下灰車卸灰速度的影響因素分析

陳晶

（大慶油田裝備制造集團特種汽車制造公司工程車改裝廠，黑龍江 大慶 163411）

1 下灰車的整體概述

下灰車的設計是根據氣、固兩相流體力學和氣體動力學兩大力學原理來設計。它結合了固定水泥的特點，使用氣化設備，利用壓縮空氣的動力，讓固定水泥變為流態而在罐體的管線內流動，最終排出罐外。最主要的用途就是作為油田固井作業的輔助設備。它的特點是罐內的水泥是單獨分開存放，可以運輸和貯存不同種類的粉粒介質。最大的優點是它的卸料速度較快，罐體的介質剩余率低，卸灰操作簡單，施工更加安全可靠。

2 平均卸灰速度的定義

通常說的平均卸灰速度是指下灰車在使用過程中，其排出的粉粒物料的質量與時間的比值即為平均卸灰速度，它的大小可以反映出下灰車的性能優劣。對下灰車的平均卸灰速度影響較大的是卸灰壓縮氣體的流量和壓力以及下灰車的結構合理性等，這些都是影響在排灰過程中管線內氣固兩相流體濃度以及運行速度的重要因素。氣固兩相流體濃度是指流體中固體物料同氣體量的比值，分為體積濃度和質量濃度兩個指標。下灰車的平均卸灰速度同氣固兩相流體的平均質量濃度成正比例變化，同額定供氣量以及額定工作壓力也為正比例關系。也就是說，要想提升下灰車的平均卸灰速度，必須考慮兩個因素：一是合理的下灰車結構設計，良好的氣固流化裝置；二是設計好空壓機的額定供氣量以及額定工作壓力。

3 空壓機供氣量的設計要點

在設計空壓機的供氣量時必須考率以下幾點：一是平均卸灰速度；二是管道氣力運輸；三是罐內流化態。要想讓流化床上部的粉粒物料呈現出流態化，必須讓孔板的氣流速度大于臨界流化的速度才會達到粉粒物料的流體效果。目前使用的大多數下灰車，由于罐內流化裝置和氣體輸送條件的限制，使得氣固兩相流體在充分混合的過程中總會有一些制約。所以，為了提升下灰車的卸灰速度就必須加大壓縮空氣的流量。

4 空壓機額定工作壓力的設計要點

下灰車在卸灰操作時，為了壓縮整個排灰的過程，使用的平均卸灰速度是很高的。流態化的氣體輸送的功率非常大，但在整個過程中其壓力損失也相應增加。因此，氣源必須具有足夠高的工作壓力，這樣才能彌補流態化過程同粉粒物料帶來的壓力流失。所以，額定工作壓力的設計比卸灰作業帶來的壓力流失的總量稍大一些就可滿足要求。在施工中，通常滿足輸送壓力為200kPa時就能讓氣固兩相流體的質量濃度達到40～300的流態化，這種流體基本可以滿足卸灰要求。也就是說，只要下灰車的額定工作壓力達到0.2MPa就可以了。如果是高濃度和長途輸送，則可以使用更高的卸灰壓力。

5 流化裝置的設計要點

固井使用的下灰車其顯著優勢就是具有雙罐結構。這種設計的重心低，生產工藝更加簡便，可靠性高。在整車上坡時，這種雙罐結構可以讓內部的水泥不會發生較大的波動，整車的穩定性提高了。氣固兩相流體的質量濃度對于下灰車的平均卸灰速度的影響是最大的。設計良好的流化裝置是提升下灰車平均卸灰速度的重要部件。下灰車的流化裝置由兩部分構成：流化床和滑灰板。

5.1 流化床的設計

流化床對于下灰車性能的影響最為關鍵，是下灰車的關鍵部件。流化床的用途是讓罐體周邊和滑灰板構成一個封閉氣室，讓流化床上部的物料可以在壓縮空氣的作用下達到懸浮狀態，使固體物料和氣體混合為氣固兩相流體，并讓其在管線內沿設計的方向流動，簡單來說就是讓固體物料成為流體，使之按照要求排出。見圖1。

圖1 下灰車流化床簡圖

孔板總成的用途是連接流化各部件和承托粉粒物料，讓壓縮空氣能夠均勻地通過流化床，增強流化效果。通常我們把孔板和水平面的角度設計為物料靜態安息角的1/3，也可以按照需要將這個角度調大。固井下灰車的氣體分布板一般選擇透氣、平整度高以及耐高溫的材料制作。流化床面積的大小同其結構和罐體的容積、物料的物理特性息息相關。固體物料帶出的氣流速度和其臨街流態化速度是決定流化床面積的決定的因素。如果氣量不變時，流化床的最大面積和固體物料的臨界流態化的速度為反比關系。如果流化床的面積太大，那么通過氣體分布板的氣流速度就會比固體物料的臨界流化速度小，使得固體物料流化困難，流動性不好，進而導致固體物料的輸送失敗，造成較高的剩灰率。如果流化床的面積太小，那么氣體分布板的氣流速度就會小于固體物料的臨界流態化速度，就會得到稀相流化床，使得床層穩定的操作行為同設計初衷相脫離，造成排灰不全的現象。所以，在實際的設計中，作者必須要對以上提出的幾個因素進行細致地分析，才能使下灰車的整體性能得到提升。

