具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

对于油气井压裂作业的压裂车，可以采用常规的柴油发动机、燃气轮机或者电动机之一作为动力。由于燃气轮机单位重量输出的功率高于柴油发动机，因此燃气轮机被广泛应用于压裂车，搭载了燃气轮机的压裂车也可以简称为涡轮压裂车。燃气轮机运行时，在一些工况下燃气轮机内部的燃料管路和喷嘴需要使用一定压力和流量的空气或其他气体进行吹扫，以提高运行安全性。采用空气进行吹扫具有操作方便、成本低的优点，是目前较为常用的方法。

例如，对于可以燃烧液体燃料(如柴油)和气体燃料(如天然气)的双燃料燃气轮机来说，燃烧柴油时需要对天然气管路和端部连接的燃气喷嘴进行吹扫，燃烧天然气时需要对柴油管路和端部连接的燃油喷嘴进行吹扫；对于单一燃料(如天然气)的燃气轮机来说，其燃烧室通常有多个燃气喷嘴，在非满负荷运转的情况下，多个燃气喷嘴可以一部分开启另一部分关闭，此时对于关闭的燃气喷嘴也需要进行吹扫。通过吹扫燃料管路和喷嘴可以吹出管路中残存的燃料，有效防止燃料管路发生自燃、爆燃，并且还可以防止燃料喷嘴的烧蚀积碳。

在油气井涡轮车压裂作业中，通常单台涡轮压裂车泵送的压裂液流量不能满足要求，因此需要采用多台涡轮压裂车组成的涡轮压裂车组进行工作。每台涡轮压裂车的燃气轮机配备一台独立的空气压缩机和储气瓶，空气压缩机压缩后的空气储存于储气瓶中，以作为吹扫燃气轮机燃料管路和喷嘴的气源。

图1为一种燃气轮机吹扫系统的结构示意图，示出了一台涡轮压裂车的吹扫系统。如图1所示，空气压缩机10由液压马达20驱动，液压马达20的转速可调节，通过电磁阀30控制液压马达20供油油路的通断，当电磁阀30通电时，液压马达20带动空气压缩机10工作，当电磁阀30断电时，空气压缩机10停止工作。每次启动燃气轮机前，需要先启动空气压缩机10对储气瓶40进行充气，以为燃料管路及喷嘴吹扫作好准备。

燃气轮机可以为双燃料燃气轮机，燃料管路包括液体燃料管路61和气体燃料管路62。液体燃料供应入口63向液体燃料管路61供应燃料，液体燃料管路61上设置有液体燃料分流器71，液体燃料分流器71将液体燃料管路分为多个支路，每个支路的端部连接有液体燃料喷嘴81；气体燃料供应入口64向气体燃料管路62供应燃料，气体燃料管路62上设置有气体燃料分流器72，气体燃料分流器72将气体燃料管路分为多个支路，每个支路的端部连接有气体燃料喷嘴82。

储气瓶40中的压缩空气对液体燃料管路及喷嘴和气体燃料管路及喷嘴的吹扫分别通过电磁阀51和52进行控制。例如，液体燃料供应管路61设置有第一开关51，气体燃料供应管路62设置有第二开关52。第一开关51和第二开关52均可以为电磁阀。

燃气轮机对吹扫系统气源的流量和压力都有一定的要求。例如，压缩空气流量需要达到5CFM(立方英尺每分钟)，供气压力需要达到200psi(磅力每平方英寸)。

空气压缩机可以采用活塞式、螺杆式等压缩机，图1中的空气压缩机10为活塞式空气压缩机。普通活塞式空气压缩机最大排气压力在100psi左右，无法满足吹扫系统对压力的需求，因此，如图1所示，吹扫系统需要额外配置一个增压阀41。增压阀41的作用是：将较低压力的空气按比例进行增压，并将增压后的压缩空气储存于储气瓶，以用于吹扫系统。但在现场应用过程中，增压阀存在性能不稳定、故障率高的问题。

螺杆式空气压缩机可以产生更高压力的压缩空气。例如，螺杆式空气压缩机的排气压力可达200psi，甚至可达300psi。涡轮压裂车也可以配备螺杆式空气压缩机。

图2为又一种燃气轮机吹扫系统的结构示意图，示出了一台涡轮压裂车的吹扫系统，吹扫系统配备了螺杆式空气压缩机11。该吹扫系统相比图1所示的吹扫系统省去了增压阀41，可以降低吹扫系统故障率。

