水射流分散裝置的改進(jìn)

黃 春，顧永強(qiáng)，王 亮，張偉林

(中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司孤東采油廠，山東 東營 257237）

注聚合物過程中，水射流分散溶解裝置具有計(jì)量下料準(zhǔn)確、供水精度誤差小、配液濃度穩(wěn)定、不產(chǎn)生魚眼等特點(diǎn)。與老式水幔式分散裝置相比較，具有結(jié)構(gòu)簡單、流程緊湊、價(jià)格適宜、安裝方便、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。

隨著聚合物驅(qū)油技術(shù)的不斷進(jìn)步，進(jìn)一步降低地面建設(shè)投資與運(yùn)行成本已經(jīng)成為一項(xiàng)重要課題。聚合物分散裝置是聚合物配制過程的主要設(shè)備，作用是使聚合物干粉和水按照一定配比均勻混合，是保證配制聚合物溶液質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到聚合物驅(qū)油效果。多年來，聚合物分散裝置一直采用傳統(tǒng)的風(fēng)力分散流程，結(jié)構(gòu)和控制邏輯復(fù)雜，造價(jià)和運(yùn)行能耗較大。為進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，改善配制質(zhì)量，對(duì)聚合物水力直接射流分散工藝進(jìn)行了大量的研究和試驗(yàn)，大大簡化了聚合物分散工藝。

一、水射流分散裝置性能特點(diǎn)

聚合物分散溶解裝置是注聚裝置中的主要設(shè)備，其主要功能是完成聚合物粉劑的上料、儲(chǔ)料、計(jì)量下料、混合、輸出等一系列工藝過程。

水射流聚合物分散溶解系統(tǒng)主要由投料部分、提升部分、儲(chǔ)料部分、射流分散部分、下料及計(jì)量部分、自控部分等六大部分構(gòu)成，其具體結(jié)構(gòu)見圖1。

投料部分包括料斗總成和攪拌輔助下料系統(tǒng)。儲(chǔ)料部分包括料倉、振動(dòng)器和上下物位開關(guān)。射流分散部分包括噴射器總成和漩流器總成。自控部分包括P L C控制柜和遠(yuǎn)程監(jiān)控；并配套提供流程中熟化罐及水罐的進(jìn)出口電動(dòng)閥、靜壓液位計(jì)。自控部分完成從分散到熟化整個(gè)工藝流程的自動(dòng)控制。人工將干粉倒入料倉，經(jīng)計(jì)量下料器精確計(jì)量進(jìn)入水射流器。清水罐中的水由清水離心泵輸出，經(jīng)電動(dòng)閥及電磁流量計(jì)調(diào)節(jié)計(jì)量，以一定的壓力進(jìn)入水射流器后高速噴出，形成局部真空，產(chǎn)生負(fù)壓，攜帶經(jīng)精確下料器計(jì)量的干粉，強(qiáng)制混合，再經(jīng)提升泵提升，完成干粉和水的初步混合，依次流經(jīng)單向閥、手動(dòng)蝶閥、電動(dòng)閥，再輸送到熟化罐中進(jìn)行熟化，完成聚合物的溶解輸送過程。

水射流分散裝置的額定配液濃度為5 0 0 0 m g/L(最大配液濃度6 0 0 0 m g/L)，整機(jī)功率1 8 k W，額定供水量為8 0 m3/h，每天的額定配置母液量為1 9 2 0 m3。

二、水射流分散裝置工藝原理

1.工藝流程

根據(jù)聚合物分散工藝要求，必須能夠?qū)酆衔锔煞酆退謩e進(jìn)行計(jì)量，并充分、均勻地混合。因此，直接射流型分散裝置包括供水及計(jì)量系統(tǒng)、聚合物干粉下料及計(jì)量系統(tǒng)、射流混合系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。

(1)供水及計(jì)量

為分散裝置提供滿足壓力要求的、流量平穩(wěn)的水流，并對(duì)水流量進(jìn)行計(jì)量和調(diào)節(jié)。確保系統(tǒng)檢修或出現(xiàn)異常時(shí)能及時(shí)切斷系統(tǒng)水源，該流程設(shè)置手動(dòng)控制功能。

