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聚合物分散裝置是三次采油聚合物母液配制的核心裝置，它的作用是將聚合物干粉顆粒均勻地散布在一定比例的水中，并使聚合物干粉顆粒充分潤濕，為下一道工序“熟化”（即攪拌溶解使聚合物與水充分混合溶解）準備條件。它的運行好壞直接影響聚合物母液的溶解質(zhì)量、注入液的各項指標，以及對分散出口過濾器、熟化攪拌機、轉(zhuǎn)輸設(shè)備、注入設(shè)備（注聚泵，一般為三柱塞泵）及用能情況都有較大影響。而影響溶解的設(shè)備主要是水粉混合頭、攪拌機、溶解罐液位，水與聚合物干粉的初溶（初步溶解）效果直接影響聚合物母液的物性和后續(xù)注入運行狀況。

1聚合物分散裝置發(fā)展概況

20世紀90年代初，孤東油田最早使用美國Pfizer公司生產(chǎn)的聚合物分散裝置，下粉器控制采用可控硅直流變速電機、排液泵排量采用機械凸盤式控制，下粉和混輸只能是手動調(diào)節(jié)，采用電極式液位計，只有高、中、低三種液位輸出狀態(tài)。液位控制只能是極限液位控制，罐滿液位時停止進水、進藥；中液位時開始啟動攪拌機攪拌；在罐低液位時停排液泵。為保持進水、進粉的連續(xù)，常設(shè)定排液速度略大于進水速度。而后來隨著變頻器的普及應(yīng)用，大港總機廠、張家口總機廠、勝利油田總機械廠生產(chǎn)的國產(chǎn)化分散裝置中對這些設(shè)備進行了三個方面的改進。

1.1液位計由電極式液位計改為靜壓式液位計，或靜壓和電極聯(lián)合控制的液位控制方式，兩種液位計的性能對比如下。電極式液位計的優(yōu)點：價格便宜，安裝調(diào)試簡單，無功耗，采用不銹鋼材質(zhì)，壽命很長。缺點：因長期在初溶的高濃度聚合物和高礦化度的清水環(huán)境下，極易在電極頭上結(jié)塊、結(jié)垢，造成控制失靈，引起冒罐或分散裝置停止工作的故障，并且不能準確反映罐內(nèi)液位，在值班室的終端微機上也不能反映連續(xù)液位。靜壓式液位計的優(yōu)點：采用膜片式靜壓測試，電腦芯片數(shù)據(jù)處理，通過誤差校正程序，保證測試數(shù)據(jù)的線性，可以準確測量罐內(nèi)液位，抗干擾能力強，抗沖擊。接觸材質(zhì)是不銹鋼，壽命較長，以4-20mA標準信號輸出遠傳，在終端微機上顯示連續(xù)液位狀況，與其他自動化設(shè)備組合實現(xiàn)開環(huán)、閉環(huán)控制，與測試介質(zhì)接觸不會影響其測試精度，技術(shù)成熟，設(shè)備穩(wěn)定性好，不易損壞。

1.2下粉機控制由原來的可控硅直流電機，改成小功率三相交流電機，其工作變得更加準確，控制更方便，與PLC連接更加可靠。

1.3排液泵控制排液泵（輸送初溶聚合物母液的輸送泵，通常為螺桿泵）廢除機械調(diào)速，采用變頻調(diào)速。機械調(diào)速：皮帶、凸輪磨損快，故障率高，并且電機工作時功率因數(shù)低，只能手動調(diào)速，無法與自動控制設(shè)備連接實現(xiàn)閉環(huán)控制；價格便宜。變頻調(diào)速：工作穩(wěn)定，操作簡單，并且通過優(yōu)化參數(shù)可以達到節(jié)電目的，最大優(yōu)點是可以實現(xiàn)電子無級變速，并且可以與PLC或自動化二次儀表組合實現(xiàn)精確控制，這也是液位自動跟蹤的前提；缺點是價格稍微高一些。

2液位自動跟蹤系統(tǒng)和研制

2.1分散裝置運行特點正常情況下，分散裝置在運行中，分散裝置溶解罐中液位波動變化，排液泵、溶解罐攪拌機間歇運行。圖1-3分別是每配制一個熟化罐（一個配制周期）分散裝置液位的變化和排液泵、溶解罐攪拌機工作的工況圖。從圖1中可以看出，正常工作時溶解罐液位l大部分時間處于中低液位，且處于低液位時間較長；從圖2中看出，排液泵在一個熟化罐配液周期有6～10次的停機和再啟動過程；從圖3中看出，大部分時間攪拌機處于停止狀態(tài)，也就是說，在分散初溶過程中大部分時間只是靠混合頭水粉直接混合，并無攪拌，由排液泵直接輸送到熟化罐（即攪拌罐）。目前這種設(shè)備在運行中存在以下缺點：由于大部分時間不攪拌，水粉根本達不到均勻初溶，聚合物溶解性差，造成易結(jié)包塊，產(chǎn)生“魚眼”，在輸出到熟化罐過程中，容易堵塞過濾器。在熟化罐中由于包塊形成難以充分熟化，延長攪拌熟化的時間，同時造成拉絲和大塊凝膠，無法排出，部分直接沉積罐底，即使勉強輸出也會造成外輸過濾器的堵塞，使注聚泵吸入能力變差，容積效率下降，增加了注聚泵的無功損耗，并且粘連閥座、柱塞等。同時，使得剪切降解、工人清閥次數(shù)以及配件損壞的速度都有所增加，也會導致能耗升高和聚合物的浪費。由于大量干粉結(jié)塊，只能當廢物處理，浪費了干粉藥劑，并且使聚合物母液的黏度指標大大下降，間接影響了聚合物驅(qū)油效果。由于長時間液位在較低狀態(tài)，溶解罐底部造成自然漩渦，排液泵在吸入時必然吸入部分空氣，此時水粉幾乎來不及充分混合即被排出，所以對聚合物母液的常規(guī)指標危害嚴重，造成大量干粉浪費，結(jié)塊和沉積對流程造成堵塞。同時，排液泵采用的是單螺桿泵，其定子是橡膠制品，在供液不足吸入空氣情況下，定子摩擦力增加，發(fā)熱加快定子損壞，設(shè)備運轉(zhuǎn)振動增強，無功損耗增加。同時，由于攪拌機和排液泵頻繁啟動，對局部電網(wǎng)發(fā)生一定沖擊，并且單螺桿泵由于轉(zhuǎn)子和定子是不銹鋼對橡膠，其啟動阻力相對較大，啟動電流也較大，對電網(wǎng)、電機及輔助設(shè)備也造成一定沖擊。

