立式灰罐排空緩沖裝置的設(shè)計與應(yīng)用

高亞寧，韓號東

（中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司，陜西西安 710018）

1 研究背景

近年來，隨著固井干混站的改造建設(shè)，干混站的自動化程度不斷提高，散裝水泥的大量應(yīng)用，大大減輕了工人的工作強度，提高了干混站的混配效率。由于干混站主要加裝的是水泥，產(chǎn)生的粉塵對人和環(huán)境都有較大危害。干混站管線輸灰是借助氣力輸送，管線會承受一定的壓力，隨著干混站輸灰管線的長期使用，管線就會頻頻磨損、出現(xiàn)砂眼，水泥在氣壓的作用下從砂眼處噴出，不僅造成資源浪費，而且對環(huán)境也有一定的影響（圖1）。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，砂眼的頻發(fā)區(qū)主要是與立式灰罐排空口連接的排空主管線，刺漏后往往會造成環(huán)境污染（圖2）。

圖1 被沖刷表面

圖2 管壁上產(chǎn)生的沙眼

2 現(xiàn)狀分析

故障主要是由于立式灰罐在排空時，罐內(nèi)的微小顆粒物在氣壓的作用下從排空口排出，經(jīng)膠管線直接擊打在排空主管線的內(nèi)壁上。長時間的擊打造成擊打處管線越來越薄，致使管線出現(xiàn)砂眼，水泥灰從砂眼處噴出。對立式灰罐排空口進(jìn)行加裝改造，將管線的沖刷面轉(zhuǎn)換到排空裝置的膠皮面上，解決排空主管線出現(xiàn)砂眼的問題。

3 設(shè)計過程

3.1 設(shè)計目標(biāo)

保證設(shè)計在使用中起到保護(hù)管線的作用，確保緩沖裝置在使用過程中拆裝、檢修方便，零配件易就地解決，壽命長，并且有很好的緩沖效果。

3.2 設(shè)計原理

本設(shè)計主要利用了動量定理。由于膠皮墊子具有一定的彈性，表面受到物體沖擊時，會產(chǎn)生彈性變形，延長了物體的接觸時間，根據(jù)動量定理Δmv=Ft，可以確定產(chǎn)生的沖擊力減小了。從立式灰罐排出的小顆粒物擊打到膠皮上，受到緩沖，使沖擊力減小，對排空主管線基本沒有沖擊力，減少了鋼管因沖擊而產(chǎn)生的砂眼。

3.3 材料選擇

由于金屬材料是脆性材料，很容易被立式灰罐所排出小顆粒物沖擊而產(chǎn)生砂眼，而橡膠是塑性材料，受到?jīng)_擊產(chǎn)生可恢復(fù)性變形，可以減小對橡膠的沖擊影響，體現(xiàn)了橡膠材料的抗磨性和抗沖擊性，因此選擇橡膠皮墊子作為抗沖擊的主要材料。

根據(jù)橡膠材料及鋼管材料的性質(zhì)，鋼管材料固定性強，選擇鋼結(jié)構(gòu)作為主要支架，內(nèi)部以橡膠皮墊作為主要抗沖擊面。這樣不僅起到了保護(hù)管線的作用，又使緩沖裝置的使用壽命得到延長。

3.4 選擇加工工藝及連接方式

由于立式灰罐排空口采用的是2 英寸球閥作為控制開關(guān)，此處的連接需選擇2 英寸鋼管，并且一端帶與球閥牙型相同的外螺紋，采用螺紋連接（圖3）?？紤]到立式灰罐排出的氣壓一般在0.2～0.3 MPa，因此排空緩沖裝置必須有一定的承壓能力，經(jīng)多次選擇試用，決定選用4 英寸的無縫鋼管，長度為250 mm，與2 英寸鋼管之間采用轉(zhuǎn)換接口，通過焊接連接。排空裝置底端采用法蘭盤做堵頭，考慮到橡膠墊子長時間使用后的更換需求，底部采用容易拆裝的螺桿連接，將法蘭盤與4 英寸管線連接。法蘭盤內(nèi)部墊膠皮墊子，考慮到密封的原因，所墊的膠皮墊子必須略大于鋼管直徑。緩沖裝置與排空主管線之間采用膠皮管線連接，由于排空立式灰罐排空口直徑為2 英寸的球閥，為保證排空時氣壓平穩(wěn)，緩沖裝置出口也采用2 英寸的管線，順著氣流方向與豎直方向夾角為40°。

圖3 連接方式

4 使用效果對比

4.1 使用壽命

該排空裝置經(jīng)干混站1 年的使用，將法蘭盤堵頭拆卸后檢查膠皮墊，發(fā)現(xiàn)膠皮墊幾乎沒有磨損，檢查排空主管線也沒有出現(xiàn)砂眼；而傳統(tǒng)的排空接法，排空口直接對著主管線，使用3 個多月管壁就會出現(xiàn)麻點。由此可見，該緩沖裝置對排空主管線防治砂眼起到了作用，達(dá)到了預(yù)期效果。

4.2 維保操作

本設(shè)計緩沖裝置在使用中，磨損最嚴(yán)重的是膠皮墊，只需拆下法蘭堵頭就可更換膠皮墊。而傳統(tǒng)的排空接法，磨損的主要是排空主管線，在管線出現(xiàn)砂眼刺漏后，其修復(fù)和更換非常困難。因此，該排空設(shè)計在使用上和拆裝更換上都大大優(yōu)于傳統(tǒng)的排空接法。

4.3 經(jīng)濟(jì)性

緩沖裝置在加裝前，排空主管線使用1 年后陸續(xù)會出現(xiàn)刺漏現(xiàn)象，檢修時需要補焊主管線，當(dāng)管線刺漏嚴(yán)重時需要將主管線隔斷重新補裝新管線，耽誤生產(chǎn)，影響配灰，產(chǎn)生的直接及間接成本高。加裝緩沖裝置后，排空作業(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)降低了對排空主管線的磨損，只需定期更換膠皮墊，材料及維護(hù)成本低，不影響生產(chǎn)配灰作業(yè)，使用的經(jīng)濟(jì)性好。

5 結(jié)論

通過本裝置的設(shè)計及應(yīng)用，解決了干混站排空管線磨損問題，節(jié)約了大量材料費用，降低了粉塵污染，日常維護(hù)保養(yǎng)方便，降低了勞動強度，創(chuàng)造了良好的效益，推廣應(yīng)用價值高，目前在其他固井干混站立式灰罐排空管線進(jìn)行加裝和應(yīng)用，使用效果較好。