立式锥型混料机在陶粒行业混料效果的研究*

王菊侠 刘 挺 赵 爽 王 超 郑 鹏

(陕西省石油化工研究设计院 西安 710054)

前言

在进行石油和天然气开采时，采用陶粒支撑剂作为油气井裂缝的支撑材料，可以提高油气产量。随着低渗透油气田越来越多，使得陶粒支撑剂得到了广泛的应用。研究表明，陶粒支撑剂可使油井产量提高30%～50%，并可延长其服务年限[1～3]。由此可见，陶粒支撑剂的质量对油气田的开发有重要的意义。目前生产的陶粒支撑剂主要采用高铝矾土与矿化剂、成形剂等原料加以混合，经造粒、煅烧而成。烧结制品的性能在很大程度上取决于混合料的混合质量，即混合料中各组元分布的均匀程度与存在状态，同时混合料的混合质量还影响压制工艺和烧结工艺。国内主要采用机械混合法混料，陶粒生产混料的均匀度，在配方确定后是影响成品质量的一个重要因素，影响混合均匀度的参数有混料机的类型、转速、填充系数、混料时间以及混合料组元的颗粒性状、细度、密度和混合时所用的添加剂的特性等[4]。各原辅料所含金属成分不同，密度不同，加之因含量差异大、粒度小，短时间混料均匀度很难达到理想状态，混料时间过长又增加了生产成本。因此，合适的混料方式和时间显得尤为重要。

笔者针对陕西某石油压裂材料有限公司生产的石油压裂支撑剂陶粒砂生产线使用的上海申银集团15 m3立式锥型混料机的混料效果进行研究，获得理想的混料方式和混料时间，降低了生产成本，提高了产品质量。

1 材料与实验方法

1.1 材料

1)铝矾土。产地为山西阳泉；细度为325目标准筛网通过率>99.5%。

2)辅料A。产地为河南；细度为325目标准筛网通过率>99.5%。

1.2 混料设备

VSH-B型立式锥型混料机的主要设备参数如表1所示。

表1 VSH-B型立式锥型混料机主要设备参数

注：设备为上海申银机械(集团)有限公司生产。

1.3 试验方法

采用电子自动配料系统进行配料，各物料按配方要求称量后，通过U型螺旋输送至混料机混合。立式混料机采用V型混料仓，沿着混料仓壁安装2个可进行公转和自转的混料螺旋，借助螺旋搅拌并将物料扬起，在多次这样的运动中达到将物料混匀的目的。为了既经济又能获得较好的混料效果，笔者分别对物料在3种不同给料方式下混合15 min、20 min、25 min、30 min、35 min、40 min、45 min、50 min后，选择12个点取样，混合后进行检测比对。因组分A含量较低，对产品性能影响比较明显，因此，为了验证给料方式对混料性能的影响，本实验研究组分A在不同时间3种给料方式下混合料中的含量来评价混料效果。

图1 混料机示意图

根据物料混合均匀度对成品质量的影响以及混合料中各组分的含量，本实验采取分析含量较少的辅料A的含量来评定混合效果，根据配方计算出混合料中组分A的含量为2.8。

2 结果与讨论

2.1 实验结果

根据配方要求将各个组分用称量斗准备称量，打开混料机分别同时开始给料(中间给辅料A),先给铝矾土再给辅料A,3种方式进行给料，物料全部进入混料机后开始计时，在不同时间点停机取样进行成分检测。

2.1.1 同时给料方式混料

给料方式一。将称量好的原辅材料，同时开始放料，在原料全部进入混料仓后开始计时，不同时间点的检测结果如表2所示。

表2 同时给料方式下不同混料时间辅料A的检测结果(%)

2.1.2 分别给料方式混料

表3 分别给料方式下的混料不同时间后辅料A的检测结果(%)

给料方式二。先将铝矾土完全放入混料仓后，再将辅料A放入混料仓，然后开始计时混料，具体混料结果如表3所示。

2.1.3 中间给料(辅料A的输料)方式混料

给料方式三。调整给料时间，辅料A在铝矾土下料3 min后开始给料，在铝矾土给料完毕前1 min完成给料，然后检测其在不同混料时间下辅料A的含量，具体结果如表4所示。

表4 中间给辅料A的给料方式混料不同时间后辅料A的检测结果(%)

2.2 结果分析

由上述结果可以看出：给料方式一，随着时间增加，辅料A的含量缓慢上升，在混料时间达到50 min时，混合料中辅料A的含量最接近理论计算结果；给料方式二，辅料A的含量随时间的增加也在缓慢上升，但是其含量变化波动较大，在混料时间为50 min时，其混料效果远没有达到混料要求；给料方式三，在混料时间为30 min时，混料效果达到了理论计算结果，且随着混料时间的延长，其辅料A的含量不再明显波动。

影响粉末混合效果的因素有很多，物料的物理性状，如细度、密度、流动性等，这些都对其混合效果有很大的影响，物料的磁性、静电等也会影响其混合效果。本实验中铝矾土和辅料A细度相同，流动性一致，而且均不携带静电，但是辅料A的密度略大于铝矾土，其含量很小，可以排除其对混料效果的影响。

由上述结果可以看出，本实验中给料方式不同，物料的混料效果也不同。给料方式三优于给料方式一，给料方式二最差。在给料方式二中，物料分开给料，在混料仓中上下界限分明，而立式混料机主要是通过圆周运动和螺旋翻动将料由底部提至料面后分散开，多次运动后混合均匀。给料方式二中，辅料A堆积在一起，混合时不容易分散开，造成不同混料时间下的检测结果波动较大，混料时间为50 min时，其混料效果还未达到理论计算结果，要将辅料A均匀分布在整个料仓内就需要更长的混料时间，这样就降低了混料机的工作效率，提高了混料的生产成本。给料方式三中，辅料A在加料时已经在料仓切面分布比较均匀，经过30 min的圆周搅拌和螺旋翻动后容易达到均匀分布。由此可以看出，给料方式三，将含量较少的辅料A在给料时与主料进行一定程度的混合，更容易获得均匀的混合料，其最佳的混料时间为30 min。

3 结语

影响混料机混料效率和混料效果的因素还有很多，在目前环境下，含量较少的辅料A给料时与主料进行一定程度的混合，在混料时间为30 min时混料效果最佳，生产成本最低，随着条件发生变化影响效率还可能有所差异。