粉料自控上料装置研究与应用

白　俊

粉料自控上料装置研究与应用

白俊

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452）①

通过研究各种气力输送技术、流化破拱技术和失重式称重技术，结合海上采油平台露天生产环境和聚合物粉料特性，研发了一种能够全天候工作、连续可控的自动化程度非常高的粉料自控上料装置，满足了全面注聚系统聚合物粉料运输、储存、连续下料的要求。

粉料；注聚；自控上料；气力输送；海上油田

随着渤海湾海上油田注聚规模逐渐扩大，特别是SZ36-1油田Ⅰ期、Ⅱ期全面注聚系统的投产运行，单套注聚系统聚合物粉料日用量已经达到30 t／d。常规的人工搬运加料和螺旋给料机计量输送已经不能满足大规模全面注聚系统的生产需求。由于海上采油平台露天生产环境和聚合物粉料不能在潮湿环境下输送的特殊性，为了确保在暴雨、严寒、风暴等极端恶劣的自然条件下能够正常安全生产，因此亟需一种能够全天候工作、连续可控的自动化程度非常高的聚合物粉料自控上料装置，用于代替人工搬运加料和螺旋给料机计量输送，以减轻操作人员工作负荷，提高测量控制精度和聚合物母液品质，满足全面注聚系统聚合物粉料运输、储存、连续下料的要求［1］。

1　技术分析

1.1气力输送技术

在粉粒状散料流体管道输送技术中，气力输送是效率最高、能耗最低、应用最广泛的一种技术。从气源类型分，气力输送主要包括吸送式、压送式和混合式，即负压式、正压式和正负压组合式。从气固两相流运动状态分，主要包括稀相气力输送、密相气力输送和栓流气力输送［2］。在工程应用中，通常将2种分类方式组合应用，如负压稀相气力输送。

通过研究各种气力输送类型的技术特点和聚合物粉料特性，结合海上油田采油平台特殊应用环境，采用正压密相气力［3］输送技术和密闭输送工艺进行粉料输送。该技术以干燥洁净的压缩空气为动力源，将粉料与压缩空气按一定比例混合后形成段塞状，以3～7 m／s的速度通过专用管道（软管）将粉料从移动储料罐输送至平台固定储料罐中。该技术具有料／气比高、输送能力大、输送距离远、能耗低等特点。

1.2流化破拱技术

粉粒状物料在罐体类容器内储存和下料过程中，极易在罐筒体与锥形下料斗结合部、锥面及下料口等部位堆积，形成“挂壁”、“鼠洞”、“起拱”现象［4］，影响了粉料流动效果，严重时还会堵塞下料口。解决这些问题的方法主要有振动和喷气2种，采用的设备有空气炮、喷气嘴、振动锤、喷气振动垫等。目前，喷气振动垫是应用最广泛、最有效的一种流化破拱设备，集合了振动流化和喷气流化的共同效果。

1.3失重式称重技术

失重式称重技术以称量装置及物料为一个整体，称重模块定时对其进行质量信号采样；并计算出单位时间内质量的损失，得出物料被送出的瞬时流量［5］，再通过各种软硬件滤波技术进行处理，得出实际给料速度。将实际给料速度与设定给料速度进行对比，其偏差通过PID运算，使用变频器控制螺旋给料机的转速，使实际流速在设定流速规定的范围内变化。当称重斗中的物料达到称重下限时，螺旋给料机按当前转速固定输送粉料，同时控制料仓里的物料以秒级的速度下到称重斗内。当装料到称重上限时停止装料，恢复原来的粉料称重检测与控制模式，继续输送粉料。

2　装置组成结构及功能

结合海上采油平台有限的空间结构、露天生产环境和大规模注聚系统开发实施方案，综合正压密相气力输送技术、流化破拱技术和失重式称重技术3种技术，对储料罐采取特殊的结构设计，开发出了适用于海上采油平台的橇装化［6］的粉料自控上料装置。

粉料自控上料装置大致可分为4个组成部分：即气力输送单元、储料单元、计量输送单元以及控制系统，如图1所示。

图1　粉料自控上料装置结构

气力输送单元主要由压缩空气橇、储气罐橇、移动储料罐橇［7］、气力输送专用管线及附件、配套仪表阀门等组成，目的是将移动储料罐中的聚合物粉料通过干燥洁净的压缩空气输送到储料罐中，输送能力达15 t／h，单个移动储料罐容积达7 m3。

储料单元主要由采用特殊结构设计的聚合物粉料储料罐、用于流化破拱的流化盘及除尘器、粉料专用仪表阀门、安全阀、爆破膜等组成，目的是储存聚合物粉料，并给下游设备连续供料。储料罐容积60 m3，采用卧式结构，分别设置2个加料口和2个下料口。

计量输送装置主要由失重式称重模块、称量斗、支架、变频器、变频电机、减速电机、螺旋给料机、搅拌器、控制器、仪表阀门以及粉料专用软管等组成，目的是连续精确计量并控制进入下游设备的粉料流量。粉料最大下料速度500 kg／h，且在100～500 kg／h之间连续可调。

