攪拌器在原油儲(chǔ)罐中的應(yīng)用與發(fā)展

劉立燁，孟凡力，王衛(wèi)強(qiáng)，宋 博

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

攪拌器在原油儲(chǔ)罐中的應(yīng)用與發(fā)展

劉立燁，孟凡力，王衛(wèi)強(qiáng)，宋 博

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

在我國(guó)原油儲(chǔ)存過(guò)程中，為了防止罐內(nèi)原油組分物質(zhì)帶來(lái)的沉積影響其利用率及延長(zhǎng)清罐周期等問(wèn)題，通常都裝有攪拌系統(tǒng)。分別對(duì)側(cè)向伸入式攪拌器、旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器、射流式噴射攪拌器的機(jī)理、特性進(jìn)行的探討，并對(duì)這三類攪拌器的性能進(jìn)行對(duì)比分析，可得出射流式噴射攪拌器產(chǎn)生的能耗較低、對(duì)儲(chǔ)罐產(chǎn)生損害較小、應(yīng)用范圍廣，而且具有很高的調(diào)和效率、安全性及經(jīng)濟(jì)性。由此可見(jiàn)，射流式噴射攪拌器對(duì)未來(lái)儲(chǔ)罐中的應(yīng)用具有很大的發(fā)展空間。

原油儲(chǔ)罐；攪拌器；應(yīng)用

1 研究背景及意義

從現(xiàn)代化工業(yè)角度上看，隨著工業(yè)社會(huì)的迅速發(fā)展，能源消耗量也急劇增加。能源作為衡量國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)力與社會(huì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，而石油作為能源的重要組成部分，在我國(guó)一次能源消耗中所占比重急劇上升并基本達(dá)到一定水平，從而導(dǎo)致我國(guó)石油對(duì)外依存度逐年上升，目前石油已經(jīng)成為限制我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要因素之一。21世紀(jì)以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)對(duì)石油的需求量估計(jì)增加4%左右，使得我國(guó)成為全球第二大石油使用國(guó)[1]。儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中的原油，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間有些物質(zhì)（如：碳?xì)浠衔铩⑹?、瀝青質(zhì)、泥砂和水等）會(huì)在罐底形成半固態(tài)狀的沉積物。經(jīng)過(guò)分析，儲(chǔ)罐中的沉積物，含有80%～95%的原油和蠟以及10%～20%的潮氣，由此可見(jiàn)，除了水之外的沉積物很少，所以沉積物中的有用成份大部分都是可再利用的[2]。隨著沉積物的增加，每過(guò)一段時(shí)間，需要對(duì)油罐進(jìn)行清理，防止沉積物越積越厚，降低油罐的有效容積，油品損耗等問(wèn)題。因此，為了防止此類問(wèn)題的發(fā)生，需用攪拌器保持罐內(nèi)介質(zhì)均勻，防止沉積物的增加。以往的攪拌器普遍存在攪拌角度不好調(diào)節(jié)且存在死角的缺陷，現(xiàn)急需一種新型的攪拌器來(lái)解決此類問(wèn)題。

2 常用的攪拌器概述

2.1 側(cè)向伸入式攪拌器

主要由電機(jī)、減速器、主軸、主軸支撐套、托架及螺旋槳等組成。并通過(guò)法蘭連接，安裝在油罐的側(cè)壁上[3]。如圖1所示。

其工作原理是利用電機(jī)通過(guò)減速器，驅(qū)動(dòng)罐內(nèi)的槳葉旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)油罐內(nèi)的介質(zhì)形成循環(huán)流動(dòng)，使介質(zhì)從而達(dá)到調(diào)合、熱傳遞、均勻化和防止沉積物聚集，并隨油品輸發(fā)而帶走。

圖1 側(cè)向伸入式攪拌器Fig.1 Lateral stretching stirrer

在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，攪拌器的擺頭和油罐中心成一定角度，攪拌效果明顯增加，成30°效果最佳而成15°～20°效果較差，故側(cè)壁式攪拌器由此分為固定插入角型（固定角度式）和可變插入角型（可變角度式）。其中固定插入角型攪拌器無(wú)法將油罐死角區(qū)域的沉積物進(jìn)行攪拌，而可變插入角型攪拌器可以改變液體的流動(dòng)狀態(tài)，從而消除死角，防止沉積物的增加[4]。

側(cè)向伸入式攪拌器克服了以往使用壓縮空氣調(diào)合帶來(lái)的弊端，如污染油品、油品揮發(fā)損失、污染環(huán)境、耗能大、易產(chǎn)生靜電等危害。并具有投資少，成品油調(diào)合質(zhì)量高，消耗功率小，效率高，操作方便，在介質(zhì)中產(chǎn)生靜電小等特點(diǎn)。

