水射流分散裝置的改進

黃 春，顧永強，王 亮，張偉林

(中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司孤東采油廠，山東 東營 257237）

注聚合物過程中，水射流分散溶解裝置具有計量下料準確、供水精度誤差小、配液濃度穩定、不產生魚眼等特點。與老式水幔式分散裝置相比較，具有結構簡單、流程緊湊、價格適宜、安裝方便、自動化程度高等優點。

隨著聚合物驅油技術的不斷進步，進一步降低地面建設投資與運行成本已經成為一項重要課題。聚合物分散裝置是聚合物配制過程的主要設備，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量的關鍵環節，直接關系到聚合物驅油效果。多年來，聚合物分散裝置一直采用傳統的風力分散流程，結構和控制邏輯復雜，造價和運行能耗較大。為進一步降低生產成本，改善配制質量，對聚合物水力直接射流分散工藝進行了大量的研究和試驗，大大簡化了聚合物分散工藝。

一、水射流分散裝置性能特點

聚合物分散溶解裝置是注聚裝置中的主要設備，其主要功能是完成聚合物粉劑的上料、儲料、計量下料、混合、輸出等一系列工藝過程。

水射流聚合物分散溶解系統主要由投料部分、提升部分、儲料部分、射流分散部分、下料及計量部分、自控部分等六大部分構成，其具體結構見圖1。

投料部分包括料斗總成和攪拌輔助下料系統。儲料部分包括料倉、振動器和上下物位開關。射流分散部分包括噴射器總成和漩流器總成。自控部分包括P L C控制柜和遠程監控；并配套提供流程中熟化罐及水罐的進出口電動閥、靜壓液位計。自控部分完成從分散到熟化整個工藝流程的自動控制。人工將干粉倒入料倉，經計量下料器精確計量進入水射流器。清水罐中的水由清水離心泵輸出，經電動閥及電磁流量計調節計量，以一定的壓力進入水射流器后高速噴出，形成局部真空，產生負壓，攜帶經精確下料器計量的干粉，強制混合，再經提升泵提升，完成干粉和水的初步混合，依次流經單向閥、手動蝶閥、電動閥，再輸送到熟化罐中進行熟化，完成聚合物的溶解輸送過程。

水射流分散裝置的額定配液濃度為5 0 0 0 m g/L(最大配液濃度6 0 0 0 m g/L)，整機功率1 8 k W，額定供水量為8 0 m3/h，每天的額定配置母液量為1 9 2 0 m3。

二、水射流分散裝置工藝原理

1.工藝流程

根據聚合物分散工藝要求，必須能夠對聚合物干粉和水分別進行計量，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量系統、聚合物干粉下料及計量系統、射流混合系統和自動控制系統。

(1)供水及計量

為分散裝置提供滿足壓力要求的、流量平穩的水流，并對水流量進行計量和調節。確保系統檢修或出現異常時能及時切斷系統水源，該流程設置手動控制功能。

(2)聚合物干粉下料及計量

可存儲聚合物干粉并根據設定的參數控制下料速度，對下料量進行計量。可根據用戶需求，提供不同的計量模式，以滿足聚合物母液配制精度，下料最高精度可達1%。

(3)射流混合

在水力射流的作用下使經過計量的聚合物干粉顆粒之間相互分離，干粉顆粒與水充分潤濕，最終使聚合物干粉與水進行充分、均勻的混合。同時在下料前及下料過程中施加旋轉水流對過流部件進行沖刷，防止干粉聚結堵塞。

2.配置原理

聚合物水射流分散工藝通過獨特的射流混合裝置、相關的聚合物干粉下料及計量系統、供水及計量系統和配套的自動控制系統來實現。工作時水由射流混合裝置的噴嘴高速噴出，在噴嘴出口處形成負壓，將聚合物干粉吸入裝置。在擴散段，高速水流在管內形成強烈的渦流，具有劇烈的切割攪拌作用，保證了聚合物干粉的充分潤濕，可有效防止干粉聚結使配制的聚合物溶液形成“魚眼”和粘團。

聚合物水射流分散工藝較傳統的風力分散工藝減少了溶解罐、攪拌器、超聲波液位計、螺桿泵、鼓風機、水粉混合器、液位開關等部件和流程，大大簡化了聚合物分散工藝，降低了工程投資和運行成本。

(1)工藝簡化及降低投資

聚合物水力直接射流分散工藝較傳統風力分散工藝減少了攪拌溶解和螺桿泵輸送流程，大大簡化了干粉分散潤濕工藝；較老式的水幔式分散工藝流程更簡單、占地空間更小、操作更簡單，每套裝置最高可節約投資8 0萬元。

