立式灰罐排空缓冲装置的设计与应用

高亚宁，韩号东

（中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆固井公司，陕西西安 710018）

1 研究背景

近年来，随着固井干混站的改造建设，干混站的自动化程度不断提高，散装水泥的大量应用，大大减轻了工人的工作强度，提高了干混站的混配效率。由于干混站主要加装的是水泥，产生的粉尘对人和环境都有较大危害。干混站管线输灰是借助气力输送，管线会承受一定的压力，随着干混站输灰管线的长期使用，管线就会频频磨损、出现砂眼，水泥在气压的作用下从砂眼处喷出，不仅造成资源浪费，而且对环境也有一定的影响（图1）。经检查发现，砂眼的频发区主要是与立式灰罐排空口连接的排空主管线，刺漏后往往会造成环境污染（图2）。

图1 被冲刷表面

图2 管壁上产生的沙眼

2 现状分析

故障主要是由于立式灰罐在排空时，罐内的微小颗粒物在气压的作用下从排空口排出，经胶管线直接击打在排空主管线的内壁上。长时间的击打造成击打处管线越来越薄，致使管线出现砂眼，水泥灰从砂眼处喷出。对立式灰罐排空口进行加装改造，将管线的冲刷面转换到排空装置的胶皮面上，解决排空主管线出现砂眼的问题。

3 设计过程

3.1 设计目标

保证设计在使用中起到保护管线的作用，确保缓冲装置在使用过程中拆装、检修方便，零配件易就地解决，寿命长，并且有很好的缓冲效果。

3.2 设计原理

本设计主要利用了动量定理。由于胶皮垫子具有一定的弹性，表面受到物体冲击时，会产生弹性变形，延长了物体的接触时间，根据动量定理Δmv=Ft，可以确定产生的冲击力减小了。从立式灰罐排出的小颗粒物击打到胶皮上，受到缓冲，使冲击力减小，对排空主管线基本没有冲击力，减少了钢管因冲击而产生的砂眼。

3.3 材料选择

由于金属材料是脆性材料，很容易被立式灰罐所排出小颗粒物冲击而产生砂眼，而橡胶是塑性材料，受到冲击产生可恢复性变形，可以减小对橡胶的冲击影响，体现了橡胶材料的抗磨性和抗冲击性，因此选择橡胶皮垫子作为抗冲击的主要材料。

根据橡胶材料及钢管材料的性质，钢管材料固定性强，选择钢结构作为主要支架，内部以橡胶皮垫作为主要抗冲击面。这样不仅起到了保护管线的作用，又使缓冲装置的使用寿命得到延长。

3.4 选择加工工艺及连接方式

由于立式灰罐排空口采用的是2 英寸球阀作为控制开关，此处的连接需选择2 英寸钢管，并且一端带与球阀牙型相同的外螺纹，采用螺纹连接（图3）。考虑到立式灰罐排出的气压一般在0.2～0.3 MPa，因此排空缓冲装置必须有一定的承压能力，经多次选择试用，决定选用4 英寸的无缝钢管，长度为250 mm，与2 英寸钢管之间采用转换接口，通过焊接连接。排空装置底端采用法兰盘做堵头，考虑到橡胶垫子长时间使用后的更换需求，底部采用容易拆装的螺杆连接，将法兰盘与4 英寸管线连接。法兰盘内部垫胶皮垫子，考虑到密封的原因，所垫的胶皮垫子必须略大于钢管直径。缓冲装置与排空主管线之间采用胶皮管线连接，由于排空立式灰罐排空口直径为2 英寸的球阀，为保证排空时气压平稳，缓冲装置出口也采用2 英寸的管线，顺着气流方向与竖直方向夹角为40°。

图3 连接方式

4 使用效果对比

4.1 使用寿命

该排空装置经干混站1 年的使用，将法兰盘堵头拆卸后检查胶皮垫，发现胶皮垫几乎没有磨损，检查排空主管线也没有出现砂眼；而传统的排空接法，排空口直接对着主管线，使用3 个多月管壁就会出现麻点。由此可见，该缓冲装置对排空主管线防治砂眼起到了作用，达到了预期效果。

4.2 维保操作

本设计缓冲装置在使用中，磨损最严重的是胶皮垫，只需拆下法兰堵头就可更换胶皮垫。而传统的排空接法，磨损的主要是排空主管线，在管线出现砂眼刺漏后，其修复和更换非常困难。因此，该排空设计在使用上和拆装更换上都大大优于传统的排空接法。

4.3 经济性

缓冲装置在加装前，排空主管线使用1 年后陆续会出现刺漏现象，检修时需要补焊主管线，当管线刺漏严重时需要将主管线隔断重新补装新管线，耽误生产，影响配灰，产生的直接及间接成本高。加装缓冲装置后，排空作业远远降低了对排空主管线的磨损，只需定期更换胶皮垫，材料及维护成本低，不影响生产配灰作业，使用的经济性好。

5 结论

通过本装置的设计及应用，解决了干混站排空管线磨损问题，节约了大量材料费用，降低了粉尘污染，日常维护保养方便，降低了劳动强度，创造了良好的效益，推广应用价值高，目前在其他固井干混站立式灰罐排空管线进行加装和应用，使用效果较好。