螺杆式空气压缩机的排量较大，当排气压力为200psi时排气量可达90CFM，远高于一台压裂车上的燃气轮机所需要的空气量。可以通过限制空气压缩机转速的方法，满足吹扫系统较小的气量需求。

本公开的实施例提供一种用于涡轮压裂车组的吹扫系统、吹扫方法和涡轮压裂车组。该吹扫系统可以同时吹扫多台燃气轮机的燃料管路和喷嘴，使吹扫系统的维护保养更加集中方便，减轻了现场人员的工作量，提高了作业效率。

图3为根据本公开一实施例的涡轮压裂车组的结构示意图。

如图3所示，涡轮压裂车组包括多台涡轮压裂车100，每台涡轮压裂车100包括一台燃气轮机110，每台燃气轮机110包括多条燃料供应管路111(燃料供应管路参见后图)；涡轮压裂车组还包括吹扫系统200，连接到每台涡轮压裂车100的燃气轮机110，用于吹扫每台燃气轮机110的燃料供应管路111和与其连接的喷嘴。

在图3中，涡轮压裂车组配置有8台涡轮压裂车，但图3仅为一示例，本公开的实施例不限于此，例如涡轮压裂车的数量也可以为2台或大于2台的任意数值。

例如，燃气轮机110可以为双燃料燃气轮机，即其燃料可以在液体燃料和气体燃料之间切换；燃气轮机110也可以为液体燃料燃气轮机或气体燃料燃气轮机，本公开的实施例不限定燃气轮机的燃料类型。

燃气轮机通常包括压气机、燃烧室和涡轮三大部件。压气机用于吸入并压缩外界空气，其可以为轴流式压缩机，包括多级轴流叶片，轴流式压缩机产生的压缩空气的压力可达数倍至数十倍的大气压力。压气机产生的压缩空气可以通过燃气轮机内部的不同引流通道分别引入燃烧室和涡轮。对于引入燃烧室的压缩空气，一部分可以作为燃烧室的助燃空气，一部分可以用于冷却燃烧室筒壁，还有一部分可以用于吹扫燃烧室的燃料供应管路和燃料喷嘴；引入涡轮的压缩空气可以用于冷却高温涡轮叶片。

燃烧室用于燃烧燃料，并将燃烧后产生的高温高压气体排出到涡轮以推动涡轮转动，涡轮转动输出的功率一部分用于做功(例如带动压裂车的柱塞泵运转或带动发电机发电等)，另一部分用于带动压气机持续转动以吸入空气。

需要说明的是，本公开的实施例涉及的燃料供应管路111及喷嘴可以作为燃烧室的一部分，用于向燃烧室提供燃料或吹扫空气。本公开的实施例涉及的第一空气压缩机210及后文的第二空气压缩机是独立于燃气轮机之外的压缩机，不同于燃气轮机自身的压气机。

需要说明的是，图3中的吹扫管路220与燃气轮机110的连接结构仅为一种简化的示意，并不表示吹扫管路220与燃气轮机110采用串联的连接方式，后文将结合附图进一步描述吹扫管路220与燃气轮机110的燃料供应管路111的连接方式。

图4为图3中的吹扫系统200的结构示意图。如图4所示，吹扫系统200包括第一空气压缩机210和吹扫管路220。吹扫管路220连通第一空气压缩机210和涡轮压裂车组中的每台燃气轮机110的多条燃料供应管路111。第一空气压缩机210被配置为，在多条燃料供应管路111中的至少部分燃料供应管路被停止供应燃料的状态下，向已被停止供应燃料的至少部分燃料供应管路提供压缩空气以进行吹扫。

在本公开实施例提供的涡轮压裂车组的吹扫系统中，通过采用一台空气压缩机为多台涡轮压裂车提供吹扫空气，可以节省吹扫系统的制造成本，并且使得空气压缩机系统的维护保养更加集中、方便，减轻了现场人员的工作量。对于每台涡轮压裂车配备一台空气压缩机的情况，如果空气压缩机出现故障，会直接影响该台涡轮压裂车的正常工作，因此该系统的稳定性不高。本公开实施例提供的吹扫系统还可以增加备用空气压缩机，第一空气压缩机和备用压缩机可以设置在涡轮压裂车之外。当第一空气压缩机出现故障时，可以随时切换到备用压缩机，在吹扫系统正常工作的情况下，可以同时维修第一空气压缩机，如此可以提升吹扫系统的可靠性。

