搅拌器在原油储罐中的应用与发展

刘立烨，孟凡力，王卫强，宋 博

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

搅拌器在原油储罐中的应用与发展

刘立烨，孟凡力，王卫强，宋 博

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

在我国原油储存过程中，为了防止罐内原油组分物质带来的沉积影响其利用率及延长清罐周期等问题，通常都装有搅拌系统。分别对侧向伸入式搅拌器、旋转喷射式搅拌器、射流式喷射搅拌器的机理、特性进行的探讨，并对这三类搅拌器的性能进行对比分析，可得出射流式喷射搅拌器产生的能耗较低、对储罐产生损害较小、应用范围广，而且具有很高的调和效率、安全性及经济性。由此可见，射流式喷射搅拌器对未来储罐中的应用具有很大的发展空间。

原油储罐；搅拌器；应用

1 研究背景及意义

从现代化工业角度上看，随着工业社会的迅速发展，能源消耗量也急剧增加。能源作为衡量国民经济实力与社会发展水平的重要标志，而石油作为能源的重要组成部分，在我国一次能源消耗中所占比重急剧上升并基本达到一定水平，从而导致我国石油对外依存度逐年上升，目前石油已经成为限制我国国民经济增长的主要因素之一。21世纪以来，随着经济的迅速发展，我国对石油的需求量估计增加4%左右，使得我国成为全球第二大石油使用国[1]。储存在储罐中的原油，经过一段时间有些物质（如：碳氢化合物、石蜡、沥青质、泥砂和水等）会在罐底形成半固态状的沉积物。经过分析，储罐中的沉积物，含有80%～95%的原油和蜡以及10%～20%的潮气，由此可见，除了水之外的沉积物很少，所以沉积物中的有用成份大部分都是可再利用的[2]。随着沉积物的增加，每过一段时间，需要对油罐进行清理，防止沉积物越积越厚，降低油罐的有效容积，油品损耗等问题。因此，为了防止此类问题的发生，需用搅拌器保持罐内介质均匀，防止沉积物的增加。以往的搅拌器普遍存在搅拌角度不好调节且存在死角的缺陷，现急需一种新型的搅拌器来解决此类问题。

2 常用的搅拌器概述

2.1 侧向伸入式搅拌器

主要由电机、减速器、主轴、主轴支撑套、托架及螺旋桨等组成。并通过法兰连接，安装在油罐的侧壁上[3]。如图1所示。

其工作原理是利用电机通过减速器，驱动罐内的桨叶旋转，从而带动油罐内的介质形成循环流动，使介质从而达到调合、热传递、均匀化和防止沉积物聚集，并随油品输发而带走。

图1 侧向伸入式搅拌器Fig.1 Lateral stretching stirrer

在实践中发现，搅拌器的摆头和油罐中心成一定角度，搅拌效果明显增加，成30°效果最佳而成15°～20°效果较差，故侧壁式搅拌器由此分为固定插入角型（固定角度式）和可变插入角型（可变角度式）。其中固定插入角型搅拌器无法将油罐死角区域的沉积物进行搅拌，而可变插入角型搅拌器可以改变液体的流动状态，从而消除死角，防止沉积物的增加[4]。

侧向伸入式搅拌器克服了以往使用压缩空气调合带来的弊端，如污染油品、油品挥发损失、污染环境、耗能大、易产生静电等危害。并具有投资少，成品油调合质量高，消耗功率小，效率高，操作方便，在介质中产生静电小等特点。

与此同时，还需要对搅拌器的桨叶型式、伸入方式、桨叶直径、转速、螺旋桨的功率、密封装置、减速装置进行确定。而且搅拌器的布置一般取桨叶直径的1.5倍来保证用最大的经济流量来横扫罐底，以清除罐底的沉积物。

2.2 旋转喷射式搅拌器

旋转喷射式搅拌器由旋转喷嘴、涡轮、涡轮轴、齿轮箱、壳体等组成，除此之外还应有循环油泵、过滤器、导流管及配件等。如图2所示。

其工作原理是通过循环油泵输送油品带动涡轮旋转，并利用传动装置驱动机身旋转，油品通过喷嘴以高速度喷射到罐内，形成喷射流。由于喷嘴的喷射方向偏离其中心，会因喷射的反动力而驱动旋转喷嘴进行360°自动旋转运转，从而使油品产生涡流，使沉积物溶解，起到全方位搅拌的作用。但是随着喷嘴喷射的流体速度增加，喷嘴的旋转速度也随之加快。由于喷嘴旋转过快，这将会减少对沉积物的冲击及搅拌效果，所以通常装有减速装置[5]。

通过实践发现，叶轮式搅拌器均具有不同程度的漏油问题，尤其是在运转时漏油问题较为严重，需要用人工进行清洗，浪费了大量的人力物力。而旋转喷射式搅拌器具有应用范围广泛、搅拌效果好、良好的经济性、安装简便、易维护、不易磨损、不漏油等特点[6]。

图2 旋转喷射式搅拌器Fig.2 Rotary jet mixer

安装方式与侧向伸入式搅拌器一样，为法兰连接，操作准则可参照API650[7]。与此同时，对于旋转喷射式搅拌器的设置[8]中所需要确定的参数如：喷嘴的出口直径、循环泵的流量（喷嘴入口流量）、扬程都与搅拌距离有关。故应找出最优距离，以保证最大经济流量进行搅拌。

