攪拌器在原油儲罐中的應用與發展

劉立燁，孟凡力，王衛強，宋 博

（遼寧石油化工大學， 遼寧 撫順 113001）

攪拌器在原油儲罐中的應用與發展

劉立燁，孟凡力，王衛強，宋 博

（遼寧石油化工大學， 遼寧 撫順 113001）

在我國原油儲存過程中，為了防止罐內原油組分物質帶來的沉積影響其利用率及延長清罐周期等問題，通常都裝有攪拌系統。分別對側向伸入式攪拌器、旋轉噴射式攪拌器、射流式噴射攪拌器的機理、特性進行的探討，并對這三類攪拌器的性能進行對比分析，可得出射流式噴射攪拌器產生的能耗較低、對儲罐產生損害較小、應用范圍廣，而且具有很高的調和效率、安全性及經濟性。由此可見，射流式噴射攪拌器對未來儲罐中的應用具有很大的發展空間。

原油儲罐；攪拌器；應用

1 研究背景及意義

從現代化工業角度上看，隨著工業社會的迅速發展，能源消耗量也急劇增加。能源作為衡量國民經濟實力與社會發展水平的重要標志，而石油作為能源的重要組成部分，在我國一次能源消耗中所占比重急劇上升并基本達到一定水平，從而導致我國石油對外依存度逐年上升，目前石油已經成為限制我國國民經濟增長的主要因素之一。21世紀以來，隨著經濟的迅速發展，我國對石油的需求量估計增加4%左右，使得我國成為全球第二大石油使用國[1]。儲存在儲罐中的原油，經過一段時間有些物質（如：碳氫化合物、石蠟、瀝青質、泥砂和水等）會在罐底形成半固態狀的沉積物。經過分析，儲罐中的沉積物，含有80%～95%的原油和蠟以及10%～20%的潮氣，由此可見，除了水之外的沉積物很少，所以沉積物中的有用成份大部分都是可再利用的[2]。隨著沉積物的增加，每過一段時間，需要對油罐進行清理，防止沉積物越積越厚，降低油罐的有效容積，油品損耗等問題。因此，為了防止此類問題的發生，需用攪拌器保持罐內介質均勻，防止沉積物的增加。以往的攪拌器普遍存在攪拌角度不好調節且存在死角的缺陷，現急需一種新型的攪拌器來解決此類問題。

2 常用的攪拌器概述

2.1 側向伸入式攪拌器

主要由電機、減速器、主軸、主軸支撐套、托架及螺旋槳等組成。并通過法蘭連接，安裝在油罐的側壁上[3]。如圖1所示。

其工作原理是利用電機通過減速器，驅動罐內的槳葉旋轉，從而帶動油罐內的介質形成循環流動，使介質從而達到調合、熱傳遞、均勻化和防止沉積物聚集，并隨油品輸發而帶走。

圖1 側向伸入式攪拌器Fig.1 Lateral stretching stirrer

在實踐中發現，攪拌器的擺頭和油罐中心成一定角度，攪拌效果明顯增加，成30°效果最佳而成15°～20°效果較差，故側壁式攪拌器由此分為固定插入角型（固定角度式）和可變插入角型（可變角度式）。其中固定插入角型攪拌器無法將油罐死角區域的沉積物進行攪拌，而可變插入角型攪拌器可以改變液體的流動狀態，從而消除死角，防止沉積物的增加[4]。

側向伸入式攪拌器克服了以往使用壓縮空氣調合帶來的弊端，如污染油品、油品揮發損失、污染環境、耗能大、易產生靜電等危害。并具有投資少，成品油調合質量高，消耗功率小，效率高，操作方便，在介質中產生靜電小等特點。

與此同時，還需要對攪拌器的槳葉型式、伸入方式、槳葉直徑、轉速、螺旋槳的功率、密封裝置、減速裝置進行確定。而且攪拌器的布置一般取槳葉直徑的1.5倍來保證用最大的經濟流量來橫掃罐底，以清除罐底的沉積物。

2.2 旋轉噴射式攪拌器

旋轉噴射式攪拌器由旋轉噴嘴、渦輪、渦輪軸、齒輪箱、殼體等組成，除此之外還應有循環油泵、過濾器、導流管及配件等。如圖2所示。

其工作原理是通過循環油泵輸送油品帶動渦輪旋轉，并利用傳動裝置驅動機身旋轉，油品通過噴嘴以高速度噴射到罐內，形成噴射流。由于噴嘴的噴射方向偏離其中心，會因噴射的反動力而驅動旋轉噴嘴進行360°自動旋轉運轉，從而使油品產生渦流，使沉積物溶解，起到全方位攪拌的作用。但是隨著噴嘴噴射的流體速度增加，噴嘴的旋轉速度也隨之加快。由于噴嘴旋轉過快，這將會減少對沉積物的沖擊及攪拌效果，所以通常裝有減速裝置[5]。

通過實踐發現，葉輪式攪拌器均具有不同程度的漏油問題，尤其是在運轉時漏油問題較為嚴重，需要用人工進行清洗，浪費了大量的人力物力。而旋轉噴射式攪拌器具有應用范圍廣泛、攪拌效果好、良好的經濟性、安裝簡便、易維護、不易磨損、不漏油等特點[6]。

圖2 旋轉噴射式攪拌器Fig.2 Rotary jet mixer

安裝方式與側向伸入式攪拌器一樣，為法蘭連接，操作準則可參照API650[7]。與此同時，對于旋轉噴射式攪拌器的設置[8]中所需要確定的參數如：噴嘴的出口直徑、循環泵的流量（噴嘴入口流量）、揚程都與攪拌距離有關。故應找出最優距離，以保證最大經濟流量進行攪拌。