在一些示例中，第一空气压缩机210为螺杆式空气压缩机。第一空气压缩机210产生的压缩空气的压力可达到200psi。

螺杆式空气压缩机具有排气压力和流量大的优点，因此，吹扫系统不需要设置增压阀等附加部件，其产生的空气压力和流量便可以达到燃气轮机的吹扫要求。

如图4所示，吹扫管路220中的压缩空气在图中A点分流为两路，一路进入一台燃气轮机的燃料供应管路111，另一路用于接入其他燃气轮机的燃料供应管路111。第一空气压缩机210产生的压缩空气流量可以满足整个涡轮压裂车组中所有的燃气轮机吹扫要求。

在一些示例中，燃气轮机110可以为双燃料燃气轮机，如图4所示，多条燃料供应管路111包括第一燃料供应管路1111和第二燃料供应管路1112。第一燃料供应管路1111和第二燃料供应管路1112还可以分别包括多条子管路。

在一些示例中，第一燃料供应管路1111可以用于供应液体燃料，第二燃料供应管路1112可以用于供应气体燃料。

如图4所示，液体燃料供应入口63向第一燃料供应管路1111供应液体燃料，第一燃料供应管路1111上设置有液体燃料分流器71，液体燃料分流器71将第一燃料供应管路1111分为多个支路，每个支路的端部连接有至少一个液体燃料喷嘴81；气体燃料供应入口64向第二燃料供应管路1112供应燃料，气体燃料管路62上设置有气体燃料分流器72，气体燃料分流器72将第二燃料供应管路1112分为多个支路，每个支路的端部连接有至少一个气体燃料喷嘴82。

第一燃料供应管路1111上设置有第一开关51，第二燃料供应管路1112上设置有第二开关52。第一开关51和第二开关52均可以为电磁阀。

在燃气轮机工作过程中，当燃烧液体燃料(例如柴油)时，液体燃料供应入口63向第一燃料供应管路1111供应液体燃料，气体燃料供应入口64停止向第二燃料供应管路1112供应燃料，关闭第一气路电磁阀51并打开第二气路电磁阀52，第一空气压缩机210向第二燃料供应管路1112提供压缩空气，以吹扫第二燃料供应管路1112及连接到其端部的气体燃料喷嘴82；当燃烧气体燃料(例如天然气)时，气体燃料供应入口64向第二燃料供应管路1112供应气体燃料，液体燃料供应入口63停止向第一燃料供应管路1111供应燃料，关闭第二气路电磁阀52并打开第一气路电磁阀51，第二空气压缩机210向第一燃料供应管路1111提供压缩空气，以吹扫第一燃料供应管路1111及连接到其端部的液体燃料喷嘴81。

需要说明的是，燃气轮机110也可以为单燃料燃气轮机，相应地，第一燃料供应管路1111和第二燃料供应管路1112均用于供应液体燃料或均用于供应气体燃料。在第一燃料供应管路1111和第二燃料供应管路1112的部分管路停止供应燃料时，也需要通过上述吹扫系统进行吹扫，吹扫过程与上述过程相似，此处不再赘述。

在一些示例中，如图3所示，吹扫系统200中的第一空气压缩机210设置在涡轮压裂车100之外。通过将空气压缩机设置于涡轮压裂车之外，减轻了涡轮压裂车的重量，为涡轮压裂车上其他部件的安装和维护预留了充足的空间。

在一些示例中，如图4所示，吹扫系统200还包括储气装置230，储气装置230连接在吹扫管路220上，储气装置例如可以为气瓶。吹扫管路220包括第一吹扫管路221和第二吹扫管路222，储气装置230的进气口通过第一吹扫管路221连通第一空气压缩机210，储气装置230的出气口通过第二吹扫管路222连通涡轮压裂车组中的每台燃气轮机110的多条燃料供应管路111。