與此同時(shí)，還需要對(duì)攪拌器的槳葉型式、伸入方式、槳葉直徑、轉(zhuǎn)速、螺旋槳的功率、密封裝置、減速裝置進(jìn)行確定。而且攪拌器的布置一般取槳葉直徑的1.5倍來(lái)保證用最大的經(jīng)濟(jì)流量來(lái)橫掃罐底，以清除罐底的沉積物。

2.2 旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器

旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器由旋轉(zhuǎn)噴嘴、渦輪、渦輪軸、齒輪箱、殼體等組成，除此之外還應(yīng)有循環(huán)油泵、過(guò)濾器、導(dǎo)流管及配件等。如圖2所示。

其工作原理是通過(guò)循環(huán)油泵輸送油品帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，并利用傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)身旋轉(zhuǎn)，油品通過(guò)噴嘴以高速度噴射到罐內(nèi)，形成噴射流。由于噴嘴的噴射方向偏離其中心，會(huì)因噴射的反動(dòng)力而驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴嘴進(jìn)行360°自動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使油品產(chǎn)生渦流，使沉積物溶解，起到全方位攪拌的作用。但是隨著噴嘴噴射的流體速度增加，噴嘴的旋轉(zhuǎn)速度也隨之加快。由于噴嘴旋轉(zhuǎn)過(guò)快，這將會(huì)減少對(duì)沉積物的沖擊及攪拌效果，所以通常裝有減速裝置[5]。

通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，葉輪式攪拌器均具有不同程度的漏油問(wèn)題，尤其是在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)漏油問(wèn)題較為嚴(yán)重，需要用人工進(jìn)行清洗，浪費(fèi)了大量的人力物力。而旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器具有應(yīng)用范圍廣泛、攪拌效果好、良好的經(jīng)濟(jì)性、安裝簡(jiǎn)便、易維護(hù)、不易磨損、不漏油等特點(diǎn)[6]。

圖2 旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器Fig.2 Rotary jet mixer

安裝方式與側(cè)向伸入式攪拌器一樣，為法蘭連接，操作準(zhǔn)則可參照API650[7]。與此同時(shí)，對(duì)于旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器的設(shè)置[8]中所需要確定的參數(shù)如：噴嘴的出口直徑、循環(huán)泵的流量（噴嘴入口流量）、揚(yáng)程都與攪拌距離有關(guān)。故應(yīng)找出最優(yōu)距離，以保證最大經(jīng)濟(jì)流量進(jìn)行攪拌。

2.3 射流式噴射攪拌器

射流式噴射攪拌器組成與旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器大致相同，主要是內(nèi)部具有旋轉(zhuǎn)齒輪，是對(duì)旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌進(jìn)一步的改造。如圖3所示。

圖3 射流式噴射攪拌器Fig.3 Fluidic jet mixer

其工作原理是介質(zhì)進(jìn)入攪拌器內(nèi)部，帶動(dòng)攪拌器內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，然后驅(qū)動(dòng)攪拌器旋轉(zhuǎn)座沿垂直軸線旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)噴射噴嘴沿水平軸線旋轉(zhuǎn)，噴射噴嘴的噴射運(yùn)動(dòng)過(guò)程經(jīng)無(wú)限疊加后，將形成一個(gè)球型的覆蓋空間，實(shí)現(xiàn)對(duì)容器內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行空間覆蓋噴射混合。

與旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器基本上具有相同的特點(diǎn)，但是相比于旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器，射流噴射攪拌器具有機(jī)械攪拌器，混合噴嘴，管道靜態(tài)混合器，自動(dòng)清洗器，油罐清焦器等五種裝置的功效。應(yīng)用范圍更加廣泛，同時(shí)由于噴射噴嘴角度不斷變化且永不重復(fù)的，故高速下的流體沖擊不會(huì)對(duì)油罐及附件構(gòu)成損害，也不會(huì)產(chǎn)生靜電，調(diào)和時(shí)間大大縮短，有效地提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 攪拌器在油罐中的應(yīng)用與發(fā)展