2.3 射流式噴射攪拌器

射流式噴射攪拌器組成與旋轉噴射式攪拌器大致相同，主要是內部具有旋轉齒輪，是對旋轉噴射式攪拌進一步的改造。如圖3所示。

圖3 射流式噴射攪拌器Fig.3 Fluidic jet mixer

其工作原理是介質進入攪拌器內部，帶動攪拌器內部傳動機構，然后驅動攪拌器旋轉座沿垂直軸線旋轉，同時帶動噴射噴嘴沿水平軸線旋轉，噴射噴嘴的噴射運動過程經無限疊加后，將形成一個球型的覆蓋空間，實現對容器內介質進行空間覆蓋噴射混合。

與旋轉噴射式攪拌器基本上具有相同的特點，但是相比于旋轉噴射式攪拌器，射流噴射攪拌器具有機械攪拌器，混合噴嘴，管道靜態混合器，自動清洗器，油罐清焦器等五種裝置的功效。應用范圍更加廣泛，同時由于噴射噴嘴角度不斷變化且永不重復的，故高速下的流體沖擊不會對油罐及附件構成損害，也不會產生靜電，調和時間大大縮短，有效地提高經濟效益。

3 攪拌器在油罐中的應用與發展

3.1 實際應用

攪拌器是用于油品調和或原油罐、燃料油罐防止沉積物集聚，保證油品加熱均勻的設備[9]。在油罐中，隨著儲油時間的增加，罐底沉積物越積越厚，致使油罐中的最低液位逐漸升高，從而導致油罐的有效容積大大降低。而且由于沉積物中含有腐蝕性物質構成電化學腐蝕對油罐內部進行侵蝕。在我國以前常用的清洗方法有人工清洗法[10]、化學清洗法[11]、整體加熱法[12]、熱油(水)循環法[13]、機械噴射清洗[14]等。現用攪拌器可以快速有效的解決此類問題，不會污染環境造成有效物質的缺失，而且大大縮短了清罐周期，提高了經濟效益。

通過實踐發現，如果攪拌器在每個季節每天操作相同的時間，在夏季沉積物堆積量比明顯冬季少，我們可以根據實踐情況來合理安排攪拌器的操作時間。如果要是在一個油罐中，防止兩臺或兩臺以上的攪拌裝置，為了讓油罐內的介質可以均勻混合，主張集中布置，這樣就可以有效的利用攪拌器的動能。

3.2 發展趨勢

傳統上的攪拌器是以攪拌槳葉為基準，衍生出各種各樣的設計，如：3或4葉組成的推進式葉輪、3葉鐮刀彎式槳葉組成的葉輪、徑向斜片組成的盤式葉輪、由立體交錯排列的多個平條槳葉組成的葉輪、大螺距承壓式推進器葉輪等。然后逐漸采用以高壓旋轉射流攪拌器、皮托管射流器、環形射流攪拌法、磁力驅動攪拌器等方式。目前以側向伸入式攪拌器、旋轉噴射式攪拌器、射流式噴射攪拌器為主流方式。

表1 技術性能比較對照表Table 1 Technical performance comparison chart

通過表1可以看出，相比旋轉噴射式攪拌器以及旋轉噴射式攪拌器，可發現射流式噴射攪拌器具有立體全方位的傳動性能，也就是說噴射頭噴出的流體可對存儲油品進行立體全方位的攪拌，使其保持流動性能，高效、安全，應用面廣，不但可應用在大中型原油儲罐、各種化工、油品調和上，還可應用于各種人工湖、河道、下水道等場合的清淤、清洗[15]。如若設計一種新型的射流式噴射攪拌器，使其循環時間能縮短的話，所產生的能耗少，可對經濟性有所改善。由此可見，射流式噴射攪拌器對未來儲罐中的應用具有很大的發展空間。

4 結 論

通過對側向伸入式攪拌器、旋轉噴射式攪拌器、射流式噴射攪拌器的性能對照表可得出，在原油儲罐中，射流式噴射攪拌器較比其他兩種攪拌器更有效的解決沉積物堆積來帶的危害，縮短清罐周期，同時還能保證調和油品，減輕人力物力，降低生產成本，并可回收大量有效物質，減少對能源的浪費，達到保護環境及提高經濟效益的目的，值得在原油儲罐中廣泛使用。

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Application and Development of the Agitator in Crude Oil Storage Tanks

LIU Li-ye，MENG Fan-li, WANG Wei-qiang, SONG Bo
（Liaoning Shihua University , Liaoning Fushun 113001，China）

In the course of crude oil storage in China,in order to prevent the deposition of the material components of crude oil to affect tank utilization and extend the clearance period of the tank, the stirring system are usually equipped in the tank. In this article, the mechanisms and characteristics of lateral stretching stirrer, rotary jet mixer and fluidic jet mixer were discussed; the performances of these stirrers were analyzed and compared. The results show that, the fluidic jet mixer has lower energy consumption, less damage to the tank and wide application range, and it also has high safety and economy. Thus future application of the fluidic jet mixer in the tank has very big development space.

Crude oil storage tanks; Stirrer; Application

TQ 051

： A

： 1671-0460（2015）02-0386-03

2014-09-05

劉立燁（1994-），男，河北秦皇島人，研究方向：油氣儲運技術。E-mail：373714775@qq.com。