散裝物料輸送系統(tǒng)用雜物在線分離裝置研制

王維國，陳悅軍，王秀文，解文芳，譙正武，雷昊天

（1.甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，蘭州730070；2.長慶油田分公司 機(jī)械制造總廠，西安710201）①

在海上鉆井平臺，散裝物料輸送系統(tǒng)用于輸送鉆井所需要的粉狀物料（水泥、膨潤土、重晶石），國內(nèi)通常稱作輸灰系統(tǒng)。近年來，海洋鉆井技術(shù)和固井技術(shù)蓬勃發(fā)展，深井、超深井及高壓、高溫等復(fù)雜井的不斷增加，對輸灰系統(tǒng)所輸送物料的性能和配比的要求越來越高。物料的性能和配比不僅取決于物料本身的質(zhì)量，還取決于輸送過程中對雜物的分離程度［1－4］。在國內(nèi)外海洋鉆井平臺上，現(xiàn)役的輸灰系統(tǒng)在罐體中焊接了一個傾斜45°的隔柵板，用于分離所輸送物料中的雜物（固體顆粒、纖維織物），由于沒有考慮在線清理雜物，在散裝物料輸送系統(tǒng)工作一段時間后，固體顆粒堆積過多就會使得輸送系統(tǒng)堵塞，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的壓力升高，從而導(dǎo)致整個系統(tǒng)停止工作，不僅影響了散裝物料的輸送效率，而且存在極大的安全隱患。

針對這一現(xiàn)狀，研制了散裝物料輸送系統(tǒng)用雜物在線分離裝置，成功解決了散裝物料輸送中雜物的在線分離難題。提高了海洋工程鉆井平臺的工作效率，有效消除了安全隱患，降低了能耗及生產(chǎn)成本。該項(xiàng)目獲得了中國發(fā)明專利：巖石捕捉、雜物分離及隔柵在線更換裝置（CN 201210241133.9）。

1 結(jié)構(gòu)

1.1 總體結(jié)構(gòu)

散裝物料雜物在線分離裝置總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，為撬裝結(jié)構(gòu)，便于運(yùn)輸。罐體相對于地面傾斜15°，從下方進(jìn)料。被罐體內(nèi)的隔柵分離的固體顆粒會在自重力的作用下而落到罐體底部，定時被清除。

圖1 散裝物料雜物在線分離裝置總體結(jié)構(gòu)

1.2 分離罐的結(jié)構(gòu)

雜物在線分離裝置的分離罐的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1） 密封裝置、固體顆粒擋板和隔板焊接在筒體內(nèi)壁。密封裝置和隔板將罐體分割成工作腔和清理維修腔。旋轉(zhuǎn)密封裝置使2個腔既可相互密閉，又可相互連通。

2） 筒體密封板通過銷軸和鎖緊拉扣連接在罐體外壁上，系統(tǒng)工作時使清理維修腔密封，需要清理或維修隔柵時可以打開。

3） 固體雜物料盒焊接在罐體外壁，密封螺母Ⅱ、旋轉(zhuǎn)翻料手柄、限位旋轉(zhuǎn)套安裝在固體雜物料盒上。固體雜物料盒和罐體的工作腔通過旋轉(zhuǎn)翻料手柄可相互密閉，也可相互連通。通過密封螺母Ⅱ可打開和關(guān)閉固體雜物料盒，清除分離出的固體雜物。

4） 隔柵旋轉(zhuǎn)裝置和旋轉(zhuǎn)扳手通過旋轉(zhuǎn)軸和密封螺母Ⅰ固定安裝在筒體和密封裝置上。密封螺母Ⅰ上設(shè)有定位塊，旋轉(zhuǎn)扳手帶動隔柵旋轉(zhuǎn)裝置可左右旋轉(zhuǎn)180°，定位塊準(zhǔn)確定位旋轉(zhuǎn)扳手的旋轉(zhuǎn)角度。需要清除隔柵上的纖維織物時，先旋轉(zhuǎn)隔柵180°，打開筒體密封板即可進(jìn)行清理。隔柵是通過螺栓安裝在隔柵旋轉(zhuǎn)裝置上，需要更換隔柵時，旋轉(zhuǎn)扳手帶動隔柵旋轉(zhuǎn)，打開筒體密封板即可進(jìn)行清理，拆卸其固定螺栓即可更換。

圖2 分離罐結(jié)構(gòu)

2 工作原理

2.1 雜物分離

散裝物料輸送系統(tǒng)在工作時，氣力輸送的氣固兩相流介質(zhì)［5］通過管線輸送到分離罐的進(jìn)料口，并進(jìn)入分離罐的工作腔。流動的物料經(jīng)過隔柵時，固體顆粒從物料中分離出來，纖維織物懸掛在隔柵上。由于分離罐與地面有15°傾角，通過隔柵分離的固體顆粒依靠自重力而落到罐體工作腔下端底部，在擋板前堆積。從而提高了散裝物料的質(zhì)量。

2.2 在線清理固體顆粒雜物

為不影響散裝物料輸送系統(tǒng)工作，應(yīng)定期清理分離罐中堆積的固體顆粒物。在系統(tǒng)正常工作的情況下，扳動設(shè)置在固體雜物料盒上的旋轉(zhuǎn)翻料手柄，使罐體工作腔和固體雜物料盒連通，沉積在罐體工作腔底部的固體顆粒雜物由于自重力而落入固體雜物料盒中。再扳動翻料手柄使固體雜物料盒與罐體工作腔的連接通道關(guān)閉。打開密封螺母Ⅱ并清理出雜物料盒中的固體顆粒雜物。清理雜物時工作腔是密閉的，所以散裝物料不會發(fā)生泄漏，避免了物料對工作人員健康的傷害和對環(huán)境的污染。

