水射流分散裝置在注聚工程中的改進(jìn)

黃春 顧永強(qiáng) 王亮 張偉林 （中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司孤東采油廠(chǎng)）

注聚合物過(guò)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，而且不產(chǎn)生魚(yú)眼等特點(diǎn)。目前所使用的水射流聚合物分散溶解裝置，與老式的水幔分散裝置相比較，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)的不斷深入，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(guò)程的主要設(shè)備，它的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(lái)，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。為了進(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)，形成了直接射流型分散裝置，大大簡(jiǎn)化了聚合物分散工藝。

1 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(guò)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。

投料部分包括料斗總成、攪拌輔助下料系統(tǒng)。儲(chǔ)料部分包括料倉(cāng)、振動(dòng)器、上下物位開(kāi)關(guān)。射流分散部分包括噴射器總成、漩流器總成。自控部分包括PLC控制柜、遠(yuǎn)程監(jiān)控，并配套提供流程中熟化罐的進(jìn)出口電動(dòng)閥、靜壓液位計(jì)，水罐的進(jìn)出口電動(dòng)閥及靜壓液位計(jì)，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(cāng)，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；清水由水射流器高速?lài)姵觯纬删植空婵眨a(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(guò)程。

水射流分散裝置的額定配液濃度為5000mg/L（最大配液濃度6000mg/L），整機(jī)功率18 kW，額定供水量為80m3/h，每天的額定配置母液量為1920m3。

2 水射流分散裝置工藝原理

2.1 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)。

為分散裝置正常運(yùn)行提供滿(mǎn)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)。為保證在系統(tǒng)檢修或出現(xiàn)異常情況時(shí)能夠及時(shí)切斷系統(tǒng)水源，該流程設(shè)置手動(dòng)控制功能。

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，并對(duì)下料量進(jìn)行計(jì)量。可根據(jù)用戶(hù)需求，提供不同的計(jì)量模式，以滿(mǎn)足聚合物母液配制精度，下料最高精度可達(dá)1%。

在水力射流的作用下使經(jīng)過(guò)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(rùn)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(guò)程中施加旋轉(zhuǎn)水流對(duì)過(guò)流部件進(jìn)行沖刷，防止干粉聚結(jié)堵塞。

2.2 配置原理

聚合物水力射流分散工藝，采用獨(dú)特的射流混合裝置及相關(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)。工作時(shí)水由射流混合裝置的噴嘴高速?lài)姵觯捎诹魉俸芨撸趪娮斓某隹谔幮纬韶?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，既保證了聚合物干粉的充分潤(rùn)濕，又可以有效防止干粉聚結(jié)使配制的聚合物溶液形成“魚(yú)眼”和黏團(tuán)。

聚合物水力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(kāi)關(guān)等部件和流程，大大簡(jiǎn)化了聚合物分散工藝，降低了工程投資和運(yùn)行成本。

聚合物水力直接射流分散工藝較傳統(tǒng)的風(fēng)力分散工藝減少了攪拌溶解、螺桿泵輸送流程，大大簡(jiǎn)化了干粉分散潤(rùn)濕工藝。與老式的水幔式分散相比較[1]，水射流分散裝置比較簡(jiǎn)單，占地空間小，易使用操作，每套裝置最高可節(jié)約投資80萬(wàn)元。

水射流分散裝置由于減少了很多動(dòng)力設(shè)備，比如鼓風(fēng)機(jī)、溶解罐攪拌機(jī)、混出泵等設(shè)備，大大減少了能源消耗，整機(jī)裝機(jī)功率由原來(lái)的35 kW減少到18 kW，減少了使用過(guò)程中電量，得到了很好的節(jié)能降耗效果[2]。

水射流分散工藝流程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，減少了很多的大型設(shè)備，這就意味著在使用的過(guò)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。

3 水射流分散裝置的不足及其改進(jìn)

3.1 分散裝置接料斗處經(jīng)常返水

水射流分散在配置母液的過(guò)程中，先打開(kāi)供水閥，后打開(kāi)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，往往由于設(shè)備按照程序執(zhí)行的時(shí)候總有幾秒鐘的偏差，閥門(mén)未及時(shí)全開(kāi)，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，不久就會(huì)堵塞溢流口。分散裝置經(jīng)常返水，并且返出的混合物較多，溢出分散裝置流到操作間地面上，造成地面濕滑，很難處理。

