第十一章 智能防碰天车及安全操作
石油井场使用的数码智能防碰天车是一种自控装置，适用于各种钻机。它是应用智能化逻辑程序控制原理，采用新工艺新技术，对起下钻作业进行自动监测、运算处理、智能化提醒司钻、主机内部故障的自行诊断、自动刹车控制，可有效防止“上碰天车”事故。新一代的数码智能防碰天车可有效地克服现有各型石油钻机之提升系统的技术缺点，可在起下钻过程中，完全自动地以智能化监测、逻辑运算、电气动执行机械所特别具有的最快瞬间，预防“上碰天车”事故，达到防止恶性事故发生的目的，做到安全生产。
第一节 上碰天车事故
石油钻机一般都具有防碰系统的气路，而且起了一定作用，但却容易发生上碰天车事故。其原因如下：
1．摘离合器太晚。
2．游车大钩上提速度太快。
3．气路进气太慢（如老式机械式的如重锤、过卷阀等）等多种原因，致使游车大钩上冲惯性增大，有效的刹车距离增大，游车大钩强行上碰到天车上。
采用数码智能防碰天车，可有效地解决上碰天车事故。
第二节 智能防碰天车主要功能
一、智能化提醒
起下钻中，当游车大钩上提到接近立柱高度（圈数）位置时，其报警高度值就向司钻发出提醒声响，表示快到上位，提醒司钻应该减速，摘离合器，以限制其上提（冲）的速度（惯性）不致太快，确保摘离合器的时间足够。
二、自动刹车
当游车大钩继续上冲到紧急刹车高度值时，电气动执行机构将快速动作，以实现紧急（停）刹车。
三、自诊断
每当游车大钩向下放且经过报警高度值时，都会自诊断主机内部是否工作正常，并向钻台工作人员提示。
在防碰系统的整个气路元件动作灵活、压缩空气源的压力足够且处于干燥下，即气路不堵不冻的条件下，报警高度值的提醒、自诊断功能和紧急刹车高度值的特殊作用，可有效地防止上碰天车。
由于报警高度值和紧急刹车高度值只是显示绞车转过了多少圈数，因此不能将数码防碰天车装置作为计量器具。
第三节 结构及工作原理
一、装置组成
1，安装在原钻机防碰刹车机械中的“电气动执行机械”（可与原用的防碰气路并联使用）。
2．主机及声响报警器。
3．安装在绞车端部导（进）气龙头上的数码脉冲传感器。
4．分别用不同的专用插件和电缆连接。
二、主机组成
1．220V交流电源输入。
2．交直流变换和电气隔离。
3．稳压及恒流充电。
4．24V全密封免维护电瓶组成的UPS电源。
5．单片机系统。
6．智能化减速报警、220V电源缺电报警、主机内部自诊断提示系统和电路自保护系统。
7．刹（停）车驱动输出。
三、结构和工作原理
一般石油钻机（修井机）上都已设计并安装了“防碰天车”装置，但在钻井过程中，却仍然有上碰天车事故发生。
数码智能防碰天车装置（如图11-1所示）使用了一种特别的游车大钩提升高度“数码传感器”。它可以根据不同的钻机，很方便地在井队现场预置设定其报警（主机内部故障自诊断）高度值和紧急刹车高度值。并由专用的插件和电缆把高度（圈数）数码脉冲信息传输到主机中，经过单片机运算、放大、数码显示或是防碰发出驱动输出的（停）刹车执行命令，即电气动执行机械动作，同时还会发出防碰（停）刹车的报警声响。
图11-1 智能防碰天车原理方框图
第四节 使用和功能要求
由于智能防碰天车装置能够与钻机原防碰天车兼容共用，构成双重保险的防碰天车，因此，建议不用拆除钻机原来安装的防碰天车装置，可继续使用。
智能防碰天车功能要求如下：
1．要求电压动态范围宽，能适应石油井场电压波动大的特点。要求节能、防爆、防风沙和抗干扰等特点。(www.xing528.com)
2．直流电源具有自适应变化特点，并且在UPS充电时充电电流和电压大小自动调节。
3．采用全密封免维护蓄电瓶，要求工作电压稳定、温度特性范围宽、自放电小，启动性能好。
4．连续的浮充电工作方式，保证主机的UPS不间断供电。
5．附加（并联）在原来刹车系统上的“电气动执行机构”，平时处于等待的常备状态。
6．电气动执行机构的动作必须快速可靠，一般为DF电磁阀控制方式。
7．执行机构动作（自动刹车）时，同时应有声响报警提示司钻。
8．在每次的起、下钻之前，必须试机一次（即上提游车大钩试“防碰天车”）。
第五节 安 装 要 求
一、主机
用U型卡将主机挂在司钻正对面指重表附近。
二、传感器
一般安装在绞车滚筒低速端，导（进）气龙头中间的适当位置处。
三、执行机构
安装方法如下：
压缩主气路→接带三通的配用管汇→接DF电磁阀→接带三通的配用管汇→接至原“防碰”气路之中即可。
四、设置（修改）报警高度值和紧急刹车高度值
根据钻机实际情况，修改设置。
第六节 安全操作规范
安装和调试完毕后，可通电。再以较慢的速度上提游车大钩，即试验“防碰天车”。防碰天车自控装置如图11-2所示。
图11-2 智能防碰天车自控装置示意图
1—地面 2—钻台面 3—原刹车气缸 4—防碰传感器 5—刹把6—主机 7—井架 8—二层台 9—天车 h—报警高度值 H—紧急刹车高度
一、防碰天车试验步骤
1．当游车大钩到达报警刹车高度值时，报警声响提醒司钻等钻台工作人员减小速度给定或摘离合器。
2．当继续上提到达紧急刹车高度值时，便会自动（停）刹车，同时也有报警声响提示，即刹车气缸进气，高、低速离合器放气。
二、操作方法
1．平时主机应关机。
2．进行起、下钻时，先给主机供电，再将游车大钩下放并使空吊卡刚好接触到转盘面位置，再开主机，这时必须进行对零整定一次，即显示0000。然后试验一次防碰，若正常才能进行正常的起、下钻作业。
3．当防碰起作用自动刹后，需要解除刹车时应该先“回零”，然后再关机并等待数十秒，才可解除刹车。
当又要再次进行起、下钻时，须重复以上步骤。
4．若要进行超过防碰限定高度（圈数）的紧急刹车高度值的特殊起、下钻作业（如下套管）时，应关闭主机。
三、安全操作规程
1．平时主机应处于关机状态。
2．当自动（停）刹车起作用后，需要解除刹车时，必须先“回零”，再关机并且需要等待数十秒，然后才能下放游车大钩。
3．当检修刹车系统、中途及完井停钻时，应该关机以免刹把误动伤人！
4．由于数码智能防碰天车装置动作极快，为防止刹把在自动快速下压时撞伤人，因此严禁所有人员站在刹把的正前方进行有关的操作，若必须在其前方或下面去进行时，应该把主机关机。
5．刹把操作人员（如司钻），必须用正确的站立、手扶姿势操作刹把，防止刹把在自动下压时伤人！
6．钻井用的主机内，因接有专线220V电源，因此在更换保险管，或者是在现场修改报警高度值或紧急刹车高度值时以及凡是在其盖子开启状态时，必须先拉掉主机供电，防止触电事故！
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