(2)聚合物干粉下料及計(jì)量

可存儲(chǔ)聚合物干粉并根據(jù)設(shè)定的參數(shù)控制下料速度，對(duì)下料量進(jìn)行計(jì)量?？筛鶕?jù)用戶需求，提供不同的計(jì)量模式，以滿足聚合物母液配制精度，下料最高精度可達(dá)1%。

(3)射流混合

在水力射流的作用下使經(jīng)過計(jì)量的聚合物干粉顆粒之間相互分離，干粉顆粒與水充分潤濕，最終使聚合物干粉與水進(jìn)行充分、均勻的混合。同時(shí)在下料前及下料過程中施加旋轉(zhuǎn)水流對(duì)過流部件進(jìn)行沖刷，防止干粉聚結(jié)堵塞。

2.配置原理

聚合物水射流分散工藝通過獨(dú)特的射流混合裝置、相關(guān)的聚合物干粉下料及計(jì)量系統(tǒng)、供水及計(jì)量系統(tǒng)和配套的自動(dòng)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。工作時(shí)水由射流混合裝置的噴嘴高速噴出，在噴嘴出口處形成負(fù)壓，將聚合物干粉吸入裝置。在擴(kuò)散段，高速水流在管內(nèi)形成強(qiáng)烈的渦流，具有劇烈的切割攪拌作用，保證了聚合物干粉的充分潤濕，可有效防止干粉聚結(jié)使配制的聚合物溶液形成“魚眼”和粘團(tuán)。

聚合物水射流分散工藝較傳統(tǒng)的風(fēng)力分散工藝減少了溶解罐、攪拌器、超聲波液位計(jì)、螺桿泵、鼓風(fēng)機(jī)、水粉混合器、液位開關(guān)等部件和流程，大大簡化了聚合物分散工藝，降低了工程投資和運(yùn)行成本。

(1)工藝簡化及降低投資

聚合物水力直接射流分散工藝較傳統(tǒng)風(fēng)力分散工藝減少了攪拌溶解和螺桿泵輸送流程，大大簡化了干粉分散潤濕工藝；較老式的水幔式分散工藝流程更簡單、占地空間更小、操作更簡單，每套裝置最高可節(jié)約投資8 0萬元。

(2)節(jié)能降耗

由于減少了很多動(dòng)力設(shè)備，比如鼓風(fēng)機(jī)、溶解罐攪拌機(jī)、混出泵等，大大降低了能源消耗，整機(jī)裝機(jī)功率由原來的3 5 k W減少到1 8 k W，起到了很好的節(jié)能降耗效果。

(3)降低維修成本

因工藝流程相對(duì)比較簡單，減少了很多的大型設(shè)備，所以使用過程中，設(shè)備的維修費(fèi)用會(huì)有很大的節(jié)省，維修的工作量減少，人工成本降低。

三、水射流分散裝置運(yùn)行中的不足及改進(jìn)

1.分散裝置接料斗處經(jīng)常返水

母液配置的過程中，先打開供水閥，后打開母液閥，然后啟動(dòng)提升泵，最后啟動(dòng)清水泵，但是一整套程序設(shè)定好后，往往在執(zhí)行的時(shí)候總有幾秒鐘的偏差，如閥門未及時(shí)全開、流程提前送水，使清水從接料斗中返出，造成分散裝置返水的現(xiàn)象。分散裝置返水就會(huì)帶著下料器中的干粉一起流到分散裝置溢流口處，返出的水粉混合物由于混合不均勻極易結(jié)塊堵塞溢流口。而且溢出的水粉混合物流到操作間地面上，容易污染環(huán)境。

2.母液配置質(zhì)量較差

與水幔式分散裝置相比，水射流分散裝置減少了一個(gè)讓配置母液初步熟化的一個(gè)溶解罐。水幔式分散裝置清水與干粉的混合是在一個(gè)較小的溶解罐中進(jìn)行，并且配置了一個(gè)小型的攪拌機(jī)，母液在溶解罐初步混合后經(jīng)過混出泵排出。水射流分散裝置減少了清水與干粉初步混合的環(huán)節(jié)，直接用噴射器噴射出來的清水在接料漏斗中形成漩渦，把下料器下來的干粉以沖刷的形式瞬間帶走，最終到母液熟化罐中經(jīng)攪拌機(jī)攪拌熟化。一旦熟化罐的攪拌機(jī)出現(xiàn)問題，配置母液的熟化程度就會(huì)受到很大的影響。

