多品種化學(xué)劑注入橇的設(shè)計(jì)

張文博，季長(zhǎng)城

（中國(guó)石油天然氣第七建設(shè)有限公司工程設(shè)計(jì)研究院，山東青島 266061）

化學(xué)劑注入橇（又稱加藥橇），被廣泛應(yīng)用在油田、煉油、化工、環(huán)保、電廠等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的化學(xué)劑注入橇為單品種化學(xué)劑注入系統(tǒng)獨(dú)立成橇。針對(duì)應(yīng)用化學(xué)注劑品種較多，占地空間大的情況，經(jīng)多方研究把多品種的化學(xué)劑注入系統(tǒng)集成在一臺(tái)橇塊上，將化學(xué)儲(chǔ)罐內(nèi)部通過(guò)按化學(xué)劑用量分成多個(gè)隔段，分別裝不同品種的化學(xué)注劑，如破乳劑、阻垢劑、消泡劑、分散劑等，橇內(nèi)包含化學(xué)儲(chǔ)罐、計(jì)量泵、卸載泵、電控柜、儀表、安全閥、閥門、阻尼器、標(biāo)定柱、阻火器、攪拌器、管路系統(tǒng)等，按工藝流程需要組裝在一個(gè)公共的平臺(tái)上，形成一個(gè)橇塊，其結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡(jiǎn)單，操作和維修使用方便，占地面積照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)省了1/2，建設(shè)成本節(jié)省了約1/3，取得了較好的效果。采用現(xiàn)代化控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控及現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守功能。尤其注重安全和環(huán)保的設(shè)計(jì)，使之具有很高的安全性。

1 多品種化學(xué)劑注入橇工藝流程設(shè)計(jì)

1.1 卸載

設(shè)置卸載泵，入口與化學(xué)槽車連接，出口與化學(xué)劑儲(chǔ)罐連接。卸載泵可根據(jù)介質(zhì)的黏度和流量的要求選擇合適的類型，對(duì)于黏度和流量較大的介質(zhì)可采用螺桿泵。

1.2 計(jì)量

設(shè)置1開(kāi)1備的計(jì)量泵，入口連接化學(xué)劑儲(chǔ)罐，出口連接各用戶，可滿足壓力和流量的要求，且流量計(jì)量精度在±1%以內(nèi)。

1.3 自動(dòng)化控制技術(shù)

通過(guò)設(shè)置壓力表、壓力變送器、液位計(jì)、液位變送器、流量計(jì)、電控柜等電儀設(shè)備及相應(yīng)的聯(lián)鎖控制，將信號(hào)遠(yuǎn)傳中控室，實(shí)現(xiàn)就地操作和遠(yuǎn)程控制功能，近而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守功能。

1.4 橇塊通過(guò)一系列的設(shè)置，使裝置運(yùn)行更加安全和環(huán)保

（1） 化學(xué)劑儲(chǔ)罐設(shè)有溢流口，當(dāng)液位超過(guò)高高液位時(shí)可溢出；

（2） 化學(xué)劑儲(chǔ)罐頂部的通氣管設(shè)有阻火器，避免發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)；

（3） 橇內(nèi)設(shè)置了安全聯(lián)鎖控制，儲(chǔ)罐的高高液位與卸載泵聯(lián)鎖；低低液位與計(jì)量泵聯(lián)鎖，可起到保護(hù)設(shè)備；

（4） 計(jì)量泵采用雙隔膜液壓式泵，配隔膜破裂檢測(cè)裝置，泵出口設(shè)置止回閥、阻尼器和安全閥，確保泵的運(yùn)行安全；

（5） 在卸載泵入口端設(shè)置閥門，卸載完成后關(guān)閉閥門，避免化學(xué)劑的泄漏造成環(huán)境污染；

（6） 在泵回流管線上設(shè)置限流孔板，從而減少流體對(duì)閥門的沖蝕和磨損，并降低了噪音；

（7） 橇內(nèi)設(shè)置了排污管線，將溢流或排污液體進(jìn)行密閉排放。

2 多品種化學(xué)劑注入橇關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)

2.1 化學(xué)儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)

本文介紹的化學(xué)儲(chǔ)罐采用箱體結(jié)構(gòu)儲(chǔ)罐，由于儲(chǔ)罐為常壓，采用箱體結(jié)構(gòu)容量可達(dá)最大化，且占地面積小，便于滿足整橇的運(yùn)輸尺寸要求，可根據(jù)不同注劑的容量確定箱體適宜的長(zhǎng)高值，再通過(guò)寬度的調(diào)節(jié)，中間加設(shè)隔板從而實(shí)現(xiàn)容積的合理分配。

