裴煜(大慶第四采油廠地質大隊, 黑龍江 大慶 163511)

鼓風射流型分散裝置在油田被普遍用于聚合物溶液配制，結構如圖所示。聚合物干粉首先通過螺旋下料器進入文丘里管，再由鼓風機輸送至水粉混合頭，與配制水混合后進入溶解罐，經過初步攪拌后由轉輸泵輸送至熟化罐[1]。聚合物的溶解是快過程，熟化是慢過程，干粉的溶解效果不好會影響到熟化，即使后期長時間熟化也不會均勻。

分散裝置流程示意圖

1 攪拌器攪拌能力分析

溶解罐攪拌器負責使聚合物初步溶解，經過觀察和計算，該機構達不到使液體在溶解罐中形成湍流的要求[2]。計算過程如下:

式中:Re為攪拌雷諾數(shù)；d為攪拌器直徑，m；n為轉速，r/s；

ρ為液體密度，kg/m3；μ為液體粘度，Pa·s。

Re=10～30時，可以產生少量的循環(huán)流，但仍屬于層流范圍，受混合液高粘滯力作用影響，使得混合液在罐內出現(xiàn)死區(qū)；Re大于1000，罐內液體方可達到湍流狀態(tài)。

針對此問題，理論上可通過調整攪拌器參數(shù)(葉片尺寸、層數(shù)、安裝方式和攪拌速度)的方式解決。溶解罐實測直徑為1.60m，當提高5倍轉速、槳葉增加1倍時，Re可提高至500，達到過渡流狀態(tài)。

此時攪拌功率:

可見，更換電機和擴大攪拌器尺寸難以滿足需要，且受罐內液體停留時間短的影響，此項措施的意義不大。

溶解罐相關參數(shù)表

續(xù)表

2 水粉射流攪拌能力分析

由水粉混合頭噴射出的干粉和配制水有較大的沖擊力。根據(jù)科諾瓦洛夫提出的經驗公式[3]，液體從管口流出到充滿靜水的空間內的射流，距離管口L處射流斷面上的平均流速如下式:

式中:V0為起始斷面處的平均流速；VL為距離起始斷面距離

為L的斷面處的平均流速，m/s；D為噴嘴直徑，m。

由于水粉混合頭噴射口是環(huán)狀結構，配制水和干粉由外殼和芯子的環(huán)形空間內噴出，測得外殼和芯子的間隙為1cm，故理想化認為該環(huán)形空間是由若干個直徑1cm的圓組成的，則D=0.01m；V0=8.4m/s(根據(jù)流量和管徑計算得到)，當L取1.35m時(溶解罐高液位)，代入公式得:

當L取0.45m時(溶解罐低液位)，VL'=2.073m/s

當分散裝置配液時，水粉射流由水粉混合頭進入溶解罐，穿過液體層后在罐底仍可以0.177m/s至2.073m/s的速度流動。由攪拌雷諾數(shù)可知，依靠攪拌器只能在攪拌器附近形成少量循環(huán)流，遠無法達到這樣的效果。因此，采用水粉射流攪拌可以替代攪拌器攪拌。

3 實施方法

對水粉混合頭射流角度調整。水粉混合頭垂直安裝時，射流僅能作用于液面的部分區(qū)域，返混程度不高。若將水粉混合頭射流角度調整后，使液柱產生水平和豎直兩個速度分量，從而強化混合液的返混并延長停留時間。

4 結語

對于已建配制站，按單站日配制量4200m3測算，停運溶解罐攪拌器年可節(jié)電1.15×104kWh；對于新建配制站，按單站4臺分散測算，取消溶解罐攪拌器及配套自控裝置設計可一次性節(jié)約投資10萬元。

[1]李杰訓.聚合物驅地面工程技術[M].石油工業(yè)出版社，2008.

[2]王凱,虞軍，等.攪拌設備[M].化學工業(yè)出版社, 2003.

[3]陳家瑯.水力學[M].石油工業(yè)出版社，1980.