3.下粉器處干粉易結(jié)塊

母液配置的過程中，由于射流出來的清水易產(chǎn)生水汽，使空氣潮濕，而下粉器內(nèi)的干粉遇到水汽極易結(jié)塊，并粘附到下粉器四壁，長時(shí)間運(yùn)行，干粉結(jié)塊越來越多，就會(huì)造成下粉器堵塞，下粉困難，影響母液配置。所以必須定期對(duì)下粉器四壁粘附的干粉進(jìn)行清理，嚴(yán)重的時(shí)候需要3天清理一次，增加了額外的工作量。

4.水射流分散裝置措施改進(jìn)

孤東三采中心注聚站在用的6套水射流分散裝置中，選取7#站進(jìn)行改造，改造方法如圖2所示。

將分散溶解裝置的料倉抬高0.4 m，讓出一定的安裝空間，在射流器的下粉料斗處增加一臺(tái)D N 5 0的電動(dòng)開關(guān)球閥，在沖刷管處增加一個(gè)D N 1 5的電動(dòng)開關(guān)球閥，配合采用程序自動(dòng)控制，可以徹底解決分散溶解裝置的返水問題。

抬高分散裝置意味著增加了下粉器與接料斗中清水的距離，射流清水產(chǎn)生的水汽不會(huì)影響下粉器處下來的干粉，可解決下粉器結(jié)塊的問題，提高聚合物配置質(zhì)量。

改造的過程中，去除了原分散裝置多余的提升泵。經(jīng)過試驗(yàn)證明，為分散裝置供壓的清水泵所提供的0.8 M P a壓力，經(jīng)分散裝置混配，整個(gè)流程損失壓力約0.2 M P a，剩余的0.6 M P a壓力足夠把混合液傳輸?shù)绞旎拗?，所以改造過程中去除提升泵，減少了1臺(tái)1 5 k W的動(dòng)力，大大減少了分散裝置的耗電量，比改造前日節(jié)電2 6 0 k W·h。

現(xiàn)場改造于2 0 1 2年7月完成，同時(shí)對(duì)分散裝置的運(yùn)行操作程序進(jìn)行了一定的調(diào)整。

分散溶解裝置啟動(dòng)后，首先關(guān)閉下粉閥門和沖刷水閥門；閥門關(guān)到位后，啟動(dòng)射流泵進(jìn)入射流狀態(tài)；當(dāng)射流正常后，再打開下粉閥門和沖刷水閥門；閥門開啟到位后，正常下粉進(jìn)入工作狀態(tài)。停止分散溶解裝置時(shí)，先停止下粉，通過振動(dòng)去除下料口的浮粉，再關(guān)閉兩個(gè)電動(dòng)閥門，隔絕水路，設(shè)備停止運(yùn)行，杜絕返水問題的發(fā)生。

四、結(jié)論與認(rèn)識(shí)

水射流分散裝置與水幔式分散裝置相比工藝流程較簡單、占地面積較小、節(jié)省資源，具良好的推廣潛力。

水射流分散裝置經(jīng)改造后，基本上解決了返水問題，并去除了多余的動(dòng)力提升泵，比改造前更節(jié)能，使用更方便，提高了聚合物母液的配置質(zhì)量，減少了母液結(jié)塊現(xiàn)象。

水射流分散裝置配置的聚合物母液的混合均勻度低于水幔式分散裝置，其配置母液主要依靠熟化罐進(jìn)行熟化才能達(dá)到注入標(biāo)準(zhǔn)，所以必須提高熟化罐對(duì)母液的熟化能力。

[1]于新哉.聚合物分散溶解裝置的特點(diǎn)及應(yīng)用[M].石油機(jī)械,2 0 0 3,3 1.

[2]羅彤彤,盧亞平,潘英民.新型聚合物快速分散溶解裝置的研制[J].礦冶,2 0 0 7,4.