下灰车卸灰速度的影响因素分析

陈晶

（大庆油田装备制造集团特种汽车制造公司工程车改装厂，黑龙江 大庆 163411）

1 下灰车的整体概述

下灰车的设计是根据气、固两相流体力学和气体动力学两大力学原理来设计。它结合了固定水泥的特点，使用气化设备，利用压缩空气的动力，让固定水泥变为流态而在罐体的管线内流动，最终排出罐外。最主要的用途就是作为油田固井作业的辅助设备。它的特点是罐内的水泥是单独分开存放，可以运输和贮存不同种类的粉粒介质。最大的优点是它的卸料速度较快，罐体的介质剩余率低，卸灰操作简单，施工更加安全可靠。

2 平均卸灰速度的定义

通常说的平均卸灰速度是指下灰车在使用过程中，其排出的粉粒物料的质量与时间的比值即为平均卸灰速度，它的大小可以反映出下灰车的性能优劣。对下灰车的平均卸灰速度影响较大的是卸灰压缩气体的流量和压力以及下灰车的结构合理性等，这些都是影响在排灰过程中管线内气固两相流体浓度以及运行速度的重要因素。气固两相流体浓度是指流体中固体物料同气体量的比值，分为体积浓度和质量浓度两个指标。下灰车的平均卸灰速度同气固两相流体的平均质量浓度成正比例变化，同额定供气量以及额定工作压力也为正比例关系。也就是说，要想提升下灰车的平均卸灰速度，必须考虑两个因素：一是合理的下灰车结构设计，良好的气固流化装置；二是设计好空压机的额定供气量以及额定工作压力。

3 空压机供气量的设计要点

在设计空压机的供气量时必须考率以下几点：一是平均卸灰速度；二是管道气力运输；三是罐内流化态。要想让流化床上部的粉粒物料呈现出流态化，必须让孔板的气流速度大于临界流化的速度才会达到粉粒物料的流体效果。目前使用的大多数下灰车，由于罐内流化装置和气体输送条件的限制，使得气固两相流体在充分混合的过程中总会有一些制约。所以，为了提升下灰车的卸灰速度就必须加大压缩空气的流量。

4 空压机额定工作压力的设计要点

下灰车在卸灰操作时，为了压缩整个排灰的过程，使用的平均卸灰速度是很高的。流态化的气体输送的功率非常大，但在整个过程中其压力损失也相应增加。因此，气源必须具有足够高的工作压力，这样才能弥补流态化过程同粉粒物料带来的压力流失。所以，额定工作压力的设计比卸灰作业带来的压力流失的总量稍大一些就可满足要求。在施工中，通常满足输送压力为200kPa时就能让气固两相流体的质量浓度达到40～300的流态化，这种流体基本可以满足卸灰要求。也就是说，只要下灰车的额定工作压力达到0.2MPa就可以了。如果是高浓度和长途输送，则可以使用更高的卸灰压力。

5 流化装置的设计要点

固井使用的下灰车其显著优势就是具有双罐结构。这种设计的重心低，生产工艺更加简便，可靠性高。在整车上坡时，这种双罐结构可以让内部的水泥不会发生较大的波动，整车的稳定性提高了。气固两相流体的质量浓度对于下灰车的平均卸灰速度的影响是最大的。设计良好的流化装置是提升下灰车平均卸灰速度的重要部件。下灰车的流化装置由两部分构成：流化床和滑灰板。

5.1 流化床的设计

流化床对于下灰车性能的影响最为关键，是下灰车的关键部件。流化床的用途是让罐体周边和滑灰板构成一个封闭气室，让流化床上部的物料可以在压缩空气的作用下达到悬浮状态，使固体物料和气体混合为气固两相流体，并让其在管线内沿设计的方向流动，简单来说就是让固体物料成为流体，使之按照要求排出。见图1。

图1 下灰车流化床简图

孔板总成的用途是连接流化各部件和承托粉粒物料，让压缩空气能够均匀地通过流化床，增强流化效果。通常我们把孔板和水平面的角度设计为物料静态安息角的1/3，也可以按照需要将这个角度调大。固井下灰车的气体分布板一般选择透气、平整度高以及耐高温的材料制作。流化床面积的大小同其结构和罐体的容积、物料的物理特性息息相关。固体物料带出的气流速度和其临街流态化速度是决定流化床面积的决定的因素。如果气量不变时，流化床的最大面积和固体物料的临界流态化的速度为反比关系。如果流化床的面积太大，那么通过气体分布板的气流速度就会比固体物料的临界流化速度小，使得固体物料流化困难，流动性不好，进而导致固体物料的输送失败，造成较高的剩灰率。如果流化床的面积太小，那么气体分布板的气流速度就会小于固体物料的临界流态化速度，就会得到稀相流化床，使得床层稳定的操作行为同设计初衷相脱离，造成排灰不全的现象。所以，在实际的设计中，作者必须要对以上提出的几个因素进行细致地分析，才能使下灰车的整体性能得到提升。