例如，在吹扫系统工作时，第一空气压缩机210产生的压缩空气经过第一吹扫管路221进入储气装置230，储气装置230中的压缩气体经过第二吹扫管路222进入燃气轮机110的燃料供应管路111，以进行吹扫。储气装置可以起到缓冲作用，使进入燃气轮机燃料管路的气流更加稳定，利于燃气轮机运行。

在一些示例中，如图4所示，吹扫管路220还可以包括第三吹扫管路223，第三吹扫管路223直接连通第一空气压缩机210和涡轮压裂车组中的每台燃气轮机110的多条燃料供应管路111。

例如，在吹扫系统工作时，第一空气压缩机210产生的压缩空气也可以不经过储气装置230，而经过第三吹扫管路223直接进入燃气轮机110的燃料供应管路111，以进行吹扫。在一些情况下，空气压缩机排出的高温、高压空气，经管路、气瓶冷却后，气瓶中会产生大量的冷凝水，作业过程中需频繁的对每个气瓶进行放水，给现场作业人员带来了较大的工作量。因此当吹扫系统不经过储气装置而直接对燃料供应管路进行吹扫时，能够减少现场作业工作量。

以上两种供气方式均可以实现吹扫燃气轮机的作用，各有优点。可以通过在第一吹扫管路、第二吹扫管路和第三吹扫管路上增加阀门的方式来根据实际吹扫作业的需要灵活选择供气方式。

在一些示例中，如图4所示，吹扫系统200还包括压力传感器231，压力传感器231连接到储气装置230。压力传感器231被配置为检测储气装置230内部的压力并产生压力信号。如此，可以实时监测压力，便于实现压力自动控制，且有利于提高吹扫系统的安全性。

在一些示例中，如图4所示，吹扫系统200还包括过滤器211，安装在吹扫管路220靠近第一空气压缩机210的一端，过滤器211被配置为净化从第一空气压缩机出来的空气。例如，过滤器211可以为除油过滤器，有利于除掉空气中包含的油类杂质，提升吹扫的安全性。

吹扫系统200还可以包括动力装置240和控制装置250。图5为吹扫系统的动力装置和控制装置的结构示意图。如图5所示，动力装置240与第一空气压缩机210连接，被配置为驱动第一空气压缩机210运转；控制装置250与动力装置240连接，被配置为控制动力装置240。

例如，如图5所示，动力装置240可以为液压马达。控制装置250包括处理器251和电磁阀252，处理器251分别与压力传感器231和电磁阀252通信连接。处理器251被配置为根据压力传感器231的压力信号控制电磁阀252的开度，以调节液压马达240的转速，从而调节第一空气压缩机210产生的压缩空气的压力和流量。

在工作过程中，储气瓶230上的压力传感器231监测储气瓶内的空气压力，将压力信号反馈给处理器251后，处理器251通过电磁阀252控制液压马达240的转速，从而调整第一空气压缩机210的排量和压力，使储气瓶230内的压力始终保持在合适的范围，例如压力大约为200psi。该压力值仅为一示例，本公开的实施例不限制第一空气压缩机的排气压力及储气装置中的空气压力。

例如，电磁阀252可以为比例控制阀，比例控制阀可以连续、按比例地控制液压系统的压力和流量，且便于远程控制、工作可靠。

例如，如图5所示，当动力装置240为液压马达时，吹扫系统200还设置有进油管路261和回油管路262，分别连接到液压马达的进油口和出油田。例如，涡轮压裂车组中的每台涡轮压裂车上预留有液压马达的驱动液压供油接口和回油接口，以分别连接到进油管路261和回路管路262。涡轮压裂车组中的每台涡轮压裂车上预留有电气供电接口，为吹扫系统的用电单元提供电源，例如电气供电接口可以为第一空气压缩机210的开关、控制装置250供电。吹扫系统200可以根据现场布置情况，与距离最近的涡轮压裂车通过液压管线、电缆实现快速连接。

在一些示例中，第一空气压缩机210也可以采用电驱动。此时，动力装置可以为电动机，控制装置包括处理器，处理器与压力传感器通信连接。处理器被配置为根据压力传感器的压力信号控制电动机的转速，从而调节第一空气压缩机产生的压缩空气的压力和流量。

