旋轉噴射攪拌器在原油儲罐中的應用

摘 要：以往原油罐攪拌器普遍采用側壁安裝的多葉片型和多噴嘴型，多存在罐壁原油泄露問題，且攪拌時存在死區。本文介紹了旋轉噴射攪拌器的工作原理，及其選型及安裝的注意事項，以實例分析了其在原油儲罐中的應用優勢。

關鍵詞：旋轉噴射攪拌器；原油儲罐；工作原理

中圖分類號：TQ051.7 文獻標識碼：A

1 概述

原油油井中采取原油時，在原油井的天然環境中不可避免的有部分礦泥滲入并隨原油一起采出。當原油儲存在油罐中時，其中的易凝物質沉淀在罐底形成高黏度礦泥。如果礦泥堆積，將會造成原油量損失、油罐儲量減小、礦泥中的水分及鹽分持續腐蝕罐底等諸多問題。解決油罐礦泥沉積問題的方法一種是定期清淤[1]，另一種是在罐內安裝攪拌器。礦泥成分的80～90%是可重復利用的油和蠟，如果依靠定期清淤的方法會把大量可利用的原油成分當成廢料清除掉，因此，一般在原油罐安裝攪拌器來防止以上所述的問題。以往油罐攪拌器普遍采用側壁安裝的多葉片型和多噴嘴型[2]。側壁安裝最普遍的問題是油罐罐壁的旋轉軸桿處原油泄漏問題嚴重，且攪拌時存在死區，礦泥粉碎效率極低，清罐工作量仍然較大。近幾年引進了中心安裝的旋轉噴射型，國內也在做該方面的研究[3]，可以避免以往側壁安裝攪拌器存在的問題。

2 工作原理

旋轉噴射式攪拌器由噴頭、葉輪、葉輪軸、齒輪箱、機身等組成。機身和噴頭可以常規速度作360°旋轉。系統本體無任何動力驅動裝置，其工作原理是利用儲罐外的循環泵輸送來強有力的介質，通過自身的噴嘴，將介質以高速度噴射到儲罐中，形成噴射流。此噴射流可以將沉積在儲罐底部的油泥破碎，使被包覆于油泥內部之炭氫化合物被釋放出來，再借著循環流之渦漩作用，使比重較輕的炭氫化合物被回收至油料中。同時，循環泵輸送來強有力的介質，在進入旋轉噴射攪拌器入口時，推動安裝在入口處的葉輪旋轉，旋轉的葉輪通過葉輪軸帶動齒輪箱內的齒輪機構，令噴射式攪拌器在儲罐內旋轉。

根據伯努利定律[4]，流體遇到障礙物的狀況下，除一部分流體轉向繞過障礙物外，一部分流體在障礙物前近乎滯流形成漩渦。在原油罐內，原油層看可作是虛擬的但存在的障礙物，從噴嘴出來的噴射流在罐內一部分形成漩渦，一部分改變流向向上翻動，對儲罐內介質及溫度有很好的調和均勻作用，并且在儲罐內不會出現無法攪勻的死角。

3 選型及安裝注意事項

3.1 選型

安裝旋轉噴射攪拌器可以防止原油儲罐底部礦泥堆積，其產生的漩渦對儲罐內介質及溫度有很好的調和均勻作用。按照安裝旋轉噴射攪拌器的目的不同，選用的攪拌器稍有差別。因此，對旋轉噴射攪拌器選型，首先要明確安裝該攪拌器的目的。在商品庫中，為了盡量減少油品損耗，攪拌目的側重于防止原油儲罐底部礦泥堆積，增加儲罐容量，使效益最大化。對于煉油廠，原料油均質化對原油加工提煉有非常重要的影響，因為煉油的各項參數諸如加熱溫度、蒸發壓力﹑進料速度等均已事先設定，如果進料條件有任何非期待性的變化，則可能造成煉油成品產生品質或類別的變動。儲存于儲罐中的原料油，大都存在原料油未能均質化的問題，其原因是原油以批次方式在不同的時間﹑不同的條件下儲運，而各批次的原料油，其比重、粘度、含硫量、灰份、含水份、閃點、凝固點等經常會有差異，則所煉制出之油品其品質無法均一將是必然的結果。此時原油罐中安裝攪拌器的目的側重于實現儲罐內介質的均質化。有些常減壓裝置為了保證裝置運行的穩定性，希望礦泥在罐中有一定程度的沉積，此時原油罐中的攪拌器應能實現儲罐內介質的均質化，同時要求能避免將大量的礦泥攪起來。

3.2 安裝

如前所述，旋轉噴射攪拌器是利用儲罐外循環泵送來的帶壓介質為設備運行提供動力，因此，循環泵的揚程應能滿足將油品送至旋轉噴射攪拌器且達到其所需的工作壓力。為減少不必要的能耗損失，根據設計推薦的泵出口管線百米壓降計算，循環泵出口至原油儲罐段口徑一般較旋轉噴射攪拌器連接法蘭大幾個等級，因此會在連接攪拌器前設置異徑管。異徑管設置在罐內段，宜靠近攪拌器設置，一方面盡量減少管路壓損，一方面給噴頭提供足夠的動力。攪拌器安裝為法蘭連接，可參照執行標準API650[5]。

旋轉噴射攪拌器安裝在罐中心，噴射流可能會對一定范圍內的罐內附件有一定沖擊，因此應確保噴射中心線不直接沖擊內部管道系統，如：加熱盤管、中央排水管、液下采樣器、液下消防管等。操作時還應考慮噴射流對浮盤的沖擊，即確認操作攪拌器時浮盤距攪拌器有一定的高度。

4 實例分析

以某10萬m3原油儲罐（Φ80m×21.8m）為例，為防止儲罐底部礦泥堆積并實現罐內介質的均質化，安裝一臺罐內中心安裝式旋轉噴射攪拌器。循環泵流量為916.1m3/hr，選用一個噴頭即可滿足攪拌均質要求。設定攪拌器入口壓力4barg，根據現場設備布置情況，計算得出該泵揚程為80m。通過計算該泵的NPSH，考慮噴射流對浮盤的影響，設罐的最低操作液位為5m。

以罐底為研究面，以半徑10m的距離差分成A、B、C、D四個區域，其中A～B區域表征為礦泥粉碎混合區域，C～D區域表征為混合區域。實際安裝情況下旋轉噴射攪拌器性能參數見表1。從表中數據可見，中心安裝一臺單噴頭的旋轉噴射攪拌器即能達到全罐100%的混合。

結語

原油儲罐安裝旋轉噴射攪拌器已是一種國際潮流，其優點越來越被業內所認同：安裝數量少；不會出現死區，且高速旋轉流體可粉碎礦泥，帶動罐底油泥一起排出罐外，減少損耗；安裝后罐壁不會出現油品滲漏；在罐內運行，無噪音；使用壽命高，值得在油罐儲運中推廣使用。

參考文獻

[1]衛磊，賈軍寧，張新黨，李棟.儲油罐機械清洗技術及其應用[J].石油化工應用，2008，28（9）.

[2]李征西，徐思文.油品儲運設計手冊[M].北京：石油工業出版社，1997.10.

[3]王澤貴，陳龍，謝曉斌.原油儲油罐旋轉噴射混合系統開發設計[J].機電工程技術，2005，34（5）.

[4]陳敏恒，從德滋，方圖南，齊鳴齋.化工原理[M].北京：化學工業出版社，1999.

[5]API 650，Welded Steel Tanks for Oil Storage[S].USA：Washington，1998.