2.3 在線清理和更換隔柵

清理隔柵上的纖維織物時，扳動旋轉(zhuǎn)扳手帶動隔柵旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)，通過設(shè)置在密封螺母Ⅰ上的定位塊精確定位旋轉(zhuǎn)180°，使得罐體工作腔和維修清理腔中的隔柵位置互換。打開維修清理腔上的鎖緊拉扣和筒體密封板，拆下隔柵并清理其上的纖維織物。同時對隔柵進(jìn)行檢修，如果發(fā)現(xiàn)隔柵磨損嚴(yán)重或者破損，則對隔柵進(jìn)行更換。對于隔柵的檢修和更換要定期進(jìn)行。由于隔柵旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)了180°，所以工作腔和維修清理腔是先打開后又密封，在清理和維修時罐體的工作腔是密閉的，故不會發(fā)生散裝物料的泄漏。

3 主要技術(shù)參數(shù)

系統(tǒng)工作壓力 0.3MPa

系統(tǒng)試驗(yàn)壓力 0.4MPa

分離顆粒粒徑 ＞5mm

罐體直徑 400mm

工作腔容積 0.05m3

碎石料盒容積 0.003m3

外形尺寸 1000mm×600mm×400mm

4 關(guān)鍵技術(shù)

1） 雜物在線分離裝置的分離罐與地面成15°傾角，散裝物料輸送系統(tǒng)工作時，壓力輸送的氣固兩相流介質(zhì)經(jīng)隔柵過濾后，被攔截的固體顆粒靠重力沉積到罐體下端底部。

2） 隔柵既可以分離散裝物料中密度較小的雜物，例如布條、化工纖維等，又可以過濾密度較大的固體顆粒，例如巖石。

3） 設(shè)計(jì)了可旋轉(zhuǎn)的隔柵，便于在線清理隔柵上的纖維等雜物，或在線維修、更換隔柵。罐體內(nèi)部分為工作腔和維修清理腔，2個腔體內(nèi)部既可相互連通，又可相互密閉，在清理隔柵上的纖維時，或維修隔柵時，工作腔處于密閉狀態(tài)，不會發(fā)生物料泄漏事故。

4） 罐體的工作腔和固體雜物料盒既可相互連通，又可相互密閉，在清理巖石料盒中的固體顆粒時，工作腔處于密閉狀態(tài)，不會發(fā)生物料泄漏事故。

5） 清理和維修工作可在系統(tǒng)工作時進(jìn)行，提高了系統(tǒng)工作效率和可靠性。

5 廠內(nèi)試驗(yàn)

5.1 試驗(yàn)過程

1） 按照文獻(xiàn)［6－7］的要求在生產(chǎn)車間按0.4MPa試驗(yàn)壓力做罐體和輸送管道的氣密性和保壓試驗(yàn)。

2） 用壓縮空氣代替氣固兩相流來進(jìn)行輸送系統(tǒng)的各個工作流程試驗(yàn)。

把雜物在線分離裝置安裝在儲料罐和緩沖罐之間的管線上，隨同輸送系統(tǒng)進(jìn)行了0.4MPa氣密保壓試驗(yàn)和模擬物料輸送過程試驗(yàn)。進(jìn)行模擬試驗(yàn)前，在進(jìn)料口放置了一些碎石和布條。模擬了在線分離裝置對物料中雜物的分離流程；模擬了在線分離裝置中固體顆粒雜物的清理流程；模擬了在線分離裝置在線清理和更換隔柵的流程。

5.2 試驗(yàn)結(jié)果

1） 雜物在線分離裝置成功地分離了事先在進(jìn)料口放置的碎石和布條。

2） 操作旋轉(zhuǎn)翻料手柄和密封螺母Ⅱ，在碎石料盒中清理出被分離的碎石。3） 成功進(jìn)行了隔柵在線的拆卸、清理和維修。試驗(yàn)結(jié)果表明，研制的散裝物料雜物在線分離裝置達(dá)到了預(yù)期效果。

6 結(jié)論

1） 研制的雜物在線分離裝置完全滿足海洋平臺輸灰系統(tǒng)散裝物料中雜物的分離要求，實(shí)現(xiàn)了在線清理和更換隔柵，具有結(jié)構(gòu)簡單，操作簡單，安裝維修簡便，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

2） 該裝置的研制成功為海洋平臺輸灰系統(tǒng)和煤電粉料輸送系統(tǒng)雜物的分離提供了安全、可靠、價格便宜的理想產(chǎn)品，避免了輸送系統(tǒng)頻繁的停止和起動，改善了工人的勞動條件，提高了散裝物料輸送系統(tǒng)的工作效率，降低了能耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本，具有廣闊的應(yīng)用前景和良好的社會效益。

［1］孫明術(shù)，黎明軍，吉明艷.渤海灣基地輸灰裝置簡介［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2011（11）：60－63.

［2］趙忠杰，趙守明，李清方，等.海洋石油工程船的粉狀物料氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.中國海洋平臺，2004（4）：37－39.

［3］薄玉寶，鈕紅兵.長距離氣力輸送系統(tǒng)與應(yīng)用［J］.海洋石油，1999（4）：19－23.

［4］劉瑞岐，李開菊，張宏軍.氣力輸送技術(shù)在海洋石油工程船中的應(yīng)用系統(tǒng)與應(yīng)用［J］.石油鉆探技術(shù)，2003（4）：39－40.

［5］梁華瓊，李愛容，周 勇.超細(xì)顆粒的流態(tài)化研究現(xiàn)狀［J］.四川輕化工學(xué)院學(xué)報，2003（3）：37－42.

［6］GB／T50369—2006，油氣長輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［7］GB／T50369—2003，輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.