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混合机
高粘度介质静态混合器的研发与应用
2018-08-01 大野机械技术部

      大野机械南通工厂专业生产混合机,乳化机,搅拌机,混合器,分散机,阻火器,给料阀,容器等非标混合设备.

      其结构由水旋转段、母液分散段和水与母液混合段构成。经试验,该混合器在井口处的母液混合液粘度比普通静态混合器的提高了20%以上,能满足油田注聚要求。

  黑龙江省大庆市,163318随着石油和石化工业生产工艺要求的提高,经常遇到高粘度介质与低粘度介质混合的情况,应用普通静态混合器混合均匀度满足不了要求,采用搅拌混合,既消耗能源又降低经济效益。大庆油田注聚采油过程中,由注入中低粘度聚合物改为高粘度聚合物,出现了原有工艺中的普通静态混合器混合效果不好,达不到混合后的粘度要求等问题。为此,笔者开展适合于高粘度介质混合的静态混合器的研发与应用工作。

  1聚合物注入工艺聚合物注入工艺是在地面将油田高压回注水(16~17MPa)与聚合物母液按一定比例(1~44)混合后,通过注聚井注入地下的地层从而达到驱油的目的。中的高压静态混合器是保证水与聚合物母液均匀混合的重要设备,混合效果对驱油起到关键性的作用。混合效果的判定是分别在注聚井口(中A点)和混合器出口(中B点)进行取样,检测聚合物母液混合液的粘度和浓度,根据模拟试验数据定出粘度和浓度大于或等于油田规定数据的标准,且以井口的采样数据(A点)为依据性数据,混合器出口的采样数据(B点)为性数据。

  随着油田的开采和油层的性质发生改变,特别是在油田开米的中后期,由过去注入低、中粘度聚合物,改为注入高粘度聚合物,原有适合于低、中分子量聚合物与水混合的普通静态混合器,用于高、超高分子量聚合物与水混合,出现了混合效果不均匀,聚合物母液混合液取样粘度很低,不能满足注聚要求等问题。急需研发一种适用于高粘度的静态混合器用于油田生产。

  2普通静态混合器普通混合器是将低、中粘度聚合物与水通过管道一起输入到混合器,在混合器内完成混合过程。混合器由一段圆管并在圆管中安装多个混合单元构成。经常使用的混合单元有K形单元和X形单元122)。

  混合单元对普通混合器结构进行了初级改进,分别采用了全部是不同旋向K形单元的结构、全部是互相为90°X形单元的结构或K形单元与X形单元组合式结构。经试验证明,对于高粘度聚合物的混合效果没有提高。

  3高粘度聚合物静态混合器研发的高粘度聚合物静态混合器结构如所示,水入口法兰1与来水管线连接,母液混合液出口法兰12与母液混合液管线连接,母液入口法兰4与母液来液管线连接;来水管段2内安装同旋向的K形单元3母液混合液管段7内安装4母液入口法兰;5缓冲室;6母液分散管;7母液混合液管段;8 X形单元9内管;10外管;11环形板;12混合液出口法兰互为90°X形单元8两段之间安装母液分散段,包含母液入口法兰4母液缓冲室5和母液分散管6母液分散段由内管9、外管10、分散管6和入口法兰4组成,外管直径大于内管直径,在内管和外管两端部用环形板11封闭,内、外管和环板形成的环形空间作为母液缓冲室,在内管安装互为90°母液分散管6在分散管迎向来水的180范围内钻有按一定几何形状布置的小孔(b)母液通过此小孔进入内管与水接触。来水管段和母液混合液管段分别插入内管,并与内管焊接。

  4工作原理超高粘度聚合物母液静态混合器工作原理旋转段主要由同旋向K形单元构成,当水从入口进入此段,K形单元使水流束产生旋转流动,其轨迹为螺旋线形。根据混合器的处理量,即水的流量和内管直径,适当布置K形单元的数量,使水流速的周向分量Ut和轴向分量Ua达到所要求的数值。