2.2液位自動跟蹤原理利用靜壓液位計輸出4～20mA標準信號，通過信號屏蔽電纜傳輸給變頻器，通過改變變頻器的啟動頻率控制方式，與變頻器形成閉環(huán)負反饋控制，采用單一比例控制或PID控制均能達到在整個配液過程中，液位自動跟蹤，保持液位恒定，即保持進水速度與排液速度相同，即使進水速度發(fā)生變化，產(chǎn)生干擾，經(jīng)過變頻調(diào)速，很快系統(tǒng)就會達到平衡，保持液位穩(wěn)定在設(shè)定的高度上。（1）純比例控制方法。靜壓式液位計輸出4～20mA信號，目前采用的是2m量程的液位計，變頻器運行頻率受輸人信號的控制，采用正比例控制。當排液速度與進水速度相等時，液位就會穩(wěn)定在一個特定高度。如果要調(diào)整液位高度，只需改變進水速度，或改變變頻器頻率量程即可。操作中，改變V/F曲線，把變頻器的基本頻率由50Hz該為40Hz左右，也就是說讓變頻器在40Hz左右時對應(yīng)輸出電壓380V，相對來說在低頻同樣頻率下時輸出電壓約增加20％的輸出電壓給電機，此時電機工作電流下降約10％左右，電機溫度有所下降，噪聲和振動也變得很小，較之工頻時電機運轉(zhuǎn)有力而平穩(wěn)。（2）PID調(diào)節(jié)方法。只需在變頻器上設(shè)定要控制的輸入信號的大小，液位輸出信號、變頻器、排液泵組成閉環(huán)控制，達到控制目的。在不產(chǎn)生液位波動的情況下，盡可能增加比例系數(shù)，縮短積分時間，增大微分參數(shù)，這樣既可以快速使液位達到平衡，又可以避免出現(xiàn)超調(diào)（液位大范圍波動）。2009年3月，首先在七區(qū)西54-61二元復合驅(qū)試驗站現(xiàn)場調(diào)試，取得了明顯效果，徹底消除原工作狀態(tài)造成的弊端。目前在5套分散裝置上試用單一比例控制，已經(jīng)達到預期效果。比如，在孤東油田三四區(qū)二元驅(qū)配制站分散運行過程中，在一個周期，進水、排液、攪拌都平穩(wěn)運行，開機調(diào)穩(wěn)時間不到5s，并且由于變頻器調(diào)整在最優(yōu)狀態(tài)，電機功率大大提高，電機溫度接近環(huán)境溫度，輸出聚合物母液初溶均勻，無魚眼、顆粒和拉絲現(xiàn)象。圖4～6分別是實施液位自動跟蹤后每配置一個熟化罐（一個配制周期）分散裝置液位的變化和排液泵、溶解罐攪拌機工作的工況圖。從圖4～6與圖1～3的工況圖對比看，實施液位自動跟蹤后，分散裝置溶解罐的液位在一個配制周期，液位始終穩(wěn)定在最佳液位，而排液泵和攪拌機不再是間歇運行，而是連續(xù)工作，保證了聚合物母液配制的均勻和充分初溶。

2.3現(xiàn)場應(yīng)用情況該項技術(shù)于2010年9月起在12套分散裝置上推廣實施，取得了很好的節(jié)能降耗效果。從注聚站反饋數(shù)據(jù)統(tǒng)計，由于聚合物初溶效果較好，使聚合物配制質(zhì)量有了明顯改善，聚合物結(jié)塊產(chǎn)生魚眼（成包塊狀）現(xiàn)象明顯減少，清閥、清過濾器周期延長為原來2-4倍；同濃度下聚合物母液黏度比原來提高10-15%，節(jié)電率達15％左右，12套分散裝置年節(jié)電達1.5×105kWh，每年取得節(jié)電效益9.15萬元。系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，壽命10a以上。在相同情況下，可適當減少熟化時間0.5-1h，提高配制站整體輸液能力，遏止了因熟化攪拌機運行時間過長而產(chǎn)生的電能浪費。同時由于設(shè)備運行穩(wěn)定，減少了運行沖擊性，可降低設(shè)備維修費12萬元，還大大減輕了工人勞動強度。

3結(jié)束語

現(xiàn)場可以利用現(xiàn)代技術(shù)較高的電子產(chǎn)品來實現(xiàn)自動控制，完善注聚工藝中存在的原始問題。變頻器的推廣使用，需要技術(shù)人員不斷開發(fā)其豐富的功能，不斷完善注聚工藝，進一步改善設(shè)備工作狀況。液位自動跟蹤主要解決的是聚合物配制中提高各項指標的問題，這對三采工藝推進、更新?lián)Q代起到一定的指導意義。