3.1 實(shí)際應(yīng)用

攪拌器是用于油品調(diào)和或原油罐、燃料油罐防止沉積物集聚，保證油品加熱均勻的設(shè)備[9]。在油罐中，隨著儲(chǔ)油時(shí)間的增加，罐底沉積物越積越厚，致使油罐中的最低液位逐漸升高，從而導(dǎo)致油罐的有效容積大大降低。而且由于沉積物中含有腐蝕性物質(zhì)構(gòu)成電化學(xué)腐蝕對(duì)油罐內(nèi)部進(jìn)行侵蝕。在我國(guó)以前常用的清洗方法有人工清洗法[10]、化學(xué)清洗法[11]、整體加熱法[12]、熱油(水)循環(huán)法[13]、機(jī)械噴射清洗[14]等?，F(xiàn)用攪拌器可以快速有效的解決此類問(wèn)題，不會(huì)污染環(huán)境造成有效物質(zhì)的缺失，而且大大縮短了清罐周期，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，如果攪拌器在每個(gè)季節(jié)每天操作相同的時(shí)間，在夏季沉積物堆積量比明顯冬季少，我們可以根據(jù)實(shí)踐情況來(lái)合理安排攪拌器的操作時(shí)間。如果要是在一個(gè)油罐中，防止兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的攪拌裝置，為了讓油罐內(nèi)的介質(zhì)可以均勻混合，主張集中布置，這樣就可以有效的利用攪拌器的動(dòng)能。

3.2 發(fā)展趨勢(shì)

傳統(tǒng)上的攪拌器是以攪拌槳葉為基準(zhǔn)，衍生出各種各樣的設(shè)計(jì)，如：3或4葉組成的推進(jìn)式葉輪、3葉鐮刀彎式槳葉組成的葉輪、徑向斜片組成的盤(pán)式葉輪、由立體交錯(cuò)排列的多個(gè)平條槳葉組成的葉輪、大螺距承壓式推進(jìn)器葉輪等。然后逐漸采用以高壓旋轉(zhuǎn)射流攪拌器、皮托管射流器、環(huán)形射流攪拌法、磁力驅(qū)動(dòng)攪拌器等方式。目前以側(cè)向伸入式攪拌器、旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器、射流式噴射攪拌器為主流方式。

表1 技術(shù)性能比較對(duì)照表Table 1 Technical performance comparison chart

通過(guò)表1可以看出，相比旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器以及旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器，可發(fā)現(xiàn)射流式噴射攪拌器具有立體全方位的傳動(dòng)性能，也就是說(shuō)噴射頭噴出的流體可對(duì)存儲(chǔ)油品進(jìn)行立體全方位的攪拌，使其保持流動(dòng)性能，高效、安全，應(yīng)用面廣，不但可應(yīng)用在大中型原油儲(chǔ)罐、各種化工、油品調(diào)和上，還可應(yīng)用于各種人工湖、河道、下水道等場(chǎng)合的清淤、清洗[15]。如若設(shè)計(jì)一種新型的射流式噴射攪拌器，使其循環(huán)時(shí)間能縮短的話，所產(chǎn)生的能耗少，可對(duì)經(jīng)濟(jì)性有所改善。由此可見(jiàn)，射流式噴射攪拌器對(duì)未來(lái)儲(chǔ)罐中的應(yīng)用具有很大的發(fā)展空間。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)側(cè)向伸入式攪拌器、旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器、射流式噴射攪拌器的性能對(duì)照表可得出，在原油儲(chǔ)罐中，射流式噴射攪拌器較比其他兩種攪拌器更有效的解決沉積物堆積來(lái)帶的危害，縮短清罐周期，同時(shí)還能保證調(diào)和油品，減輕人力物力，降低生產(chǎn)成本，并可回收大量有效物質(zhì)，減少對(duì)能源的浪費(fèi)，達(dá)到保護(hù)環(huán)境及提高經(jīng)濟(jì)效益的目的，值得在原油儲(chǔ)罐中廣泛使用。

［1］中國(guó)石油集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院. 2013年國(guó)內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展研究報(bào)告[R].2013-01.

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Application and Development of the Agitator in Crude Oil Storage Tanks

LIU Li-ye，MENG Fan-li, WANG Wei-qiang, SONG Bo
（Liaoning Shihua University , Liaoning Fushun 113001，China）

In the course of crude oil storage in China,in order to prevent the deposition of the material components of crude oil to affect tank utilization and extend the clearance period of the tank, the stirring system are usually equipped in the tank. In this article, the mechanisms and characteristics of lateral stretching stirrer, rotary jet mixer and fluidic jet mixer were discussed; the performances of these stirrers were analyzed and compared. The results show that, the fluidic jet mixer has lower energy consumption, less damage to the tank and wide application range, and it also has high safety and economy. Thus future application of the fluidic jet mixer in the tank has very big development space.

Crude oil storage tanks; Stirrer; Application

TQ 051

： A

： 1671-0460（2015）02-0386-03

2014-09-05

劉立燁（1994-），男，河北秦皇島人，研究方向：油氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)。E-mail：373714775@qq.com。