2.3 射流式喷射搅拌器

射流式喷射搅拌器组成与旋转喷射式搅拌器大致相同，主要是内部具有旋转齿轮，是对旋转喷射式搅拌进一步的改造。如图3所示。

图3 射流式喷射搅拌器Fig.3 Fluidic jet mixer

其工作原理是介质进入搅拌器内部，带动搅拌器内部传动机构，然后驱动搅拌器旋转座沿垂直轴线旋转，同时带动喷射喷嘴沿水平轴线旋转，喷射喷嘴的喷射运动过程经无限叠加后，将形成一个球型的覆盖空间，实现对容器内介质进行空间覆盖喷射混合。

与旋转喷射式搅拌器基本上具有相同的特点，但是相比于旋转喷射式搅拌器，射流喷射搅拌器具有机械搅拌器，混合喷嘴，管道静态混合器，自动清洗器，油罐清焦器等五种装置的功效。应用范围更加广泛，同时由于喷射喷嘴角度不断变化且永不重复的，故高速下的流体冲击不会对油罐及附件构成损害，也不会产生静电，调和时间大大缩短，有效地提高经济效益。

3 搅拌器在油罐中的应用与发展

3.1 实际应用

搅拌器是用于油品调和或原油罐、燃料油罐防止沉积物集聚，保证油品加热均匀的设备[9]。在油罐中，随着储油时间的增加，罐底沉积物越积越厚，致使油罐中的最低液位逐渐升高，从而导致油罐的有效容积大大降低。而且由于沉积物中含有腐蚀性物质构成电化学腐蚀对油罐内部进行侵蚀。在我国以前常用的清洗方法有人工清洗法[10]、化学清洗法[11]、整体加热法[12]、热油(水)循环法[13]、机械喷射清洗[14]等。现用搅拌器可以快速有效的解决此类问题，不会污染环境造成有效物质的缺失，而且大大缩短了清罐周期，提高了经济效益。

通过实践发现，如果搅拌器在每个季节每天操作相同的时间，在夏季沉积物堆积量比明显冬季少，我们可以根据实践情况来合理安排搅拌器的操作时间。如果要是在一个油罐中，防止两台或两台以上的搅拌装置，为了让油罐内的介质可以均匀混合，主张集中布置，这样就可以有效的利用搅拌器的动能。

3.2 发展趋势

传统上的搅拌器是以搅拌桨叶为基准，衍生出各种各样的设计，如：3或4叶组成的推进式叶轮、3叶镰刀弯式桨叶组成的叶轮、径向斜片组成的盘式叶轮、由立体交错排列的多个平条桨叶组成的叶轮、大螺距承压式推进器叶轮等。然后逐渐采用以高压旋转射流搅拌器、皮托管射流器、环形射流搅拌法、磁力驱动搅拌器等方式。目前以侧向伸入式搅拌器、旋转喷射式搅拌器、射流式喷射搅拌器为主流方式。

表1 技术性能比较对照表Table 1 Technical performance comparison chart

通过表1可以看出，相比旋转喷射式搅拌器以及旋转喷射式搅拌器，可发现射流式喷射搅拌器具有立体全方位的传动性能，也就是说喷射头喷出的流体可对存储油品进行立体全方位的搅拌，使其保持流动性能，高效、安全，应用面广，不但可应用在大中型原油储罐、各种化工、油品调和上，还可应用于各种人工湖、河道、下水道等场合的清淤、清洗[15]。如若设计一种新型的射流式喷射搅拌器，使其循环时间能缩短的话，所产生的能耗少，可对经济性有所改善。由此可见，射流式喷射搅拌器对未来储罐中的应用具有很大的发展空间。

4 结 论

通过对侧向伸入式搅拌器、旋转喷射式搅拌器、射流式喷射搅拌器的性能对照表可得出，在原油储罐中，射流式喷射搅拌器较比其他两种搅拌器更有效的解决沉积物堆积来带的危害，缩短清罐周期，同时还能保证调和油品，减轻人力物力，降低生产成本，并可回收大量有效物质，减少对能源的浪费，达到保护环境及提高经济效益的目的，值得在原油储罐中广泛使用。

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Application and Development of the Agitator in Crude Oil Storage Tanks

LIU Li-ye，MENG Fan-li, WANG Wei-qiang, SONG Bo
（Liaoning Shihua University , Liaoning Fushun 113001，China）

In the course of crude oil storage in China,in order to prevent the deposition of the material components of crude oil to affect tank utilization and extend the clearance period of the tank, the stirring system are usually equipped in the tank. In this article, the mechanisms and characteristics of lateral stretching stirrer, rotary jet mixer and fluidic jet mixer were discussed; the performances of these stirrers were analyzed and compared. The results show that, the fluidic jet mixer has lower energy consumption, less damage to the tank and wide application range, and it also has high safety and economy. Thus future application of the fluidic jet mixer in the tank has very big development space.

Crude oil storage tanks; Stirrer; Application

TQ 051

： A

： 1671-0460（2015）02-0386-03

2014-09-05

刘立烨（1994-），男，河北秦皇岛人，研究方向：油气储运技术。E-mail：373714775@qq.com。