立式錐型混料機在陶粒行業混料效果的研究*

王菊俠 劉 挺 趙 爽 王 超 鄭 鵬

(陜西省石油化工研究設計院 西安 710054)

前言

在進行石油和天然氣開采時，采用陶粒支撐劑作為油氣井裂縫的支撐材料，可以提高油氣產量。隨著低滲透油氣田越來越多，使得陶粒支撐劑得到了廣泛的應用。研究表明，陶粒支撐劑可使油井產量提高30%～50%，并可延長其服務年限[1～3]。由此可見，陶粒支撐劑的質量對油氣田的開發有重要的意義。目前生產的陶粒支撐劑主要采用高鋁礬土與礦化劑、成形劑等原料加以混合，經造粒、煅燒而成。燒結制品的性能在很大程度上取決于混合料的混合質量，即混合料中各組元分布的均勻程度與存在狀態，同時混合料的混合質量還影響壓制工藝和燒結工藝。國內主要采用機械混合法混料，陶粒生產混料的均勻度，在配方確定后是影響成品質量的一個重要因素，影響混合均勻度的參數有混料機的類型、轉速、填充系數、混料時間以及混合料組元的顆粒性狀、細度、密度和混合時所用的添加劑的特性等[4]。各原輔料所含金屬成分不同，密度不同，加之因含量差異大、粒度小，短時間混料均勻度很難達到理想狀態，混料時間過長又增加了生產成本。因此，合適的混料方式和時間顯得尤為重要。

筆者針對陜西某石油壓裂材料有限公司生產的石油壓裂支撐劑陶粒砂生產線使用的上海申銀集團15 m3立式錐型混料機的混料效果進行研究，獲得理想的混料方式和混料時間，降低了生產成本，提高了產品質量。

1 材料與實驗方法

1.1 材料

1)鋁礬土。產地為山西陽泉；細度為325目標準篩網通過率>99.5%。

2)輔料A。產地為河南；細度為325目標準篩網通過率>99.5%。

1.2 混料設備

VSH-B型立式錐型混料機的主要設備參數如表1所示。

表1 VSH-B型立式錐型混料機主要設備參數

注：設備為上海申銀機械(集團)有限公司生產。

1.3 試驗方法

采用電子自動配料系統進行配料，各物料按配方要求稱量后，通過U型螺旋輸送至混料機混合。立式混料機采用V型混料倉，沿著混料倉壁安裝2個可進行公轉和自轉的混料螺旋，借助螺旋攪拌并將物料揚起，在多次這樣的運動中達到將物料混勻的目的。為了既經濟又能獲得較好的混料效果，筆者分別對物料在3種不同給料方式下混合15 min、20 min、25 min、30 min、35 min、40 min、45 min、50 min后，選擇12個點取樣，混合后進行檢測比對。因組分A含量較低，對產品性能影響比較明顯，因此，為了驗證給料方式對混料性能的影響，本實驗研究組分A在不同時間3種給料方式下混合料中的含量來評價混料效果。

圖1 混料機示意圖

根據物料混合均勻度對成品質量的影響以及混合料中各組分的含量，本實驗采取分析含量較少的輔料A的含量來評定混合效果，根據配方計算出混合料中組分A的含量為2.8。

2 結果與討論

2.1 實驗結果

根據配方要求將各個組分用稱量斗準備稱量，打開混料機分別同時開始給料(中間給輔料A),先給鋁礬土再給輔料A,3種方式進行給料，物料全部進入混料機后開始計時，在不同時間點停機取樣進行成分檢測。

2.1.1 同時給料方式混料

給料方式一。將稱量好的原輔材料，同時開始放料，在原料全部進入混料倉后開始計時，不同時間點的檢測結果如表2所示。

表2 同時給料方式下不同混料時間輔料A的檢測結果(%)

2.1.2 分別給料方式混料

表3 分別給料方式下的混料不同時間后輔料A的檢測結果(%)

給料方式二。先將鋁礬土完全放入混料倉后，再將輔料A放入混料倉，然后開始計時混料，具體混料結果如表3所示。

2.1.3 中間給料(輔料A的輸料)方式混料

給料方式三。調整給料時間，輔料A在鋁礬土下料3 min后開始給料，在鋁礬土給料完畢前1 min完成給料，然后檢測其在不同混料時間下輔料A的含量，具體結果如表4所示。

表4 中間給輔料A的給料方式混料不同時間后輔料A的檢測結果(%)

2.2 結果分析

由上述結果可以看出：給料方式一，隨著時間增加，輔料A的含量緩慢上升，在混料時間達到50 min時，混合料中輔料A的含量最接近理論計算結果；給料方式二，輔料A的含量隨時間的增加也在緩慢上升，但是其含量變化波動較大，在混料時間為50 min時，其混料效果遠沒有達到混料要求；給料方式三，在混料時間為30 min時，混料效果達到了理論計算結果，且隨著混料時間的延長，其輔料A的含量不再明顯波動。

影響粉末混合效果的因素有很多，物料的物理性狀，如細度、密度、流動性等，這些都對其混合效果有很大的影響，物料的磁性、靜電等也會影響其混合效果。本實驗中鋁礬土和輔料A細度相同，流動性一致，而且均不攜帶靜電，但是輔料A的密度略大于鋁礬土，其含量很小，可以排除其對混料效果的影響。

由上述結果可以看出，本實驗中給料方式不同，物料的混料效果也不同。給料方式三優于給料方式一，給料方式二最差。在給料方式二中，物料分開給料，在混料倉中上下界限分明，而立式混料機主要是通過圓周運動和螺旋翻動將料由底部提至料面后分散開，多次運動后混合均勻。給料方式二中，輔料A堆積在一起，混合時不容易分散開，造成不同混料時間下的檢測結果波動較大，混料時間為50 min時，其混料效果還未達到理論計算結果，要將輔料A均勻分布在整個料倉內就需要更長的混料時間，這樣就降低了混料機的工作效率，提高了混料的生產成本。給料方式三中，輔料A在加料時已經在料倉切面分布比較均勻，經過30 min的圓周攪拌和螺旋翻動后容易達到均勻分布。由此可以看出，給料方式三，將含量較少的輔料A在給料時與主料進行一定程度的混合，更容易獲得均勻的混合料，其最佳的混料時間為30 min。

3 結語

影響混料機混料效率和混料效果的因素還有很多，在目前環境下，含量較少的輔料A給料時與主料進行一定程度的混合，在混料時間為30 min時混料效果最佳，生產成本最低，隨著條件發生變化影響效率還可能有所差異。