控制系统可采用PLC系统，也可采用DCS系统，主要包括由CPU控制器、输入输出模块、通讯模块、电源模块、空气开关、信号连接端子等组成的控制柜，以及由空气开关、断路器、电磁启动器、变频器等组成的电气柜。

3　现场应用

将拖船运来的盛装聚合物粉料（聚丙烯酰胺粉料［8］）的移动储料罐橇卸至平台顶甲板指定的生产区域。当需要向平台固定储料罐中输送粉料时，将移动储料罐橇吊装至气力输送生产区域，利用带快速接头的不锈钢软管将移动储料罐橇的进气口、出料口分别与储气罐橇的气源管线接口和固定储料罐的进料口连接。待准备工作完成后，揿下现场操作柱上的启动按钮，控制系统自动启动上料流程，利用压缩空气将移动储料罐中的粉料输送至固定储料罐中。为了减少损失和避免环境污染，在固定储料罐的顶部设有第1除尘器，实现固气分离，固体粉料回落至固定储料罐中，气体通过控制阀排空。由于平台空间有限，固定储料罐采用卧式结构，配置流化盘，确保储料罐内粉料分布均匀、下料顺畅。储存在固定储料罐中的聚合物粉料通过罐底的出料口，在气动蝶阀的控制下进入配有失重式称重模块和搅拌器的计量输送装置橇中；经过失重式称重模块计量和控制系统流量调节控制后，由螺旋给料机输出至下游设备管线接口。固定储料罐需要用干燥空气进行吹扫除湿并维持微正压操作。计量输送装置橇的排气口与第2除尘器连接，下料过程中含有少量粉尘的气体通过第2除尘器进行固气分离，固体粉料回落至定期清理的残余粉料接收桶，气体在抽风机风力作用下排空。

在现场实际应用过程中，粉料自控上料装置由注聚系统DCS统一控制，可实现远程控制设备启动／停止、进行粉料流量调节、监测系统运行状态等功能。装置可由中控操作人员手动控制，也可由程序进行全程自动控制。

4　结论

1）经过SZ36-1油田I期、II期注聚系统生产现场应用验证，粉料自控上料装置的结构组成和功能参数设计合理，同时解决了聚合物粉料海上运输、储存和输送问题，满足了粉料日用量超过30 t／d的注聚系统生产需求。

2）采用橇装化结构设计节约了平台空间，用1个容积60 m3的储料罐和若干个容积7 m3的移动储料罐就能提供全面注聚系统7 d连续生产所需的粉料量。

3）大幅降低了现场操作人员的工作强度，只需连接几个快速接头，开启几个手动阀门，在中控室或现场就可启动加料装置，且粉料输送能力达到15 t／h，提高了工作效率。

4）给下游设备提供粉料的仪表测量精度达到±0.5%、控制精度达到±1%，提高了注聚母液的品质。

5）适应各种天气环境，能全天候工作，保证注聚系统正常稳定运行；自动化程度高，有利于海上采油平台注聚系统整体自动化水平的提高。

［1］田宝仁，刘敏，白俊，等.海上采油平台注聚自控上料系统：中国，ZL 2012 2 0338551.5［P］.2013-01-30.

［2］杨伦，谢一华.气力输送工程［M］.北京：机械工业出版社，2007：7-14.

［3］黄绮锋.正压密相气力除灰尘系统的特点及应用［J］.科技风，2010（14）：225-226.

［4］郝晓琳.气力输送系统中粉料流动机理及实验研究［D］.青岛：青岛科技大学，2006.

［5］李新桥，任芊，黄友之，等.新型失重式连续称重配料系统的研究［J］.新技术新工艺，2005（6）：35-36.

［6］冯白羽，林罡，王荣敏，等.长庆油田站场橇装集成化设计研究探讨［J］.石油工程建设，2013（4）：33-36.

［7］田宝仁，刘敏，白俊，等.海上注聚粉料移动储存输送罐：中国，ZL 2012 2 0339368.5［P］.2013-01-30.

［8］张学佳，纪巍，康志军，等.聚丙烯酰胺的特性及应用［J］.化学工业与工程技术，2008（5）：45-49.

Study and Application of Powder Automatic Feeding Equipment

BAI Jun
（CNOOC EnerTech-Drilling&Production Co．，Tianjin 300452，China）

Through studying all kinds of technologies，such as pneumatic conveying，fluidization and weight-loss weighting，and combining special production circumstances of offshore oilfield platforms and characteristics of polymer powder，a new kind of powder automatic feeding equipment，which can work in all weather conditions and be high-automatically and continuously controlled，has been designed and developed to meet the requirements of transportation，storage and feeding of polymer powder for the large-scale polymer injection system.

powder；polymer injection；automatic feeding；pneumatic conveying；offshore oilfield

TE953

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2015.10.019

1001-3482（2015）10-0079-03

①2015-04-

国家科技重大专项“海上稠油油田化学驱技术示范项目”（2008ZX05057-04）

白俊（1981-），男，四川遂宁人，工程师，主要从事海上油气田电仪技术及提高油田采收率技术研究，E-mail：baijun2＠cnooc.com.cn。