立式錐型混料機在陶粒行業(yè)混料效果的研究*

王菊俠 劉 挺 趙 爽 王 超 鄭 鵬

(陜西省石油化工研究設(shè)計院 西安 710054)

前言

在進(jìn)行石油和天然氣開采時，采用陶粒支撐劑作為油氣井裂縫的支撐材料，可以提高油氣產(chǎn)量。隨著低滲透油氣田越來越多，使得陶粒支撐劑得到了廣泛的應(yīng)用。研究表明，陶粒支撐劑可使油井產(chǎn)量提高30%～50%，并可延長其服務(wù)年限[1～3]。由此可見，陶粒支撐劑的質(zhì)量對油氣田的開發(fā)有重要的意義。目前生產(chǎn)的陶粒支撐劑主要采用高鋁礬土與礦化劑、成形劑等原料加以混合，經(jīng)造粒、煅燒而成。燒結(jié)制品的性能在很大程度上取決于混合料的混合質(zhì)量，即混合料中各組元分布的均勻程度與存在狀態(tài)，同時混合料的混合質(zhì)量還影響壓制工藝和燒結(jié)工藝。國內(nèi)主要采用機械混合法混料，陶粒生產(chǎn)混料的均勻度，在配方確定后是影響成品質(zhì)量的一個重要因素，影響混合均勻度的參數(shù)有混料機的類型、轉(zhuǎn)速、填充系數(shù)、混料時間以及混合料組元的顆粒性狀、細(xì)度、密度和混合時所用的添加劑的特性等[4]。各原輔料所含金屬成分不同，密度不同，加之因含量差異大、粒度小，短時間混料均勻度很難達(dá)到理想狀態(tài)，混料時間過長又增加了生產(chǎn)成本。因此，合適的混料方式和時間顯得尤為重要。

筆者針對陜西某石油壓裂材料有限公司生產(chǎn)的石油壓裂支撐劑陶粒砂生產(chǎn)線使用的上海申銀集團(tuán)15 m3立式錐型混料機的混料效果進(jìn)行研究，獲得理想的混料方式和混料時間，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

1 材料與實驗方法

1.1 材料

1)鋁礬土。產(chǎn)地為山西陽泉；細(xì)度為325目標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)通過率>99.5%。

2)輔料A。產(chǎn)地為河南；細(xì)度為325目標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)通過率>99.5%。

1.2 混料設(shè)備

VSH-B型立式錐型混料機的主要設(shè)備參數(shù)如表1所示。

表1 VSH-B型立式錐型混料機主要設(shè)備參數(shù)

注：設(shè)備為上海申銀機械(集團(tuán))有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗方法

采用電子自動配料系統(tǒng)進(jìn)行配料，各物料按配方要求稱量后，通過U型螺旋輸送至混料機混合。立式混料機采用V型混料倉，沿著混料倉壁安裝2個可進(jìn)行公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的混料螺旋，借助螺旋攪拌并將物料揚起，在多次這樣的運動中達(dá)到將物料混勻的目的。為了既經(jīng)濟又能獲得較好的混料效果，筆者分別對物料在3種不同給料方式下混合15 min、20 min、25 min、30 min、35 min、40 min、45 min、50 min后，選擇12個點取樣，混合后進(jìn)行檢測比對。因組分A含量較低，對產(chǎn)品性能影響比較明顯，因此，為了驗證給料方式對混料性能的影響，本實驗研究組分A在不同時間3種給料方式下混合料中的含量來評價混料效果。

圖1 混料機示意圖

根據(jù)物料混合均勻度對成品質(zhì)量的影響以及混合料中各組分的含量，本實驗采取分析含量較少的輔料A的含量來評定混合效果，根據(jù)配方計算出混合料中組分A的含量為2.8。

2 結(jié)果與討論

2.1 實驗結(jié)果

根據(jù)配方要求將各個組分用稱量斗準(zhǔn)備稱量，打開混料機分別同時開始給料(中間給輔料A),先給鋁礬土再給輔料A,3種方式進(jìn)行給料，物料全部進(jìn)入混料機后開始計時，在不同時間點停機取樣進(jìn)行成分檢測。

2.1.1 同時給料方式混料

給料方式一。將稱量好的原輔材料，同時開始放料，在原料全部進(jìn)入混料倉后開始計時，不同時間點的檢測結(jié)果如表2所示。

表2 同時給料方式下不同混料時間輔料A的檢測結(jié)果(%)

2.1.2 分別給料方式混料

表3 分別給料方式下的混料不同時間后輔料A的檢測結(jié)果(%)

給料方式二。先將鋁礬土完全放入混料倉后，再將輔料A放入混料倉，然后開始計時混料，具體混料結(jié)果如表3所示。

2.1.3 中間給料(輔料A的輸料)方式混料

給料方式三。調(diào)整給料時間，輔料A在鋁礬土下料3 min后開始給料，在鋁礬土給料完畢前1 min完成給料，然后檢測其在不同混料時間下輔料A的含量，具體結(jié)果如表4所示。

表4 中間給輔料A的給料方式混料不同時間后輔料A的檢測結(jié)果(%)

2.2 結(jié)果分析

由上述結(jié)果可以看出：給料方式一，隨著時間增加，輔料A的含量緩慢上升，在混料時間達(dá)到50 min時，混合料中輔料A的含量最接近理論計算結(jié)果；給料方式二，輔料A的含量隨時間的增加也在緩慢上升，但是其含量變化波動較大，在混料時間為50 min時，其混料效果遠(yuǎn)沒有達(dá)到混料要求；給料方式三，在混料時間為30 min時，混料效果達(dá)到了理論計算結(jié)果，且隨著混料時間的延長，其輔料A的含量不再明顯波動。

影響粉末混合效果的因素有很多，物料的物理性狀，如細(xì)度、密度、流動性等，這些都對其混合效果有很大的影響，物料的磁性、靜電等也會影響其混合效果。本實驗中鋁礬土和輔料A細(xì)度相同，流動性一致，而且均不攜帶靜電，但是輔料A的密度略大于鋁礬土，其含量很小，可以排除其對混料效果的影響。

由上述結(jié)果可以看出，本實驗中給料方式不同，物料的混料效果也不同。給料方式三優(yōu)于給料方式一，給料方式二最差。在給料方式二中，物料分開給料，在混料倉中上下界限分明，而立式混料機主要是通過圓周運動和螺旋翻動將料由底部提至料面后分散開，多次運動后混合均勻。給料方式二中，輔料A堆積在一起，混合時不容易分散開，造成不同混料時間下的檢測結(jié)果波動較大，混料時間為50 min時，其混料效果還未達(dá)到理論計算結(jié)果，要將輔料A均勻分布在整個料倉內(nèi)就需要更長的混料時間，這樣就降低了混料機的工作效率，提高了混料的生產(chǎn)成本。給料方式三中，輔料A在加料時已經(jīng)在料倉切面分布比較均勻，經(jīng)過30 min的圓周攪拌和螺旋翻動后容易達(dá)到均勻分布。由此可以看出，給料方式三，將含量較少的輔料A在給料時與主料進(jìn)行一定程度的混合，更容易獲得均勻的混合料，其最佳的混料時間為30 min。

3 結(jié)語

影響混料機混料效率和混料效果的因素還有很多，在目前環(huán)境下，含量較少的輔料A給料時與主料進(jìn)行一定程度的混合，在混料時間為30 min時混料效果最佳，生產(chǎn)成本最低，隨著條件發(fā)生變化影響效率還可能有所差異。