多品種化學劑注入橇的設計

張文博，季長城

（中國石油天然氣第七建設有限公司工程設計研究院，山東青島 266061）

化學劑注入橇（又稱加藥橇），被廣泛應用在油田、煉油、化工、環保、電廠等領域。傳統的化學劑注入橇為單品種化學劑注入系統獨立成橇。針對應用化學注劑品種較多，占地空間大的情況，經多方研究把多品種的化學劑注入系統集成在一臺橇塊上，將化學儲罐內部通過按化學劑用量分成多個隔段，分別裝不同品種的化學注劑，如破乳劑、阻垢劑、消泡劑、分散劑等，橇內包含化學儲罐、計量泵、卸載泵、電控柜、儀表、安全閥、閥門、阻尼器、標定柱、阻火器、攪拌器、管路系統等，按工藝流程需要組裝在一個公共的平臺上，形成一個橇塊，其結構緊湊，安裝簡單，操作和維修使用方便，占地面積照傳統設計節省了1/2，建設成本節省了約1/3，取得了較好的效果。采用現代化控制技術，可實現遠程操控及現場無人值守功能。尤其注重安全和環保的設計，使之具有很高的安全性。

1 多品種化學劑注入橇工藝流程設計

1.1 卸載

設置卸載泵，入口與化學槽車連接，出口與化學劑儲罐連接。卸載泵可根據介質的黏度和流量的要求選擇合適的類型，對于黏度和流量較大的介質可采用螺桿泵。

1.2 計量

設置1開1備的計量泵，入口連接化學劑儲罐，出口連接各用戶，可滿足壓力和流量的要求，且流量計量精度在±1%以內。

1.3 自動化控制技術

通過設置壓力表、壓力變送器、液位計、液位變送器、流量計、電控柜等電儀設備及相應的聯鎖控制，將信號遠傳中控室，實現就地操作和遠程控制功能，近而實現現場無人值守功能。

1.4 橇塊通過一系列的設置，使裝置運行更加安全和環保

（1） 化學劑儲罐設有溢流口，當液位超過高高液位時可溢出；

（2） 化學劑儲罐頂部的通氣管設有阻火器，避免發生火災危險；

（3） 橇內設置了安全聯鎖控制，儲罐的高高液位與卸載泵聯鎖；低低液位與計量泵聯鎖，可起到保護設備；

（4） 計量泵采用雙隔膜液壓式泵，配隔膜破裂檢測裝置，泵出口設置止回閥、阻尼器和安全閥，確保泵的運行安全；

（5） 在卸載泵入口端設置閥門，卸載完成后關閉閥門，避免化學劑的泄漏造成環境污染；

（6） 在泵回流管線上設置限流孔板，從而減少流體對閥門的沖蝕和磨損，并降低了噪音；

（7） 橇內設置了排污管線，將溢流或排污液體進行密閉排放。

2 多品種化學劑注入橇關鍵設備設計

2.1 化學儲罐的設計

本文介紹的化學儲罐采用箱體結構儲罐，由于儲罐為常壓，采用箱體結構容量可達最大化，且占地面積小，便于滿足整橇的運輸尺寸要求，可根據不同注劑的容量確定箱體適宜的長高值，再通過寬度的調節，中間加設隔板從而實現容積的合理分配。

采用箱體結構同樣給箱體的壁厚、加強件、支撐及底橇的計算帶來了一定的難度，技術人員發現，采用STAAD.Pro強度計算軟件進行相關的計算取得較好的效果。經過反復的軟件強度計算和調整設計方案，既可保障設備強度，又可最大程度節省材料，方便配管布置和橇塊制造工作。

2.2 泵選型

橇內含有計量泵和卸藥泵，根據部分化學注劑黏度高的特點，且一般卸載時間要求在1h 內完成，因此卸載泵選用了螺桿泵。

計量泵遵循標準為API675，為雙隔膜液壓式，配隔膜破裂檢測裝置，在一片隔膜破裂的情況下，另一片隔膜可以繼續正常工作，隔膜破裂檢測裝置可以發出報警信號，安全性能高。該計量泵輸送精確，注入流量從1L/h 到10000L/h，排出壓力從0.5MPa 到20MPa，流量可以在0～100%調節，每種介質的計量都設置一用一備，并聯使用，工作平穩。

2.3 電控柜設計

橇內設置一個總的控制柜，為橇內電機等用電設備提供電源，電控柜內設控制系統，實現機泵就地手動/自動起停控制要求，控制箱面板設有起停按鈕及機泵運行狀態指示燈，便于操作人員現場控制及觀察運行情況，控制信號也可輸送到中央控制室的計算機里，實現遠程控制，現場無人值守的功能。對于強弱電配電的設置，將電氣系統與儀表控制系統于電控柜內分開布置，并用隔板隔開，有效避免之間干擾的影響。設備的防爆等級采用Exd II BT4，最低防護等級為IP65。

3 多品種化學劑注入橇成橇設計

3.13 D模型設計

橇塊的3D 模型可采用CADWORX 三維軟件設計，整個橇共分為輸入端、輸出端和化學劑儲罐三部分。輸入端主要布置卸載泵、液位計、直梯、溢流口管道、排污管道、電控柜等，輸入端靠近外部道路，便于卸車操作；輸出端主要布置計量泵，并連接至下游用戶；化學劑儲罐的頂端布置勞動保護，人孔和安全閥等。如圖1所示。

圖1 多品種化學劑注入橇的3D模型設計

3.2 成橇設計原則

（1）將橇中的卸載泵等同計量泵分別布置在儲罐的兩側，并將卸載泵上下兩層布置，從而縮短了橇塊的寬度，方便操作及檢修，同時可滿足運輸尺寸要求；

（2）將儲罐的液位計和液位變送器集中在靠近卸載泵布置，方便了在卸載時觀察液位變化，同時減少了直梯的數量；

（3）充分考慮橇內各設備的觀察、操作和維修等工序的操作空間。

4 結束語

多品種化學劑注入橇可根據工藝的需要，根據注入量和注入壓力的不同，選取適當的計量泵。注入流量可從從1L/h到10000L/h，注入壓力可從0.5MPa 到20MPa，計量泵的計量精度可高達±1%，并且可實現多種化學品的同時輸送和單獨調節流量和壓力。

化學劑儲罐的容積可根據注入量的要求進行選定，容積可小至0.4m3，大到120m3。根據輸送介質化學性質的不同，選擇合適的材質，如碳鋼、不銹鋼、非金屬材料等。

設備及底橇強度計算采用STAAD.Pro 軟件，應綜合考慮溫度、壓力、介質特性、運輸要求等條件，確保整橇的強度設計。