水射流分散装置的改进

2013-05-04顾永强张伟林

中国设备工程 2013年3期

黄春，顾永强，王亮，张伟林

(中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司孤东采油厂，山东东营 257237）

注聚合物过程中，水射流分散溶解装置具有计量下料准确、供水精度误差小、配液浓度稳定、不产生鱼眼等特点。与老式水幔式分散装置相比较，具有结构简单、流程紧凑、价格适宜、安装方便、自动化程度高等优点。

随着聚合物驱油技术的不断进步，进一步降低地面建设投资与运行成本已经成为一项重要课题。聚合物分散装置是聚合物配制过程的主要设备，作用是使聚合物干粉和水按照一定配比均匀混合，是保证配制聚合物溶液质量的关键环节，直接关系到聚合物驱油效果。多年来，聚合物分散装置一直采用传统的风力分散流程，结构和控制逻辑复杂，造价和运行能耗较大。为进一步降低生产成本，改善配制质量，对聚合物水力直接射流分散工艺进行了大量的研究和试验，大大简化了聚合物分散工艺。

一、水射流分散装置性能特点

聚合物分散溶解装置是注聚装置中的主要设备，其主要功能是完成聚合物粉剂的上料、储料、计量下料、混合、输出等一系列工艺过程。

水射流聚合物分散溶解系统主要由投料部分、提升部分、储料部分、射流分散部分、下料及计量部分、自控部分等六大部分构成，其具体结构见图1。

投料部分包括料斗总成和搅拌辅助下料系统。储料部分包括料仓、振动器和上下物位开关。射流分散部分包括喷射器总成和漩流器总成。自控部分包括P L C控制柜和远程监控；并配套提供流程中熟化罐及水罐的进出口电动阀、静压液位计。自控部分完成从分散到熟化整个工艺流程的自动控制。人工将干粉倒入料仓，经计量下料器精确计量进入水射流器。清水罐中的水由清水离心泵输出，经电动阀及电磁流量计调节计量，以一定的压力进入水射流器后高速喷出，形成局部真空，产生负压，携带经精确下料器计量的干粉，强制混合，再经提升泵提升，完成干粉和水的初步混合，依次流经单向阀、手动蝶阀、电动阀，再输送到熟化罐中进行熟化，完成聚合物的溶解输送过程。

水射流分散装置的额定配液浓度为5 0 0 0 m g/L(最大配液浓度6 0 0 0 m g/L)，整机功率1 8 k W，额定供水量为8 0 m3/h，每天的额定配置母液量为1 9 2 0 m3。

二、水射流分散装置工艺原理

1.工艺流程

根据聚合物分散工艺要求，必须能够对聚合物干粉和水分别进行计量，并充分、均匀地混合。因此，直接射流型分散装置包括供水及计量系统、聚合物干粉下料及计量系统、射流混合系统和自动控制系统。

(1)供水及计量

为分散装置提供满足压力要求的、流量平稳的水流，并对水流量进行计量和调节。确保系统检修或出现异常时能及时切断系统水源，该流程设置手动控制功能。

(2)聚合物干粉下料及计量

可存储聚合物干粉并根据设定的参数控制下料速度，对下料量进行计量。可根据用户需求，提供不同的计量模式，以满足聚合物母液配制精度，下料最高精度可达1%。

(3)射流混合

在水力射流的作用下使经过计量的聚合物干粉颗粒之间相互分离，干粉颗粒与水充分润湿，最终使聚合物干粉与水进行充分、均匀的混合。同时在下料前及下料过程中施加旋转水流对过流部件进行冲刷，防止干粉聚结堵塞。

2.配置原理

聚合物水射流分散工艺通过独特的射流混合装置、相关的聚合物干粉下料及计量系统、供水及计量系统和配套的自动控制系统来实现。工作时水由射流混合装置的喷嘴高速喷出，在喷嘴出口处形成负压，将聚合物干粉吸入装置。在扩散段，高速水流在管内形成强烈的涡流，具有剧烈的切割搅拌作用，保证了聚合物干粉的充分润湿，可有效防止干粉聚结使配制的聚合物溶液形成“鱼眼”和粘团。