5.2 滑灰板的設計

滑灰板在下灰車的罐體內為左右對稱的形式，用途上是為了承載粉粒物料，同時讓物料能沿著滑灰板流向流化床。另外，罐體內壁和滑灰板共同組成了封閉氣室。為了讓固體物料不會產生殘留，滑灰板與水平夾角必須大于固體物料的安息角。

6 其它影響因素

以上幾個因素是影響下灰車卸灰速度的主要設計因素。另外，在保證各部分結構都符合要求的條件下，要想提高下灰車的效率，還需要注意以下4個方面。

6.1 適量使用潤滑劑

由于下灰車的構造較為復雜，配件及各零部件的數量較多，且都為金屬。為了各部件的良好配合，應該合理使用潤滑劑。如果潤滑劑的用量太少，則無法達到潤滑的效果，不但損傷部件本身，還會阻礙各部件間的正常配合和使用。如果潤滑劑的使用量過多，會導致各部件之間過于潤滑，讓各部件的配合不受控制，為施工操作帶來了阻礙和困難。

6.2 操作前的檢查

在下灰車使用前進行檢查，不但要檢查底盤的車況，還要檢查上裝各連接部件的情況，閥門的開關情況等。由于下灰車部件眾多，各部件以及各管線的連接都很關鍵，對于整個操作都有著重要影響。其中一個部件出現了問題，很可能影響到整車的操作，如果因此造成了操作事故或者是人員和設備的損傷都不應該。所以，對下灰車進行操作前的檢查十分必要，這樣可以保證各部件和連接件的正常使用。

6.3 及時維護和保養

無論什么設備，其正常的維護和保養都十分重要。在下灰車的使用前與使用后都應按照使用說明書進行適當的維護和保養，及時更換不合格的零部件，讓下灰車的整體性能在使用時達到最好狀態，也可以為提升平均卸灰速度加力。

6.4 正確使用和操作

通過本文對于下灰車的論述，我們知道下灰車各部件的復雜性，其需要掌握的操作技術也需要引起足夠的重視，特別需要注意以下幾點。一是質量變化帶來的影響。在固井卸灰作業中，禁止出現下灰車單罐剩灰或者是單罐進灰，否則因前后罐的質量變化而引起整車軸荷的變化，將給下灰車的行駛安全帶來隱患。另外還要注意在加壓作業時不可移動罐體，使用外接風源接頭將罐內的滯留氣體流出，防止大量氣體進入罐內氣室中，導致不必要的事故。二是注意工作壓力變化產生的影響。通常情況下，不允許操作的工作壓力大于0.3MPa，同時在壓力狀態下不可使用銳器打擊罐體，空壓機的轉速也不能大于額定轉速。這些都是必須嚴格控制的因素，如果控制得不好，很可能造成作業事故。另外，在開啟人孔上蓋時，必須先開啟防控球閥；保證安全閥的開啟壓力值為0.35 MPa，同時定時檢查和校正安全閥的壓力設定值。這樣才能讓下灰車的罐內壓力降低到零，這是保證操作安全和避免人員事故的最簡便的方法，需要提高操作人員的安全意識并貫徹到底。三是下灰車在裝滿水泥后，應關閉進灰管線、放空球閥以及人孔。如果是長期停用，應該使用千斤頂將整車后輪抬離地面，不可讓固體物料在潮濕的環境中存放時間過長，否則易讓固體物料結塊，嚴重影響下灰車的卸灰作業，降低下灰車的平均卸灰速度，造成生產效率和輸送能力的降低。

7 結語

以上因素都會對下灰車的平均卸灰速度造成影響，其中下灰車的結構包括流化床的設計、空壓機壓縮氣體的壓力和流量等都是其中的重要因素，而潤滑劑、操作前的檢查以及良好的維護和保養，也會對下灰車的平均卸灰速度造成一定影響，也應給予關注。要想得到高水平的平均卸灰速度，必須設計出合理的氣固混合裝置與流化裝置，用以提升氣體和固體的平均質量濃度。另外，下灰車在特殊的環境條件下，其平均卸灰速度也會受到一定影響，這些可以經過多次的實驗和反復計算，以得到最為合理的參數值，這也是未來進一步提升下灰車平均卸灰速度和工作效率的重要方法。只有讓下灰車更好地運行，才能有效地提升固井下灰車的平均卸灰速度，才能進一步提升作業效率，更好的為固井作業提供幫助。