3.2 母液配置質(zhì)量較差

與水幔式分散裝置相比較，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)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(lái)的清水在接料漏斗中形成漩渦，把下料器下來(lái)的干粉以沖刷的形式瞬間帶走，最終到母液熟化罐中經(jīng)過(guò)攪拌機(jī)的攪拌進(jìn)行熟化。但是，如果熟化罐的攪拌機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題，這種射流分散配置出來(lái)母液的熟化程度就會(huì)受到很大的影響。

3.3 下粉器處干粉易結(jié)塊

水射流分散裝置在配置母液的過(guò)程中，由于射流出來(lái)的清水易產(chǎn)生水汽，使空氣潮濕，而下粉器下來(lái)了干粉遇到水汽極易結(jié)塊，并黏附到下粉器四壁，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，干粉結(jié)塊越來(lái)越多，就會(huì)造成下粉器堵塞，下粉器下粉困難，影響母液配置。要使分散裝置正常運(yùn)行，必須定期對(duì)下粉器四壁黏附的干粉進(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。

3.4 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。改造前水射流分散配置的工藝過(guò)程是，用壓力水經(jīng)過(guò)水噴射器直接將聚合物干粉從水噴射器的進(jìn)粉口吸入，然后水和聚合物干粉經(jīng)水噴射器的喉管和擴(kuò)散管進(jìn)行混合。在混合過(guò)程中極易在進(jìn)粉口處導(dǎo)致干粉黏結(jié)結(jié)塊，黏附在漏斗壁的四周，導(dǎo)致漏斗口徑變細(xì)，負(fù)壓增加，進(jìn)而造成漏斗處返水頻繁。一旦下粉漏斗返水清水與干粉就會(huì)一同涌出下粉漏斗，既造成干粉的浪費(fèi)又導(dǎo)致操作間衛(wèi)生較差，母液的配制質(zhì)量受到一定程度的影響。

對(duì)分散溶解裝置的料倉(cāng)進(jìn)行改造，向上抬高0.4m，讓出一定的安裝空間。在射流器的下粉料斗處增加1臺(tái)DN50的電動(dòng)開(kāi)關(guān)球閥，在沖刷管處增加1個(gè)DN15的電動(dòng)開(kāi)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(wèn)題。

分散裝置向上抬高了0.4m，這就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)影響到下粉器處下來(lái)的干粉，從而解決下粉器結(jié)塊的問(wèn)題，提高聚合物配置質(zhì)量。

改造的過(guò)程中，去除了原分散裝置多余的提升泵，去除的提升泵在原分散裝置中起到給水粉混合物提供動(dòng)力使混合物傳送到熟化罐中。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明，給分散裝置提供清水壓力的清水泵所提供的0.8MPa的壓力，經(jīng)過(guò)分散裝置混配整個(gè)流程壓力損失約為0.2MPa，剩余的0.6MPa壓力足夠把混合液傳輸?shù)绞旎拗小Ｋ裕舜胃脑爝^(guò)程中把提升泵去除，減少了1臺(tái)15 kW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260 kWh。

現(xiàn)場(chǎng)改造于2012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（圖1）。

在分散溶解裝置啟動(dòng)的過(guò)程中，首先關(guān)閉下粉閥門(mén)和沖刷水閥門(mén)，閥門(mén)關(guān)到位之后，啟動(dòng)射流泵進(jìn)入射流狀態(tài)；當(dāng)射流正常后，再打開(kāi)下粉閥門(mén)和沖刷水閥門(mén)；當(dāng)檢測(cè)到閥門(mén)正常開(kāi)啟到位后，開(kāi)始正常下粉進(jìn)入工作狀態(tài)；當(dāng)停止分散溶解裝置運(yùn)行時(shí)，先停止下粉、通過(guò)振動(dòng)去除下料口的浮粉，再關(guān)閉2個(gè)電動(dòng)閥門(mén)，隔絕水路，設(shè)備停止運(yùn)行，杜絕返水問(wèn)題的發(fā)生。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）水射流分散裝置與水幔式分散裝置相比較具有工藝流程簡(jiǎn)單、占地面積小、節(jié)省投資、節(jié)能降耗等特點(diǎn)，具有良好的推廣潛力。

2）目前使用的水射流分散裝置經(jīng)過(guò)改造，基本上解決了返水問(wèn)題，并且去除了多余的動(dòng)力提升泵，比改造前更加節(jié)能，而且方便使用，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。

3）水射流分散裝置配置聚合物母液混合均勻度低于水幔式分散裝置，配置出來(lái)的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)，這就要求使用單位必須提高熟化罐對(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[J],石油機(jī)械,2003,31:41-45.

[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,2007(4):74-78.