聚合物水射流分散工艺较传统的风力分散工艺减少了溶解罐、搅拌器、超声波液位计、螺杆泵、鼓风机、水粉混合器、液位开关等部件和流程，大大简化了聚合物分散工艺，降低了工程投资和运行成本。

(1)工艺简化及降低投资

聚合物水力直接射流分散工艺较传统风力分散工艺减少了搅拌溶解和螺杆泵输送流程，大大简化了干粉分散润湿工艺；较老式的水幔式分散工艺流程更简单、占地空间更小、操作更简单，每套装置最高可节约投资8 0万元。

(2)节能降耗

由于减少了很多动力设备，比如鼓风机、溶解罐搅拌机、混出泵等，大大降低了能源消耗，整机装机功率由原来的3 5 k W减少到1 8 k W，起到了很好的节能降耗效果。

(3)降低维修成本

因工艺流程相对比较简单，减少了很多的大型设备，所以使用过程中，设备的维修费用会有很大的节省，维修的工作量减少，人工成本降低。

三、水射流分散装置运行中的不足及改进

1.分散装置接料斗处经常返水

母液配置的过程中，先打开供水阀，后打开母液阀，然后启动提升泵，最后启动清水泵，但是一整套程序设定好后，往往在执行的时候总有几秒钟的偏差，如阀门未及时全开、流程提前送水，使清水从接料斗中返出，造成分散装置返水的现象。分散装置返水就会带着下料器中的干粉一起流到分散装置溢流口处，返出的水粉混合物由于混合不均匀极易结块堵塞溢流口。而且溢出的水粉混合物流到操作间地面上，容易污染环境。

2.母液配置质量较差

与水幔式分散装置相比，水射流分散装置减少了一个让配置母液初步熟化的一个溶解罐。水幔式分散装置清水与干粉的混合是在一个较小的溶解罐中进行，并且配置了一个小型的搅拌机，母液在溶解罐初步混合后经过混出泵排出。水射流分散装置减少了清水与干粉初步混合的环节，直接用喷射器喷射出来的清水在接料漏斗中形成漩涡，把下料器下来的干粉以冲刷的形式瞬间带走，最终到母液熟化罐中经搅拌机搅拌熟化。一旦熟化罐的搅拌机出现问题，配置母液的熟化程度就会受到很大的影响。

3.下粉器处干粉易结块

母液配置的过程中，由于射流出来的清水易产生水汽，使空气潮湿，而下粉器内的干粉遇到水汽极易结块，并粘附到下粉器四壁，长时间运行，干粉结块越来越多，就会造成下粉器堵塞，下粉困难，影响母液配置。所以必须定期对下粉器四壁粘附的干粉进行清理，严重的时候需要3天清理一次，增加了额外的工作量。

4.水射流分散装置措施改进

孤东三采中心注聚站在用的6套水射流分散装置中，选取7#站进行改造，改造方法如图2所示。

将分散溶解装置的料仓抬高0.4 m，让出一定的安装空间，在射流器的下粉料斗处增加一台D N 5 0的电动开关球阀，在冲刷管处增加一个D N 1 5的电动开关球阀，配合采用程序自动控制，可以彻底解决分散溶解装置的返水问题。

抬高分散装置意味着增加了下粉器与接料斗中清水的距离，射流清水产生的水汽不会影响下粉器处下来的干粉，可解决下粉器结块的问题，提高聚合物配置质量。

改造的过程中，去除了原分散装置多余的提升泵。经过试验证明，为分散装置供压的清水泵所提供的0.8 M P a压力，经分散装置混配，整个流程损失压力约0.2 M P a，剩余的0.6 M P a压力足够把混合液传输到熟化罐中，所以改造过程中去除提升泵，减少了1台1 5 k W的动力，大大减少了分散装置的耗电量，比改造前日节电2 6 0 k W·h。

现场改造于2 0 1 2年7月完成，同时对分散装置的运行操作程序进行了一定的调整。

分散溶解装置启动后，首先关闭下粉阀门和冲刷水阀门；阀门关到位后，启动射流泵进入射流状态；当射流正常后，再打开下粉阀门和冲刷水阀门；阀门开启到位后，正常下粉进入工作状态。停止分散溶解装置时，先停止下粉，通过振动去除下料口的浮粉，再关闭两个电动阀门，隔绝水路，设备停止运行，杜绝返水问题的发生。