  分散段由聚合物母液缓冲室和分散管组成,聚合物母液从入口进入该段,考虑到聚合物母液来液是由柱塞泵提供的高压,为消除母液来液的压力波动,首先在缓冲室进行缓冲,压力稳定的母液进入安装在内管上的分散管,分散管在迎向来水的180范围内开有小孔,母液从这些小孔中被压出,在分散管外形成多个母液柱,分散管顶部孔产生的母液柱受到具有流速Ut的水流作用力,受到剪切和弯曲力的联合作用,在母液柱的根部即靠近分散管外表面,作用力最大,母液柱形成是逐渐由短变长,作用力也随之由小变大,当作用力大于母液柱的抗剪强度时,母液柱从分散管上脱离。产生在分散管侧面孔的母液柱,主要受水轴向流速认的作用力,作用原理与分散管顶部孔产生的母液柱相类似。脱离后的母液柱在其表面张力的作用下,形成球状分散到水流中,达到了母液在水中分散的目的。理论分析表明,当母液柱的长度为其直径的1.0~1.2倍时,母液柱脱落和成球性最好,按此原则由水流量、母液配比量及物性等参数,计算水的Ut和认值,由此对混合器进行水力部件的结构设计。

  混合段安装互为90°X形混合单元,此段的作用是将分散在水中的小球状母液与水进行机械混合,根据分析和试验结果,此段不宜过长,具备一定的机械混合作用即可,否则会使聚合物降解降粘。

  5试验与应用高粘度聚合物母液静态混合器研发完成后,在大庆油田责任有限公司第四采油厂进行试验。选取己安装普通混合器的两口注聚井,进行为期1个月的定期采样,分别测量混合器出口和注聚井口聚合物混合液的浓度和粘度,并做记录。而后更换为研发的混合器,并作取样测量记录。表1是试验测量的数据,表2是混合液粘度对比。

  表1两种混合器的试验数据普通混合器高粘度聚合物母液混合器井号采样点井口混合器出口采样点井口混合器出口样品粘度浓度表2更换混合器前后母液混合液粘度对比井口粘度混合器出口粘度井号更换前更换后提高率更换前更换后提高率由表2可看出,两口井在井口处混合液粘度分别提高了368%和200%,混合器出口处混合液粘度分别提高12 2%和159%.研发的新型静态混合器混合液粘度有了较大的提高,井口处大于30mPa°s达到油田注聚的标准。普通与研发的混合器使浓度变化很小媒为350号导热油。导热油在使用过程中,受热超温时会分解聚合而沉淀形成残炭,残炭会附着在管束外面和壳体内壁上,形成炭积层|51.厂家在设备试运行之前,尽管对壳程进行清洗,但是常规的化学清洗(清洗剂、碱液及清水清洗)方法难以将壳程结存的油垢和积炭洗净。两台反应器爆炸事故现场证明了设备内壁和列管外表面存在大量的油垢和积炭(3)。

  前面己经提及熔盐的成分和组成。其中硝酸钾、硝酸钠为强氧化剂,亚硝酸钠为还原剂。硝酸盐受热分解生成亚硝酸盐和氧,但是亚硝酸盐又和氧生成硝酸盐。即亚硝酸盐的存在抑制了硝酸盐的分解反应方程式如下:但是由于积炭及油污的存在,生成的氧先和碳反应,生成一氧化碳或者二氧化碳,反应方程式如下:该反应是放热反应。由于生成的氧被碳消耗掉,亚硝酸盐抑制硝酸盐分解的作用消失,而且放出的热量使内部温度升高,进一步加剧了硝酸盐的分解引起恶性循环,致使反应速度加快,最终导致爆炸的发生。在爆炸发生前,反应器的温度显示为280°G而熔盐炉出口温度为260°G这也充分说明反应器内部发生了化学反应。

  忽略其他反应对能量的影响,算出生成上述爆炸能量需要消耗碳大约为288~329kg全部生成一氧化碳)或929~106kg(全部生成二氧化碳)从对反应器的介绍中可以得出壳体内表面及管束外表面的表面积约为259.6m2.由于积炭为非定态,没有固定的密度值,炭材料视密计算可得,壳体内表面及管束表面参与反应的积炭层厚度为0 04~013mm从和中可以看出,在壳体内表面和管束外表面有厚厚的积炭层,远超出这一厚度范围。

  根据事故现场人员的介绍,在甲反应器爆炸前和乙反应器爆炸之后都发生了先冒黄烟后冒灰烟的现象,这是由于硝酸钾按照另外一种模式分解,生成了黄色的二氧化氮,反应方程式如下:个+02个5结束语通过现场的勘察、能量的估算和爆炸发生时的种种迹象,得出发生爆炸的固定床反应器壳程有有机物残余,致使熔盐分解最终导致产生化学爆炸。反应器壳程有机物的残留,是由于所用热煤导热油的高温分解聚合而致,而积炭用常规清洗的方法难以除去,应坚决杜绝通过简单的化学清洗方法,将用导热油等有机物作为热媒质的设备直接改为熔盐加热设备。

 
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