【摘要】本研究提供一種超聲空化場疊加的混合裝置。裝置通過電腦工控機(jī)及PLC控制柜組成的超聲追蹤輻照技術(shù)進(jìn)行稠油與藥劑均質(zhì)混合，解決了傳統(tǒng)裝置的諸多缺點。系統(tǒng)由圓板哨超聲發(fā)生器、壓電超聲發(fā)生器、超聲參數(shù)控制系統(tǒng)三部分組成，利用超聲空化場疊加設(shè)計將圓板哨超聲空化場與壓電超聲空化場異頻疊加，使電聲能量轉(zhuǎn)化實現(xiàn)1+1>2的電聲轉(zhuǎn)化效應(yīng)。使物料混合達(dá)到100%的均質(zhì)混合要求。

【關(guān)鍵詞】壓電超聲發(fā)生器；圓板哨超聲發(fā)生器；超聲空化場疊加；超聲追蹤輻照

一、研究概述

目前現(xiàn)有采油技術(shù)中，在油品中添加乳化劑、破乳劑已經(jīng)成為三采中普遍廣泛應(yīng)用的油品技術(shù)[1]。而常規(guī)的添加方法最常見的是管道加注法和儲罐加注法。這兩種方法混合效率低下、能耗高、占地面積大。由于集輸站采用的自然沉降法混合效率低下，藥劑破乳自然沉降時間多在48小時左右。這樣就需要在每個油田的稠油區(qū)塊建設(shè)多處集輸大儲罐，每個罐的容積在5000m3左右，占地面積依塊區(qū)出油量不等而不同。無論在一次性投資建設(shè)還是后期運行、環(huán)保管理等都存在許多問題。罐儲區(qū)所需油泵等其他動力功率在100～200KW左右、檢修費用、運行費用普遍很高。而藥劑與稠油的混合只經(jīng)過管輸混攪、油泵輸送攪拌，效率低下屬于自然態(tài)混合，這種混合工藝及設(shè)備已經(jīng)不能滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求。

傳統(tǒng)的稠油藥劑混合裝置存在以下不足：

（1）噴射混合設(shè)備的能耗大，一般電機(jī)功率都在45KW以上。

（2）集輸大儲罐自然沉降法占地面積大，一次投資高，功耗大100～200KW/站左右且運行成本高、效率低，多屬于自然混合沉降狀態(tài)，間歇工作時間為48小時。

（3）設(shè)備檢修點、泄漏點多，維修費用高。

（4）不適合連續(xù)在線工業(yè)化生產(chǎn)。

二、本研究解決的問題、解決方法及混合裝置系統(tǒng)設(shè)計

2.1需要解決的問題

稠油在物理特性上與普通石油有很大的區(qū)別，在添加藥劑及均質(zhì)混合上使用傳統(tǒng)的工藝方法不僅效率低而且運行成本高，這就需要利用新技術(shù)開發(fā)新設(shè)備來滿足生產(chǎn)需要。而超聲均質(zhì)混合技術(shù)在稠油工藝處理上是目前最好的解決辦法[2]。單頻超聲混合技術(shù)難以解決復(fù)雜的物料混合要求，這就需要采用雙頻疊加轉(zhuǎn)化能實現(xiàn)1+1>2效應(yīng)[3]，并且利用計算機(jī)技術(shù)閉環(huán)追蹤混合效果進(jìn)而調(diào)整超聲參數(shù)來完成混合生產(chǎn)要求，而系統(tǒng)的效率高低決定采用成本的高低。

2.2解決的方法

超聲空化場傳質(zhì)混合過程分為三次強力高效混合[4]：

2.2.1初混：稠油和藥劑混流在圓板哨超聲發(fā)生器形成管道腔式傳質(zhì)，完成強力初混。

2.2.2第二次混合：經(jīng)過初混的混合液壓電超聲發(fā)生器中進(jìn)行微觀強力二次混合。

2.2.3第三次混合：經(jīng)過初混、二混的混液在動力泵的推動下完成第三次傳輸混合。

由于流體動力的激振效應(yīng)圓板哨超聲發(fā)生器源源不斷的形成了管路全空間的超聲空化場，隨著流體進(jìn)入壓電超聲發(fā)生器，二種頻率得到疊加增強放大實現(xiàn)電聲轉(zhuǎn)化1+1>2效應(yīng)。藥劑與稠油在空化場里得到了微觀強力混合傳質(zhì)混合作用。

2.3混合裝置系統(tǒng)設(shè)計

2.3.1電腦工控機(jī)追蹤物化參數(shù)控制系統(tǒng)由電腦工控機(jī)、PLC控制柜、超聲波信號源、動力泵變頻器、通訊模塊、檢測探頭及連線組成。

2.3.2電腦工控機(jī)通過控制PLC程序控制柜執(zhí)行電腦工控機(jī)中各項既定試驗數(shù)據(jù)指令，而數(shù)據(jù)的變化通過超聲波檢測探頭傳輸與PC機(jī)內(nèi)的設(shè)定數(shù)據(jù)自動比對確定追蹤輻照。

三、超聲參數(shù)追蹤輻照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

四、超聲參數(shù)追蹤輻照控制原理圖

五、結(jié)論

項目經(jīng)過試驗結(jié)果如下：

5.1電腦工控機(jī)超聲空化場疊加的混合裝置實現(xiàn)了低輸入功率高輸出聲能轉(zhuǎn)換的雙頻疊加轉(zhuǎn)化1+1>2的電聲效應(yīng)，同比單頻設(shè)備可提高50%左右的效能。

5.2根據(jù)工藝需要通過調(diào)節(jié)電腦工控機(jī)內(nèi)輻照強度參數(shù)，混合效果可達(dá)100%，可實現(xiàn)在線連續(xù)工作。

5.3混合效率高、運行費用低，比傳統(tǒng)裝備可提高效率50%以上。

5.4占地小、無泄漏點、可實現(xiàn)無污染環(huán)保作業(yè)。

5.5適用行業(yè)范圍廣、處理能力大、解決了工業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)備產(chǎn)能問題。

參考文獻(xiàn)

[1]周鐵金.遼河稠油破乳脫水綜合技術(shù)實驗研究.渤海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，6：113～116.

[2]孫寶江，喬文孝，付靜.三次采油中水包油乳狀液的超聲波研究.石油學(xué)報，2000；21（6）：97～101

[3]劉巖.兩種不同類型的聲場與聲化學(xué)產(chǎn)額的關(guān)系.物理化學(xué)學(xué)報，2001，17（11）：1031～1035

[4]袁易全.近代超聲原理與應(yīng)用[M].江蘇：南京大學(xué)出版社，1996

2013年遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項目（L2013525）