鼓風(fēng)射流型分散裝置溶解罐射流攪拌可行性分析

裴煜(大慶第四采油廠地質(zhì)大隊(duì), 黑龍江 大慶 163511)

鼓風(fēng)射流型分散裝置在油田被普遍用于聚合物溶液配制，結(jié)構(gòu)如圖所示。聚合物干粉首先通過(guò)螺旋下料器進(jìn)入文丘里管，再由鼓風(fēng)機(jī)輸送至水粉混合頭，與配制水混合后進(jìn)入溶解罐，經(jīng)過(guò)初步攪拌后由轉(zhuǎn)輸泵輸送至熟化罐[1]。聚合物的溶解是快過(guò)程，熟化是慢過(guò)程，干粉的溶解效果不好會(huì)影響到熟化，即使后期長(zhǎng)時(shí)間熟化也不會(huì)均勻。

分散裝置流程示意圖

1 攪拌器攪拌能力分析

溶解罐攪拌器負(fù)責(zé)使聚合物初步溶解，經(jīng)過(guò)觀察和計(jì)算，該機(jī)構(gòu)達(dá)不到使液體在溶解罐中形成湍流的要求[2]。計(jì)算過(guò)程如下:

式中:Re為攪拌雷諾數(shù)；d為攪拌器直徑，m；n為轉(zhuǎn)速，r/s；

ρ為液體密度，kg/m3；μ為液體粘度，Pa·s。

Re=10～30時(shí)，可以產(chǎn)生少量的循環(huán)流，但仍屬于層流范圍，受混合液高粘滯力作用影響，使得混合液在罐內(nèi)出現(xiàn)死區(qū)；Re大于1000，罐內(nèi)液體方可達(dá)到湍流狀態(tài)。

針對(duì)此問(wèn)題，理論上可通過(guò)調(diào)整攪拌器參數(shù)(葉片尺寸、層數(shù)、安裝方式和攪拌速度)的方式解決。溶解罐實(shí)測(cè)直徑為1.60m，當(dāng)提高5倍轉(zhuǎn)速、槳葉增加1倍時(shí)，Re可提高至500，達(dá)到過(guò)渡流狀態(tài)。

此時(shí)攪拌功率:

可見(jiàn)，更換電機(jī)和擴(kuò)大攪拌器尺寸難以滿足需要，且受罐內(nèi)液體停留時(shí)間短的影響，此項(xiàng)措施的意義不大。

溶解罐相關(guān)參數(shù)表

續(xù)表

2 水粉射流攪拌能力分析

由水粉混合頭噴射出的干粉和配制水有較大的沖擊力。根據(jù)科諾瓦洛夫提出的經(jīng)驗(yàn)公式[3]，液體從管口流出到充滿靜水的空間內(nèi)的射流，距離管口L處射流斷面上的平均流速如下式:

式中:V0為起始斷面處的平均流速；VL為距離起始斷面距離

為L(zhǎng)的斷面處的平均流速，m/s；D為噴嘴直徑，m。

由于水粉混合頭噴射口是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，配制水和干粉由外殼和芯子的環(huán)形空間內(nèi)噴出，測(cè)得外殼和芯子的間隙為1cm，故理想化認(rèn)為該環(huán)形空間是由若干個(gè)直徑1cm的圓組成的，則D=0.01m；V0=8.4m/s(根據(jù)流量和管徑計(jì)算得到)，當(dāng)L取1.35m時(shí)(溶解罐高液位)，代入公式得:

當(dāng)L取0.45m時(shí)(溶解罐低液位)，VL'=2.073m/s

當(dāng)分散裝置配液時(shí)，水粉射流由水粉混合頭進(jìn)入溶解罐，穿過(guò)液體層后在罐底仍可以0.177m/s至2.073m/s的速度流動(dòng)。由攪拌雷諾數(shù)可知，依靠攪拌器只能在攪拌器附近形成少量循環(huán)流，遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到這樣的效果。因此，采用水粉射流攪拌可以替代攪拌器攪拌。

3 實(shí)施方法

對(duì)水粉混合頭射流角度調(diào)整。水粉混合頭垂直安裝時(shí)，射流僅能作用于液面的部分區(qū)域，返混程度不高。若將水粉混合頭射流角度調(diào)整后，使液柱產(chǎn)生水平和豎直兩個(gè)速度分量，從而強(qiáng)化混合液的返混并延長(zhǎng)停留時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于已建配制站，按單站日配制量4200m3測(cè)算，停運(yùn)溶解罐攪拌器年可節(jié)電1.15×104kWh；對(duì)于新建配制站，按單站4臺(tái)分散測(cè)算，取消溶解罐攪拌器及配套自控裝置設(shè)計(jì)可一次性節(jié)約投資10萬(wàn)元。

[1]李杰訓(xùn).聚合物驅(qū)地面工程技術(shù)[M].石油工業(yè)出版社，2008.

[2]王凱,虞軍，等.攪拌設(shè)備[M].化學(xué)工業(yè)出版社, 2003.

[3]陳家瑯.水力學(xué)[M].石油工業(yè)出版社，1980.