散装物料输送系统用杂物在线分离装置研制

王维国，陈悦军，王秀文，解文芳，谯正武，雷昊天

（1.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，兰州730070；2.长庆油田分公司 机械制造总厂，西安710201）①

在海上钻井平台，散装物料输送系统用于输送钻井所需要的粉状物料（水泥、膨润土、重晶石），国内通常称作输灰系统。近年来，海洋钻井技术和固井技术蓬勃发展，深井、超深井及高压、高温等复杂井的不断增加，对输灰系统所输送物料的性能和配比的要求越来越高。物料的性能和配比不仅取决于物料本身的质量，还取决于输送过程中对杂物的分离程度［1－4］。在国内外海洋钻井平台上，现役的输灰系统在罐体中焊接了一个倾斜45°的隔栅板，用于分离所输送物料中的杂物（固体颗粒、纤维织物），由于没有考虑在线清理杂物，在散装物料输送系统工作一段时间后，固体颗粒堆积过多就会使得输送系统堵塞，导致整个系统的压力升高，从而导致整个系统停止工作，不仅影响了散装物料的输送效率，而且存在极大的安全隐患。

针对这一现状，研制了散装物料输送系统用杂物在线分离装置，成功解决了散装物料输送中杂物的在线分离难题。提高了海洋工程钻井平台的工作效率，有效消除了安全隐患，降低了能耗及生产成本。该项目获得了中国发明专利：岩石捕捉、杂物分离及隔栅在线更换装置（CN 201210241133.9）。

1 结构

1.1 总体结构

散装物料杂物在线分离装置总体结构如图1所示，为撬装结构，便于运输。罐体相对于地面倾斜15°，从下方进料。被罐体内的隔栅分离的固体颗粒会在自重力的作用下而落到罐体底部，定时被清除。

图1 散装物料杂物在线分离装置总体结构

1.2 分离罐的结构

杂物在线分离装置的分离罐的结构如图2所示。

1） 密封装置、固体颗粒挡板和隔板焊接在筒体内壁。密封装置和隔板将罐体分割成工作腔和清理维修腔。旋转密封装置使2个腔既可相互密闭，又可相互连通。

2） 筒体密封板通过销轴和锁紧拉扣连接在罐体外壁上，系统工作时使清理维修腔密封，需要清理或维修隔栅时可以打开。

3） 固体杂物料盒焊接在罐体外壁，密封螺母Ⅱ、旋转翻料手柄、限位旋转套安装在固体杂物料盒上。固体杂物料盒和罐体的工作腔通过旋转翻料手柄可相互密闭，也可相互连通。通过密封螺母Ⅱ可打开和关闭固体杂物料盒，清除分离出的固体杂物。

4） 隔栅旋转装置和旋转扳手通过旋转轴和密封螺母Ⅰ固定安装在筒体和密封装置上。密封螺母Ⅰ上设有定位块，旋转扳手带动隔栅旋转装置可左右旋转180°，定位块准确定位旋转扳手的旋转角度。需要清除隔栅上的纤维织物时，先旋转隔栅180°，打开筒体密封板即可进行清理。隔栅是通过螺栓安装在隔栅旋转装置上，需要更换隔栅时，旋转扳手带动隔栅旋转，打开筒体密封板即可进行清理，拆卸其固定螺栓即可更换。

图2 分离罐结构

2 工作原理

2.1 杂物分离

散装物料输送系统在工作时，气力输送的气固两相流介质［5］通过管线输送到分离罐的进料口，并进入分离罐的工作腔。流动的物料经过隔栅时，固体颗粒从物料中分离出来，纤维织物悬挂在隔栅上。由于分离罐与地面有15°倾角，通过隔栅分离的固体颗粒依靠自重力而落到罐体工作腔下端底部，在挡板前堆积。从而提高了散装物料的质量。

2.2 在线清理固体颗粒杂物

为不影响散装物料输送系统工作，应定期清理分离罐中堆积的固体颗粒物。在系统正常工作的情况下，扳动设置在固体杂物料盒上的旋转翻料手柄，使罐体工作腔和固体杂物料盒连通，沉积在罐体工作腔底部的固体颗粒杂物由于自重力而落入固体杂物料盒中。再扳动翻料手柄使固体杂物料盒与罐体工作腔的连接通道关闭。打开密封螺母Ⅱ并清理出杂物料盒中的固体颗粒杂物。清理杂物时工作腔是密闭的，所以散装物料不会发生泄漏，避免了物料对工作人员健康的伤害和对环境的污染。

