CN102514097B - 水泥干混站自动混拌灰控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动控制系统，特别是水泥干混站自动混拌灰控制系统，其特征是：包括：原料存储单元、成品存储单元、辅料存储单元、破袋转送单元、干混单元、计量单元和除尘单；外部进料同时通过管网物料输送管网与破袋转送单元和原料存储单元连接，原料存储单元同时通过物料输送管网与破袋转送单元和干混单元连接；辅料存储单元与干混单元之间有计量单元，辅料存储单元、干混单元、计量单元通过物料输送管网连接；外部出料单元、成品存储单元、干混单元、辅料存储单元、破袋转送单元、外部进料和原料存储单元分别通过排空除尘管网与除尘单元连接。它提升固井生产能力和固井质量。

Description

水泥干混站自动混拌灰控制系统

技术领域

本发明涉及一种自动控制系统，特别是水泥干混站自动混拌灰控制系统。

背景技术

长庆油田自开发以来，水泥干混站经历了自喷、转抽、水驱等一次、二次和三次采油方式；经历了基础井网、一次加密、二次加密等布井阶段；开发对象由开发初期的厚油层到现在的表外层和薄差油层；隔层的厚度逐步降低，以1毫达西的物性为界限，隔层的厚度已降到1米。长庆属于“三低”油气田，为了完成可采储量，满足低渗气藏开发，油气井都需要高压大排量压裂酸化作业，在固井质量方面，从对固井的一界面要求封固好到要求水泥环的质量，进而要求固井二界面的质量；不仅要求厚的油层隔层封固好，还要求全井和每个小层封固好。因此对目的层的固井质量要求比行业标准高，要求油气层及上下30m固井质量优质，且水泥石具有较高的强度。如果油气层及上下封固质量不合格，就必须射孔挤水泥补救。由于油田开发这种对固井质量的严格要求，促进了油田调整井固井技术的不断发展。随着长庆油田各种深井、超深井、水平井、等特殊井、复杂井的增多，地层条件日益复杂，固井水泥中油井水泥外加剂、外掺料品种增多，运灰量增大，也对固井工作提出了更高的要求。

安全、高效、高质固井成为当前长庆固井发展的首要目标，这一目标的实现对油井水泥混拌的质量和效率同时提出了更高的要求，干混站的混配效率及混配质量既关系固井生产前期保障基础，也关系后期固井质量。但长庆固井公司原有干混站7座，全部使用袋装水泥，装卸劳动强度大，现场粉尘污染严重，自动化程度低，混拌设备简陋，自动化程度低，密闭性、混拌精度等较差，拌和不均匀，易混入杂质，技术落后，只能依靠人工计数或手动称重控制水泥、添加剂混合比例，劳动强度大。

固井水泥干混站作为固井原材料储存、混配、供应和配方研究的基地，其生产能力的大小，现代化程度的高低，混配精确度直接影响和制约着固井生产能力和固井质量。随着生产速度的加快，干混站人工装卸灰、配灰速度缓慢，影响生产组织效率的提高，加之各区块所用水泥浆体系比较复杂，水泥及添加剂种类繁多，相互不能混装，混拌均匀性要求高，现有的干混装置已经不能完全满足生产需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种水泥干混站自动混拌灰控制系统，以提升水泥干混站混拌能力，使现有干混站能使用散装水泥，从进灰到混灰、供灰全部采用密闭式运输和混拌，整个混拌过程由计算机控制，实现自动化控制。提升固井生产能力和固井质量。

本发明的目的是这样实现的，水泥干混站自动混拌灰控制系统，其特征是：包括：原料存储单元、成品存储单元、辅料存储单元、破袋转送单元、干混单元、计量单元和除尘单；外部进料同时通过管网物料输送管网与破袋转送单元和原料存储单元连接，原料存储单元同时通过物料输送管网与破袋转送单元和干混单元连接；辅料存储单元与干混单元之间有计量单元，辅料存储单元、干混单元、计量单元通过物料输送管网连接；干混单元与成品存储单元通过物料输送管网连接；成品存储单元与外部出料单元通过物料输送管网连接；物料输送管网与风源动力单元连接，在风源动力单元的作用下将干混好的混拌灰输送到成品存储单元，在由风源动力单元的作用下由外部出料单元输出；外部出料单元、成品存储单元、干混单元、辅料存储单元、破袋转送单元、外部进料和原料存储单元分别通过排空除尘管网与除尘单元连接，在风源动力单元的作用下由除尘单元进行除尘处理。

所述的原料存储单元选用直径容积80m3的原料储存罐和管线流程连接组成；原料储存罐下部设计成锥形一，内部设有气化床一，气化床一有压缩空气进口一，原料储存罐进料口、进气口、出料口和排气口分别连接电控气动阀，原料储存罐分为储存硅粉、粉煤灰、水泥和各种外加剂的储存罐；控制单元集中控制通过管线流程加硅粉、粉煤灰、水泥、各种外加剂输送到混拌单元；利用压缩空气和气化床对罐内物料进行流化，再利用压缩空气将罐内的散装原料水泥输送至混拌罐内，参与混拌工作，或直接输送至水泥罐车，装车外输。

所述的原料储存罐的支柱上安装有称重仪一，可对罐内的散装原料水泥进行重量称量，重量信号送入控制室显示和储存。

所述的原料储存罐连接有压力变送器和压力表，压力变送器将罐内压力信号送入控制室控制单元显示，压力表显示罐内当前压力。

所述的成品存储单元选用直径容积50m3的储存罐和管线流程连接组成总储存容量400立方米，储存罐下部为锥形二，内部有四个活动式气化床二，每个气化床配有压缩空气进口二，可利用压缩空气和气化床二对罐内物料进行流化，再利用压缩空气输送至水泥罐车内，实现成品水泥的装车外输；成品储存罐进料口、进气口、出料口和排气口分别加装气动阀，与控制室控制器电连接。

