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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(rùn)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(zhǔn)備條件。它的運(yùn)行好壞直接影響聚合物母液的溶解質(zhì)量、注入液的各項(xiàng)指標(biāo)，以及對(duì)分散出口過(guò)濾器、熟化攪拌機(jī)、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(jī)、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(yùn)行狀況。

1聚合物分散裝置發(fā)展概況

20世紀(jì)90年代初，孤東油田最早使用美國(guó)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(jī)、排液泵排量采用機(jī)械凸盤式控制，下粉和混輸只能是手動(dòng)調(diào)節(jié)，采用電極式液位計(jì)，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(shí)停止進(jìn)水、進(jìn)藥；中液位時(shí)開始啟動(dòng)攪拌機(jī)攪拌；在罐低液位時(shí)停排液泵。為保持進(jìn)水、進(jìn)粉的連續(xù)，常設(shè)定排液速度略大于進(jìn)水速度。而后來(lái)隨著變頻器的普及應(yīng)用，大港總機(jī)廠、張家口總機(jī)廠、勝利油田總機(jī)械廠生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)化分散裝置中對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行了三個(gè)方面的改進(jìn)。

1.1液位計(jì)由電極式液位計(jì)改為靜壓式液位計(jì)，或靜壓和電極聯(lián)合控制的液位控制方式，兩種液位計(jì)的性能對(duì)比如下。電極式液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，無(wú)功耗，采用不銹鋼材質(zhì)，壽命很長(zhǎng)。缺點(diǎn)：因長(zhǎng)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(zhǔn)確反映罐內(nèi)液位，在值班室的終端微機(jī)上也不能反映連續(xù)液位。靜壓式液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：采用膜片式靜壓測(cè)試，電腦芯片數(shù)據(jù)處理，通過(guò)誤差校正程序，保證測(cè)試數(shù)據(jù)的線性，可以準(zhǔn)確測(cè)量罐內(nèi)液位，抗干擾能力強(qiáng)，抗沖擊。接觸材質(zhì)是不銹鋼，壽命較長(zhǎng)，以4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出遠(yuǎn)傳，在終端微機(jī)上顯示連續(xù)液位狀況，與其他自動(dòng)化設(shè)備組合實(shí)現(xiàn)開環(huán)、閉環(huán)控制，與測(cè)試介質(zhì)接觸不會(huì)影響其測(cè)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(jī)控制由原來(lái)的可控硅直流電機(jī)，改成小功率三相交流電機(jī)，其工作變得更加準(zhǔn)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(jī)械調(diào)速，采用變頻調(diào)速。機(jī)械調(diào)速：皮帶、凸輪磨損快，故障率高，并且電機(jī)工作時(shí)功率因數(shù)低，只能手動(dòng)調(diào)速，無(wú)法與自動(dòng)控制設(shè)備連接實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；價(jià)格便宜。變頻調(diào)速：工作穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，并且通過(guò)優(yōu)化參數(shù)可以達(dá)到節(jié)電目的，最大優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)電子無(wú)級(jí)變速，并且可以與PLC或自動(dòng)化二次儀表組合實(shí)現(xiàn)精確控制，這也是液位自動(dòng)跟蹤的前提；缺點(diǎn)是價(jià)格稍微高一些。

2液位自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和研制

2.1分散裝置運(yùn)行特點(diǎn)正常情況下，分散裝置在運(yùn)行中，分散裝置溶解罐中液位波動(dòng)變化，排液泵、溶解罐攪拌機(jī)間歇運(yùn)行。圖1-3分別是每配制一個(gè)熟化罐（一個(gè)配制周期）分散裝置液位的變化和排液泵、溶解罐攪拌機(jī)工作的工況圖。從圖1中可以看出，正常工作時(shí)溶解罐液位l大部分時(shí)間處于中低液位，且處于低液位時(shí)間較長(zhǎng)；從圖2中看出，排液泵在一個(gè)熟化罐配液周期有6～10次的停機(jī)和再啟動(dòng)過(guò)程；從圖3中看出，大部分時(shí)間攪拌機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，也就是說(shuō)，在分散初溶過(guò)程中大部分時(shí)間只是靠混合頭水粉直接混合，并無(wú)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(yùn)行中存在以下缺點(diǎn)：由于大部分時(shí)間不攪拌，水粉根本達(dá)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(guò)程中，容易堵塞過(guò)濾器。在熟化罐中由于包塊形成難以充分熟化，延長(zhǎng)攪拌熟化的時(shí)間，同時(shí)造成拉絲和大塊凝膠，無(wú)法排出，部分直接沉積罐底，即使勉強(qiáng)輸出也會(huì)造成外輸過(guò)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(wú)功損耗，并且粘連閥座、柱塞等。同時(shí)，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(huì)導(dǎo)致能耗升高和聚合物的浪費(fèi)。由于大量干粉結(jié)塊，只能當(dāng)廢物處理，浪費(fèi)了干粉藥劑，并且使聚合物母液的黏度指標(biāo)大大下降，間接影響了聚合物驅(qū)油效果。由于長(zhǎng)時(shí)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(shí)必然吸入部分空氣，此時(shí)水粉幾乎來(lái)不及充分混合即被排出，所以對(duì)聚合物母液的常規(guī)指標(biāo)危害嚴(yán)重，造成大量干粉浪費(fèi)，結(jié)塊和沉積對(duì)流程造成堵塞。同時(shí)，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(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)增強(qiáng)，無(wú)功損耗增加。同時(shí)，由于攪拌機(jī)和排液泵頻繁啟動(dòng)，對(duì)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(duì)橡膠，其啟動(dòng)阻力相對(duì)較大，啟動(dòng)電流也較大，對(duì)電網(wǎng)、電機(jī)及輔助設(shè)備也造成一定沖擊。