(2)節能降耗

由于減少了很多動力設備，比如鼓風機、溶解罐攪拌機、混出泵等，大大降低了能源消耗，整機裝機功率由原來的3 5 k W減少到1 8 k W，起到了很好的節能降耗效果。

(3)降低維修成本

因工藝流程相對比較簡單，減少了很多的大型設備，所以使用過程中，設備的維修費用會有很大的節省，維修的工作量減少，人工成本降低。

三、水射流分散裝置運行中的不足及改進

1.分散裝置接料斗處經常返水

母液配置的過程中，先打開供水閥，后打開母液閥，然后啟動提升泵，最后啟動清水泵，但是一整套程序設定好后，往往在執行的時候總有幾秒鐘的偏差，如閥門未及時全開、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象。分散裝置返水就會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塊堵塞溢流口。而且溢出的水粉混合物流到操作間地面上，容易污染環境。

2.母液配置質量較差

與水幔式分散裝置相比，水射流分散裝置減少了一個讓配置母液初步熟化的一個溶解罐。水幔式分散裝置清水與干粉的混合是在一個較小的溶解罐中進行，并且配置了一個小型的攪拌機，母液在溶解罐初步混合后經過混出泵排出。水射流分散裝置減少了清水與干粉初步混合的環節，直接用噴射器噴射出來的清水在接料漏斗中形成漩渦，把下料器下來的干粉以沖刷的形式瞬間帶走，最終到母液熟化罐中經攪拌機攪拌熟化。一旦熟化罐的攪拌機出現問題，配置母液的熟化程度就會受到很大的影響。

3.下粉器處干粉易結塊

母液配置的過程中，由于射流出來的清水易產生水汽，使空氣潮濕，而下粉器內的干粉遇到水汽極易結塊，并粘附到下粉器四壁，長時間運行，干粉結塊越來越多，就會造成下粉器堵塞，下粉困難，影響母液配置。所以必須定期對下粉器四壁粘附的干粉進行清理，嚴重的時候需要3天清理一次，增加了額外的工作量。

4.水射流分散裝置措施改進

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#站進行改造，改造方法如圖2所示。

將分散溶解裝置的料倉抬高0.4 m，讓出一定的安裝空間，在射流器的下粉料斗處增加一臺D N 5 0的電動開關球閥，在沖刷管處增加一個D N 1 5的電動開關球閥，配合采用程序自動控制，可以徹底解決分散溶解裝置的返水問題。

抬高分散裝置意味著增加了下粉器與接料斗中清水的距離，射流清水產生的水汽不會影響下粉器處下來的干粉，可解決下粉器結塊的問題，提高聚合物配置質量。

改造的過程中，去除了原分散裝置多余的提升泵。經過試驗證明，為分散裝置供壓的清水泵所提供的0.8 M P a壓力，經分散裝置混配，整個流程損失壓力約0.2 M P a，剩余的0.6 M P a壓力足夠把混合液傳輸到熟化罐中，所以改造過程中去除提升泵，減少了1臺1 5 k W的動力，大大減少了分散裝置的耗電量，比改造前日節電2 6 0 k W·h。

現場改造于2 0 1 2年7月完成，同時對分散裝置的運行操作程序進行了一定的調整。

分散溶解裝置啟動后，首先關閉下粉閥門和沖刷水閥門；閥門關到位后，啟動射流泵進入射流狀態；當射流正常后，再打開下粉閥門和沖刷水閥門；閥門開啟到位后，正常下粉進入工作狀態。停止分散溶解裝置時，先停止下粉，通過振動去除下料口的浮粉，再關閉兩個電動閥門，隔絕水路，設備停止運行，杜絕返水問題的發生。

四、結論與認識

水射流分散裝置與水幔式分散裝置相比工藝流程較簡單、占地面積較小、節省資源，具良好的推廣潛力。

水射流分散裝置經改造后，基本上解決了返水問題，并去除了多余的動力提升泵，比改造前更節能，使用更方便，提高了聚合物母液的配置質量，減少了母液結塊現象。

水射流分散裝置配置的聚合物母液的混合均勻度低于水幔式分散裝置，其配置母液主要依靠熟化罐進行熟化才能達到注入標準，所以必須提高熟化罐對母液的熟化能力。

[1]于新哉.聚合物分散溶解裝置的特點及應用[M].石油機械,2 0 0 3,3 1.

[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,2 0 0 7,4.