鼓风射流型分散装置溶解罐射流搅拌可行性分析

裴煜(大庆第四采油厂地质大队, 黑龙江 大庆 163511)

鼓风射流型分散装置在油田被普遍用于聚合物溶液配制，结构如图所示。聚合物干粉首先通过螺旋下料器进入文丘里管，再由鼓风机输送至水粉混合头，与配制水混合后进入溶解罐，经过初步搅拌后由转输泵输送至熟化罐[1]。聚合物的溶解是快过程，熟化是慢过程，干粉的溶解效果不好会影响到熟化，即使后期长时间熟化也不会均匀。

分散装置流程示意图

1 搅拌器搅拌能力分析

溶解罐搅拌器负责使聚合物初步溶解，经过观察和计算，该机构达不到使液体在溶解罐中形成湍流的要求[2]。计算过程如下:

式中:Re为搅拌雷诺数；d为搅拌器直径，m；n为转速，r/s；

ρ为液体密度，kg/m3；μ为液体粘度，Pa·s。

Re=10～30时，可以产生少量的循环流，但仍属于层流范围，受混合液高粘滞力作用影响，使得混合液在罐内出现死区；Re大于1000，罐内液体方可达到湍流状态。

针对此问题，理论上可通过调整搅拌器参数(叶片尺寸、层数、安装方式和搅拌速度)的方式解决。溶解罐实测直径为1.60m，当提高5倍转速、桨叶增加1倍时，Re可提高至500，达到过渡流状态。

此时搅拌功率:

可见，更换电机和扩大搅拌器尺寸难以满足需要，且受罐内液体停留时间短的影响，此项措施的意义不大。

溶解罐相关参数表

续表

2 水粉射流搅拌能力分析

由水粉混合头喷射出的干粉和配制水有较大的冲击力。根据科诺瓦洛夫提出的经验公式[3]，液体从管口流出到充满静水的空间内的射流，距离管口L处射流断面上的平均流速如下式:

式中:V0为起始断面处的平均流速；VL为距离起始断面距离

为L的断面处的平均流速，m/s；D为喷嘴直径，m。

由于水粉混合头喷射口是环状结构，配制水和干粉由外壳和芯子的环形空间内喷出，测得外壳和芯子的间隙为1cm，故理想化认为该环形空间是由若干个直径1cm的圆组成的，则D=0.01m；V0=8.4m/s(根据流量和管径计算得到)，当L取1.35m时(溶解罐高液位)，代入公式得:

当L取0.45m时(溶解罐低液位)，VL'=2.073m/s

当分散装置配液时，水粉射流由水粉混合头进入溶解罐，穿过液体层后在罐底仍可以0.177m/s至2.073m/s的速度流动。由搅拌雷诺数可知，依靠搅拌器只能在搅拌器附近形成少量循环流，远无法达到这样的效果。因此，采用水粉射流搅拌可以替代搅拌器搅拌。

3 实施方法

对水粉混合头射流角度调整。水粉混合头垂直安装时，射流仅能作用于液面的部分区域，返混程度不高。若将水粉混合头射流角度调整后，使液柱产生水平和竖直两个速度分量，从而强化混合液的返混并延长停留时间。

4 结语

对于已建配制站，按单站日配制量4200m3测算，停运溶解罐搅拌器年可节电1.15×104kWh；对于新建配制站，按单站4台分散测算，取消溶解罐搅拌器及配套自控装置设计可一次性节约投资10万元。

[1]李杰训.聚合物驱地面工程技术[M].石油工业出版社，2008.

[2]王凯,虞军，等.搅拌设备[M].化学工业出版社, 2003.

[3]陈家琅.水力学[M].石油工业出版社，1980.