在一些示例中，如图3所示，吹扫系统200还包括与第一空气压缩机210并联设置的第二空气压缩机270。第二空气压缩机270与燃气轮机的燃料供应管路的连接方式与第一空气压缩机210相同，此处不再赘述。第二空气压缩机270被配置为单独或与第一空气压缩机210一起向已被停止供应燃料的至少部分燃料供应管路111提供压缩空气以进行吹扫。

在吹扫系统工作过程中，压力传感器实时监测储气瓶内的空气压力，当第一空气压缩机出现故障或最大排气量仍无法保证储气瓶内的空气压力满足吹扫要求时，吹扫系统可以自动启动第二空气压缩机，使第二空气压缩机参与到作业过程，提高系统运行安全性。

例如，第一空气压缩机自动调节储气瓶内空气压力的调节方法如下：

处理器251读取压力传感器测量到的储气瓶230内的压力，并判断该压力是否大于或等于200psi，如判断结果为是，不做操作；

如判断结果为否，则输出提示信息；

根据提示信息，处理器251通过电磁252调节液压马达240的转速，从而增大第一空气压缩机的排气量，直至提示信息消失。

例如，启用第二空气压缩机的方法如下：

当上述提示信息维持超过设定时间(设定时间例如为1分钟)后，启动第二空气压缩机，直至提示信息消失。

在一些示例中，如图4所示，涡轮压裂车组中的至少一台燃气轮机的多条燃料供应管路111包括液体燃料供应管路1111和气体燃料供应管路1112。液体燃料供应管路1111设置有第一开关51，气体燃料供应管路1112设置有第二开关52。第一开关51和第二开关52均可以为电磁阀。燃气轮机燃烧液体燃料的工作模式可以称为燃油模式，燃气轮机燃烧气体燃料的工作模式可以称为燃气模式。燃油模式和燃气模式二者不同时进行。

本公开一实施例还提供一种上述任一实施例提供的吹扫系统的吹扫方法。该吹扫方法包括：

在启动涡轮压裂车组中的任一台燃气轮机的同时启动第一空气压缩机。燃气轮机可以选择以燃油模式或者燃气模式运行。

当燃气轮机处在燃油模式时，即在液体燃料供应管路1111供应液体燃料、气体燃料供应管路1112停止供应燃料的状态下，打开第二开关52以向气体燃料供应管路1112提供压缩空气。

当燃气轮机处在燃气模式时，即在气体燃料供应管路1112供应气体燃料、液体燃料供应管路1111停止供应燃料的状态下，打开第一开关51以向液体燃料供应管路1111提供压缩空气。

在燃气轮机的运行过程中，燃烧室内的两种燃料喷嘴，一种喷嘴供应燃烧介质用于做功，一种喷嘴供应压缩空气以进行吹扫。在温度较高时，喷嘴处残留的燃料容易产生积碳从而堵塞喷嘴。本公开实施例提供的吹扫方法可以采用压缩空气对不供应燃料的燃料管路及喷嘴进行吹扫，从而防止被吹扫的喷嘴产生积碳，并提高燃料管路的安全性。

在一些示例中，当完成压裂作业或在其他情况下需要停止燃气轮机时，控制系统向需要停止的燃气轮机发送停机指令。在这种情况下，该吹扫方法包括：在收到停止至少一台燃气轮机的指令后，

当燃气轮机处在燃油模式时，即在液体燃料供应管路1111供应液体燃料、气体燃料供应管路1112停止供应燃料的状态下，降低液体燃料供应管路1111的燃料流量，如此燃气轮机以低功率运行，燃气轮机的排气温度逐渐降低。当燃气轮机的排气温度低于设定温度时，关闭液体燃料供应管路1111和第二开关52。

当燃气轮机处在燃气模式时，即在气体燃料供应管路1112供应气体燃料、液体燃料供应管路1111停止供应燃料的状态下，降低气体燃料供应管路1112的燃料流量，如此燃气轮机以低功率运行，燃气轮机的排气温度逐渐降低。当燃气轮机的排气温度低于设定温度时，关闭气体燃料供应管路1112和第一开关51。

在温度低于设定温度时，喷嘴处残留的燃料不会产生积碳或产生积碳的数量很少。设定温度可以根据实际需要设置，例如可以为200摄氏度，本公开的实施例对此不做限定。

有以下几点需要说明：

(1)本公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)在不冲突的情况下，本公开同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。