5.2 滑灰板的设计

滑灰板在下灰车的罐体内为左右对称的形式，用途上是为了承载粉粒物料，同时让物料能沿着滑灰板流向流化床。另外，罐体内壁和滑灰板共同组成了封闭气室。为了让固体物料不会产生残留，滑灰板与水平夹角必须大于固体物料的安息角。

6 其它影响因素

以上几个因素是影响下灰车卸灰速度的主要设计因素。另外，在保证各部分结构都符合要求的条件下，要想提高下灰车的效率，还需要注意以下4个方面。

6.1 适量使用润滑剂

由于下灰车的构造较为复杂，配件及各零部件的数量较多，且都为金属。为了各部件的良好配合，应该合理使用润滑剂。如果润滑剂的用量太少，则无法达到润滑的效果，不但损伤部件本身，还会阻碍各部件间的正常配合和使用。如果润滑剂的使用量过多，会导致各部件之间过于润滑，让各部件的配合不受控制，为施工操作带来了阻碍和困难。

6.2 操作前的检查

在下灰车使用前进行检查，不但要检查底盘的车况，还要检查上装各连接部件的情况，阀门的开关情况等。由于下灰车部件众多，各部件以及各管线的连接都很关键，对于整个操作都有着重要影响。其中一个部件出现了问题，很可能影响到整车的操作，如果因此造成了操作事故或者是人员和设备的损伤都不应该。所以，对下灰车进行操作前的检查十分必要，这样可以保证各部件和连接件的正常使用。

6.3 及时维护和保养

无论什么设备，其正常的维护和保养都十分重要。在下灰车的使用前与使用后都应按照使用说明书进行适当的维护和保养，及时更换不合格的零部件，让下灰车的整体性能在使用时达到最好状态，也可以为提升平均卸灰速度加力。

6.4 正确使用和操作

通过本文对于下灰车的论述，我们知道下灰车各部件的复杂性，其需要掌握的操作技术也需要引起足够的重视，特别需要注意以下几点。一是质量变化带来的影响。在固井卸灰作业中，禁止出现下灰车单罐剩灰或者是单罐进灰，否则因前后罐的质量变化而引起整车轴荷的变化，将给下灰车的行驶安全带来隐患。另外还要注意在加压作业时不可移动罐体，使用外接风源接头将罐内的滞留气体流出，防止大量气体进入罐内气室中，导致不必要的事故。二是注意工作压力变化产生的影响。通常情况下，不允许操作的工作压力大于0.3MPa，同时在压力状态下不可使用锐器打击罐体，空压机的转速也不能大于额定转速。这些都是必须严格控制的因素，如果控制得不好，很可能造成作业事故。另外，在开启人孔上盖时，必须先开启防控球阀；保证安全阀的开启压力值为0.35 MPa，同时定时检查和校正安全阀的压力设定值。这样才能让下灰车的罐内压力降低到零，这是保证操作安全和避免人员事故的最简便的方法，需要提高操作人员的安全意识并贯彻到底。三是下灰车在装满水泥后，应关闭进灰管线、放空球阀以及人孔。如果是长期停用，应该使用千斤顶将整车后轮抬离地面，不可让固体物料在潮湿的环境中存放时间过长，否则易让固体物料结块，严重影响下灰车的卸灰作业，降低下灰车的平均卸灰速度，造成生产效率和输送能力的降低。

7 结语

以上因素都会对下灰车的平均卸灰速度造成影响，其中下灰车的结构包括流化床的设计、空压机压缩气体的压力和流量等都是其中的重要因素，而润滑剂、操作前的检查以及良好的维护和保养，也会对下灰车的平均卸灰速度造成一定影响，也应给予关注。要想得到高水平的平均卸灰速度，必须设计出合理的气固混合装置与流化装置，用以提升气体和固体的平均质量浓度。另外，下灰车在特殊的环境条件下，其平均卸灰速度也会受到一定影响，这些可以经过多次的实验和反复计算，以得到最为合理的参数值，这也是未来进一步提升下灰车平均卸灰速度和工作效率的重要方法。只有让下灰车更好地运行，才能有效地提升固井下灰车的平均卸灰速度，才能进一步提升作业效率，更好的为固井作业提供帮助。