2.3 在线清理和更换隔栅

清理隔栅上的纤维织物时，扳动旋转扳手带动隔栅旋转装置旋转，通过设置在密封螺母Ⅰ上的定位块精确定位旋转180°，使得罐体工作腔和维修清理腔中的隔栅位置互换。打开维修清理腔上的锁紧拉扣和筒体密封板，拆下隔栅并清理其上的纤维织物。同时对隔栅进行检修，如果发现隔栅磨损严重或者破损，则对隔栅进行更换。对于隔栅的检修和更换要定期进行。由于隔栅旋转装置旋转了180°，所以工作腔和维修清理腔是先打开后又密封，在清理和维修时罐体的工作腔是密闭的，故不会发生散装物料的泄漏。

3 主要技术参数

系统工作压力 0.3MPa

系统试验压力 0.4MPa

分离颗粒粒径 ＞5mm

罐体直径 400mm

工作腔容积 0.05m3

碎石料盒容积 0.003m3

外形尺寸 1000mm×600mm×400mm

4 关键技术

1） 杂物在线分离装置的分离罐与地面成15°倾角，散装物料输送系统工作时，压力输送的气固两相流介质经隔栅过滤后，被拦截的固体颗粒靠重力沉积到罐体下端底部。

2） 隔栅既可以分离散装物料中密度较小的杂物，例如布条、化工纤维等，又可以过滤密度较大的固体颗粒，例如岩石。

3） 设计了可旋转的隔栅，便于在线清理隔栅上的纤维等杂物，或在线维修、更换隔栅。罐体内部分为工作腔和维修清理腔，2个腔体内部既可相互连通，又可相互密闭，在清理隔栅上的纤维时，或维修隔栅时，工作腔处于密闭状态，不会发生物料泄漏事故。

4） 罐体的工作腔和固体杂物料盒既可相互连通，又可相互密闭，在清理岩石料盒中的固体颗粒时，工作腔处于密闭状态，不会发生物料泄漏事故。

5） 清理和维修工作可在系统工作时进行，提高了系统工作效率和可靠性。

5 厂内试验

5.1 试验过程

1） 按照文献［6－7］的要求在生产车间按0.4MPa试验压力做罐体和输送管道的气密性和保压试验。

2） 用压缩空气代替气固两相流来进行输送系统的各个工作流程试验。

把杂物在线分离装置安装在储料罐和缓冲罐之间的管线上，随同输送系统进行了0.4MPa气密保压试验和模拟物料输送过程试验。进行模拟试验前，在进料口放置了一些碎石和布条。模拟了在线分离装置对物料中杂物的分离流程；模拟了在线分离装置中固体颗粒杂物的清理流程；模拟了在线分离装置在线清理和更换隔栅的流程。

5.2 试验结果

1） 杂物在线分离装置成功地分离了事先在进料口放置的碎石和布条。

2） 操作旋转翻料手柄和密封螺母Ⅱ，在碎石料盒中清理出被分离的碎石。3） 成功进行了隔栅在线的拆卸、清理和维修。试验结果表明，研制的散装物料杂物在线分离装置达到了预期效果。

6 结论

1） 研制的杂物在线分离装置完全满足海洋平台输灰系统散装物料中杂物的分离要求，实现了在线清理和更换隔栅，具有结构简单，操作简单，安装维修简便，安全可靠等优点。

2） 该装置的研制成功为海洋平台输灰系统和煤电粉料输送系统杂物的分离提供了安全、可靠、价格便宜的理想产品，避免了输送系统频繁的停止和起动，改善了工人的劳动条件，提高了散装物料输送系统的工作效率，降低了能耗，节约了生产成本，具有广阔的应用前景和良好的社会效益。

［1］孙明术，黎明军，吉明艳.渤海湾基地输灰装置简介［J］.内蒙古石油化工，2011（11）：60－63.

［2］赵忠杰，赵守明，李清方，等.海洋石油工程船的粉状物料气力输送系统设计［J］.中国海洋平台，2004（4）：37－39.

［3］薄玉宝，钮红兵.长距离气力输送系统与应用［J］.海洋石油，1999（4）：19－23.

［4］刘瑞岐，李开菊，张宏军.气力输送技术在海洋石油工程船中的应用系统与应用［J］.石油钻探技术，2003（4）：39－40.

［5］梁华琼，李爱容，周 勇.超细颗粒的流态化研究现状［J］.四川轻化工学院学报，2003（3）：37－42.

［6］GB／T50369—2006，油气长输管道工程施工及验收规范［S］.

［7］GB／T50369—2003，输气管道工程设计规范［S］.