2.2液位自動(dòng)跟蹤原理利用靜壓液位計(jì)輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)信號(hào)屏蔽電纜傳輸給變頻器，通過(guò)改變變頻器的啟動(dòng)頻率控制方式，與變頻器形成閉環(huán)負(fù)反饋控制，采用單一比例控制或PID控制均能達(dá)到在整個(gè)配液過(guò)程中，液位自動(dòng)跟蹤，保持液位恒定，即保持進(jìn)水速度與排液速度相同，即使進(jìn)水速度發(fā)生變化，產(chǎn)生干擾，經(jīng)過(guò)變頻調(diào)速，很快系統(tǒng)就會(huì)達(dá)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(jì)輸出4～20mA信號(hào)，目前采用的是2m量程的液位計(jì)，變頻器運(yùn)行頻率受輸人信號(hào)的控制，采用正比例控制。當(dāng)排液速度與進(jìn)水速度相等時(shí)，液位就會(huì)穩(wěn)定在一個(gè)特定高度。如果要調(diào)整液位高度，只需改變進(jìn)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(shuō)讓變頻器在40Hz左右時(shí)對(duì)應(yīng)輸出電壓380V，相對(duì)來(lái)說(shuō)在低頻同樣頻率下時(shí)輸出電壓約增加20％的輸出電壓給電機(jī)，此時(shí)電機(jī)工作電流下降約10％左右，電機(jī)溫度有所下降，噪聲和振動(dòng)也變得很小，較之工頻時(shí)電機(jī)運(yùn)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(hào)的大小，液位輸出信號(hào)、變頻器、排液泵組成閉環(huán)控制，達(dá)到控制目的。在不產(chǎn)生液位波動(dòng)的情況下，盡可能增加比例系數(shù)，縮短積分時(shí)間，增大微分參數(shù)，這樣既可以快速使液位達(dá)到平衡，又可以避免出現(xiàn)超調(diào)（液位大范圍波動(dòng)）。2009年3月，首先在七區(qū)西54-61二元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)站現(xiàn)場(chǎng)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(dá)到預(yù)期效果。比如，在孤東油田三四區(qū)二元驅(qū)配制站分散運(yùn)行過(guò)程中，在一個(gè)周期，進(jìn)水、排液、攪拌都平穩(wěn)運(yùn)行，開機(jī)調(diào)穩(wěn)時(shí)間不到5s，并且由于變頻器調(diào)整在最優(yōu)狀態(tài)，電機(jī)功率大大提高，電機(jī)溫度接近環(huán)境溫度，輸出聚合物母液初溶均勻，無(wú)魚眼、顆粒和拉絲現(xiàn)象。圖4～6分別是實(shí)施液位自動(dòng)跟蹤后每配置一個(gè)熟化罐（一個(gè)配制周期）分散裝置液位的變化和排液泵、溶解罐攪拌機(jī)工作的工況圖。從圖4～6與圖1～3的工況圖對(duì)比看，實(shí)施液位自動(dòng)跟蹤后，分散裝置溶解罐的液位在一個(gè)配制周期，液位始終穩(wěn)定在最佳液位，而排液泵和攪拌機(jī)不再是間歇運(yùn)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(chǎng)應(yīng)用情況該項(xiàng)技術(shù)于2010年9月起在12套分散裝置上推廣實(shí)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(jì)，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(guò)濾器周期延長(zhǎng)為原來(lái)2-4倍；同濃度下聚合物母液黏度比原來(lái)提高10-15%，節(jié)電率達(dá)15％左右，12套分散裝置年節(jié)電達(dá)1.5×105kWh，每年取得節(jié)電效益9.15萬(wàn)元。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，壽命10a以上。在相同情況下，可適當(dāng)減少熟化時(shí)間0.5-1h，提高配制站整體輸液能力，遏止了因熟化攪拌機(jī)運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生的電能浪費(fèi)。同時(shí)由于設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，減少了運(yùn)行沖擊性，可降低設(shè)備維修費(fèi)12萬(wàn)元，還大大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

3結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)可以利用現(xiàn)代技術(shù)較高的電子產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，完善注聚工藝中存在的原始問(wèn)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(jìn)一步改善設(shè)備工作狀況。液位自動(dòng)跟蹤主要解決的是聚合物配制中提高各項(xiàng)指標(biāo)的問(wèn)題，這對(duì)三采工藝推進(jìn)、更新?lián)Q代起到一定的指導(dǎo)意義。