采用箱體結(jié)構(gòu)同樣給箱體的壁厚、加強(qiáng)件、支撐及底橇的計(jì)算帶來(lái)了一定的難度，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，采用STAAD.Pro強(qiáng)度計(jì)算軟件進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算取得較好的效果。經(jīng)過(guò)反復(fù)的軟件強(qiáng)度計(jì)算和調(diào)整設(shè)計(jì)方案，既可保障設(shè)備強(qiáng)度，又可最大程度節(jié)省材料，方便配管布置和橇塊制造工作。

2.2 泵選型

橇內(nèi)含有計(jì)量泵和卸藥泵，根據(jù)部分化學(xué)注劑黏度高的特點(diǎn)，且一般卸載時(shí)間要求在1h 內(nèi)完成，因此卸載泵選用了螺桿泵。

計(jì)量泵遵循標(biāo)準(zhǔn)為API675，為雙隔膜液壓式，配隔膜破裂檢測(cè)裝置，在一片隔膜破裂的情況下，另一片隔膜可以繼續(xù)正常工作，隔膜破裂檢測(cè)裝置可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)，安全性能高。該計(jì)量泵輸送精確，注入流量從1L/h 到10000L/h，排出壓力從0.5MPa 到20MPa，流量可以在0～100%調(diào)節(jié)，每種介質(zhì)的計(jì)量都設(shè)置一用一備，并聯(lián)使用，工作平穩(wěn)。

2.3 電控柜設(shè)計(jì)

橇內(nèi)設(shè)置一個(gè)總的控制柜，為橇內(nèi)電機(jī)等用電設(shè)備提供電源，電控柜內(nèi)設(shè)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)泵就地手動(dòng)/自動(dòng)起?？刂埔?，控制箱面板設(shè)有起停按鈕及機(jī)泵運(yùn)行狀態(tài)指示燈，便于操作人員現(xiàn)場(chǎng)控制及觀察運(yùn)行情況，控制信號(hào)也可輸送到中央控制室的計(jì)算機(jī)里，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守的功能。對(duì)于強(qiáng)弱電配電的設(shè)置，將電氣系統(tǒng)與儀表控制系統(tǒng)于電控柜內(nèi)分開(kāi)布置，并用隔板隔開(kāi)，有效避免之間干擾的影響。設(shè)備的防爆等級(jí)采用Exd II BT4，最低防護(hù)等級(jí)為IP65。

3 多品種化學(xué)劑注入橇成橇設(shè)計(jì)

3.13 D模型設(shè)計(jì)

橇塊的3D 模型可采用CADWORX 三維軟件設(shè)計(jì)，整個(gè)橇共分為輸入端、輸出端和化學(xué)劑儲(chǔ)罐三部分。輸入端主要布置卸載泵、液位計(jì)、直梯、溢流口管道、排污管道、電控柜等，輸入端靠近外部道路，便于卸車操作；輸出端主要布置計(jì)量泵，并連接至下游用戶；化學(xué)劑儲(chǔ)罐的頂端布置勞動(dòng)保護(hù)，人孔和安全閥等。如圖1所示。

圖1 多品種化學(xué)劑注入橇的3D模型設(shè)計(jì)

3.2 成橇設(shè)計(jì)原則

（1）將橇中的卸載泵等同計(jì)量泵分別布置在儲(chǔ)罐的兩側(cè)，并將卸載泵上下兩層布置，從而縮短了橇塊的寬度，方便操作及檢修，同時(shí)可滿足運(yùn)輸尺寸要求；

（2）將儲(chǔ)罐的液位計(jì)和液位變送器集中在靠近卸載泵布置，方便了在卸載時(shí)觀察液位變化，同時(shí)減少了直梯的數(shù)量；

（3）充分考慮橇內(nèi)各設(shè)備的觀察、操作和維修等工序的操作空間。

4 結(jié)束語(yǔ)

多品種化學(xué)劑注入橇可根據(jù)工藝的需要，根據(jù)注入量和注入壓力的不同，選取適當(dāng)?shù)挠?jì)量泵。注入流量可從從1L/h到10000L/h，注入壓力可從0.5MPa 到20MPa，計(jì)量泵的計(jì)量精度可高達(dá)±1%，并且可實(shí)現(xiàn)多種化學(xué)品的同時(shí)輸送和單獨(dú)調(diào)節(jié)流量和壓力。

化學(xué)劑儲(chǔ)罐的容積可根據(jù)注入量的要求進(jìn)行選定，容積可小至0.4m3，大到120m3。根據(jù)輸送介質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的不同，選擇合適的材質(zhì)，如碳鋼、不銹鋼、非金屬材料等。

設(shè)備及底橇強(qiáng)度計(jì)算采用STAAD.Pro 軟件，應(yīng)綜合考慮溫度、壓力、介質(zhì)特性、運(yùn)輸要求等條件，確保整橇的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。