的转动，实现固定其上的高压清洗喷杆5的长靶距喷头的摆动和摆动频率的调整，来控制长靶距喷头的运动轨迹，让机械手握持长靶距喷头，完成清洗除垢的主要任务。通过手工操作调整高压清洗喷杆5的固定端与长靶距喷头之间的距离，可以使高压清洗喷杆5的喷头伸缩，很容易调节喷头与清洗工件15间的距离，达到调节射流靶距的目的。

自动控制系统的电气控制回路、液压控制回路通过连接管路与操作台3相通，其操作台3上的显示屏与固定在机架6上方的监控系统的摄像头12相连接，通过其可以更可靠更准确地获得被清洗工件15的相关运行信息，为准确合理地控制清洗过程提供了充分的依据和信息。为方便固定被清洗工件15，在机架6两侧轨道20之间设置有运载被清洗工件15的组装在滑轨21上的前、后运载小车28、22。

液压控制回路由液压站2、多组集成油路块(每组控制一个喷杆5)及其液压马达41和液压管路10等组成。液压站2包括叶片泵33、电机32、吸油滤油器34、单向阀35、开关36、压力表37、电磁溢流阀43、回油滤油器44、油箱45等组成。集成油路块包括电磁换向阀38、叠加节流阀39、单向阀40、溢流阀42等件。连接管路由高压水管9、分液块、液压管路10、电缆24等组成，并利用电缆沟29、钢索25、支架13、滑轮14、吊环26安装固定。操作员坐在操作台前的椅子30上就可以完成高压水喷射清洗自动在线远程调控。

设置在厂房31中的钢结构清洗间11内的门式行走机架6上的高压清洗喷杆5，与自动控制系统的高压水射流清洗机1和液压控制回路通过连接管路与操作台3连接。高压水射流清洗机1输出的高压水通过高压水管9输送给高压水清洗用长靶距喷头，进行清洗作业。高压水清洗用长靶距喷头安装在门式行走机架6上的固定式调节机械手7和活动式调节机械手4的喷杆5上，由液压站驱动，按设定频率和设定角度往复摆动。门式行走机架6在操作台3的控制下，电机27通过减速机16驱动齿轮组17，带动车轮18在机架钢轨20上实现双速进退。液压控制回路的操作与使用全部由自动控制系统的操作台3控制，启动操作台3上的控制按钮，驱动液压马达41按设定的速度旋转，带动高压清洗喷杆5按设定频率摆动。

清洗作业时，将被清洗工件15安装在前、后运载小车28、22上，固紧后推入清洗间11就位，调整好固定式调节机械手7、活动式调节机械手4的位置和长靶距喷头的靶距，启动液压泵站2和高压水射流清洗机1，高压清洗喷杆5上的喷头按设定轨迹运动，将压力升至额定工作压力，启动工作按钮，门式行走机架6开始慢速前进，高压清洗作业开始，当高压清洗作业完成后，机架6走到行程控制器19时，自动切换到快速后退，自动返回，机架6退回到起始位置的行程控制器19时停止，自动清洗作业完成。在清洗作业期间，可随时通过安装在操作台3上的监控系统的摄像头12监视清洗作业过程。清洗过程中产生的废液通过废液回收槽23排入污水池，经过过滤净化后重复利用。

智能化清洗作业的自动控制系统，如图5所示，由PLC(可编程控制器)、A/D(开展模块)、QX(清洗机降压启动器)、TY(调压电机正反转控制器)、XC(双速电机控制器)、P(压力变送器)、DP(压力显示仪表)等常用电子元件组成。由于本发明自动控制系统采用了PLC控制技术，所以可以实现智能化清洗作业，它的清洗效率高、清洗效果好、大大降低了工人的劳动强度。另外，由于采用纯水进行作业施工，不会对环境造成污染，使用后的水经过处理后，可再次使用，从而可达到节水环保的目的。

清洗作业时，按下“启动”按钮KB0，经PLC的输入端X0输入到PLC，同时清洗机1必须在空载状态，即KB4有效，则PLC在Y0端输出信号，启动QX，QX再控制清洗机1启动。然后，PLC在Y2、Y3端输出信号，启动液压站2的继电器KD102、KD101及其工作指示灯L102。KD102、KD101使液压站2进入工作状态。PLC在延时一段时间后，在Y4端输出信号，启动电磁换向阀KD103，使得机械手开始摆动。PLC通过A/D模块的V0、C0读入可调电位器R1电路设定的电压值(在PLC中转化成对应的压力值)，清洗机1产生的实际压力值经过压力变送器P测得，在DP上显示，并同时通过4-20mA信号输入到A/D模块的C1、I1，读入到PLC中。经过PLC运算处理后，通过Y5、Y5-COM和Y6、Y6-COM端输出信号，控制TY，来控制调压电机的转动方向，达到加压或减压的要求，满足设定的压力。KB5是满载限位开关，在压力达到极限要求时发出信号经PLC的输入端X5进入PLC，PLC就不再给Y6、Y6-COM端输出加压控制信号。KB4是空载限位开关，在压力达到零时，发出信号经PLC的输入端X4进入PLC，PLC就不再给Y5、Y5-COM端输出减压控制信号。在达到要求的压力后，PLC通过Y7、Y7-COM和Y9、Y9-COM端输出信号，控制XC，使得行走机架6以慢速的方式前进，前进到限位开关位置，即KB1有效时，信号经X1输入到PLC，PLC停止通过Y7、Y7-COM和Y9、Y9-COM端输出信号，使XC停止工作，行走机架6停止前进。再通过Y8、Y-COM和Y10、Y10-COM端输出信号，控制XC，使得行走机架6以快速的方式后退，直到原位置的限位位置，即KB2有效时，信号经X2输入到PLC，PLC停止通过Y8、Y-COM和Y10、Y10-COM端输出信号，使XC停止工作，行走机架6停止前进。在前进过程中，如果发生其他情况，要求立刻退回原始位置时，可按“退回”按钮KB10，经X10输入到PLC，通过Y8、Y-COM和Y10、Y10-COM端输出信号，控制XC，使得行走机构以快速的方式后退，直到原位置的限位位置。如果工作过程遇到紧急情况，需要立刻停止一切工作时，可以按”停车”钮KB3，经X3输入到PLC，PLC控制各个系统停止工作。

Claims (4)

1、一种油田作业设备自动清洗装置，包括机架、组装其上的高压清洗喷杆和喷头、与喷头相连接的高压水射流清洗机和自动控制系统，其特征在于：机架采用门式行走机架，机架两侧沿着轨道行走的滚轮分别利用电机带动的传动装置驱动，在机架两侧分别设置固定式调节机械手和活动式调节机械手，在机械手上安装高压清洗喷杆和喷头，高压水清洗机输出的高压水通过远程控制调压装置和高压管路输送到高压水清洗用长靶距喷头，并由远程控制调压装置实现压力的远程调控，固定式调节机械手和活动式调节机械手上的高压清洗喷杆，分别与自动控制系统的液压控制回路中的液压马达输出轴相固定连接，实现高压清洗喷杆的往复摆动和摆动频率的调节。

2、根据权利要求1所述的油田作业设备自动清洗装置，其特征在于：所述自动控制系统的显示屏与固定在机架上方的监控系统的摄像头相连接。

3、根据权利要求1所述的油田作业设备自动清洗装置，其特征在于：所述机架两侧轨道之间有运载被清洗工件的组装在滑轨上的前、后运载小车。

4、根据权利要求1所述的油田作业设备自动清洗装置，其特征在于：所述液压控制回路由液压站、集成油路块、液压马达和相应的液压管路组成。

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