所述的辅料存储单元选用直径2.4m，容积25-30m3的储罐和管线流程连接组成总储存容量为180m3，储罐下部设计成锥形三，内部有四个活动式气化床三，每个气化床三配有压缩空气进口三，可利用压缩空气和气化床三对罐内物料进行流化，再利用压缩空气输送至混拌罐内，完成散装原料水泥与辅料的混拌，储罐的支柱上安装有称重仪三，可对罐内的散装辅料进行计量，重量信号送入控制室显示和储存；辅料储存罐进料口、进气口、出料口和排气口分别有气动阀。

所述的破袋转送单元包括2座转送罐、2台振动筛、现场控制箱、收尘罩及其流程管件，转送罐下段为上大下小的漏斗状，中段直通状，上段为弧面，下段则面有进气口，下段底部为出料口，中段中间通过直通管连接振动筛和收尘罩，收尘罩在振动筛上端，收尘罩一侧有斜面输送板，2座转送罐有相同的结构，流程管件与出料口相连接；现场控制箱与进气口和出料口管件的阀门电连接。

所述的干混单元包括1座计量罐、3座混拌罐、管道混合器、比例调节阀及管件流程，计量罐为直径1m，容积1.4m3的钢制罐；混拌罐为直径2.2m，容积30m3的钢制罐，计量罐和混拌罐底部有电子称重仪，计量罐和混拌罐分别浮在电子称重仪上端，可显示罐内物料的重量，计量罐和混拌罐进料口、进气口、出料口和排气口分别连接气动阀，气动阀与控制室控制单元电连接。

所述的尘单元包括：复合式除尘器包括除尘器本体、引风机、管件、气动振动单元和缓冲室，除尘器本体内装有气动振动单元，除尘器本体下端是缓冲室，除尘器本体一侧通过管件连接引风机。

灰过程数字化——电子计量配灰重量、集中控制技术，完善的除尘设施、全密封的管道混配、输送。以优化流程，优化控制，优化管理为手段，以提高混配效率及混配质量为目标，运用自动化集中控制技术，采用集中管理模式，对站内设备、工作和人员集中统一调配管理，实现社会、经济、环境效益最大化。应用自动控制系统后，输料、混拌、装车作业周期短、速度快、生产效率高、粉尘污染小，改善了员工劳动条件，降低劳动强度，有效保障操作人员的身体健康和安全。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施系统原理图；

图2是原料存储单元1结构示意图；

图3是成品存储单元2结构示意图；

图4是辅料存储单元3结构示意图； 

图5是破袋转送单元4结构示意图；

图6是干混单元5结构示意图；

图7是计量单元6结构示意图；

图8是风源动力单元7结构示意图；

图9是除尘单元8结构示意图。

图中：1、原料存储单元；101、原料储存罐；102、管线流程连接组成；103、锥形一；104、气化床一；105、压缩空气进口一；106、支柱；107、称重仪一；108、电控气动阀；109、控制单元；110、压力变送器；111、压力表；2、成品存储单元；201、储存罐；202、锥形二，203、气化床二，204、压缩空气进口二；205、取样孔；206、称重仪二；207、控制器；208、进料口；209、进气口；210、出料口；211、排气口；212、气动阀；213、压力变送器、214、压力表；3、辅料存储单元；301、储罐；302、管线流程；303、锥形三；304、气化床三；305、压缩空气进口三；306、支柱上；307、称重仪三；4、破袋转送单元；401、转送罐；402、振动筛；403、现场控制箱；404、收尘罩；405、流程管件；5、干混单元；501、计量罐；502、混拌罐、503、管道混合器；504、比例调节阀；506、管件流程；507、气动阀；508、控制单元；509、电子称重仪；510、混拌器；6、计量单元；601、控制器；602、集中控制台；603、现场控制箱；604、电磁阀柜；605、端子箱；606、PLC控制柜；7、风源动力单元；701、冷螺杆式空压机；702、储气罐；703、冷冻式干燥器；8、除尘单元； 801、复合式除尘器；802、除尘器本体；803、引风机；804、管件、805、气动振动单元；806、缓冲室；9、外部出料单元；10、外部进料。

具体实施方式

如图1所示，水泥干混站自动混拌灰控制系统，包括：原料存储单元1、成品存储单元2、辅料存储单元3、破袋转送单元4、干混单元5、计量单元6和除尘单元8；外部进料10同时通过管网物料输送管网与破袋转送单元4和原料存储单元1连接，原料存储单元1同时通过物料输送管网与破袋转送单元4和干混单元5连接。

辅料存储单元3与干混单元5之间有计量单元6，辅料存储单元3、干混单元5、计量单元6通过物料输送管网连接。干混单元5与成品存储单元2通过物料输送管网连接。成品存储单元2与外部出料单元9通过物料输送管网连接。物料输送管网与风源动力单元7连接，在风源动力单元7的作用下将干混好的混拌灰输送到成品存储单元2，在由风源动力单元7的作用下由外部出料单元9输出。

外部出料单元9、成品存储单元2、干混单元5、辅料存储单元3、破袋转送单元4、外部进料10和原料存储单元1分别通过排空除尘管网与除尘单元8连接，在风源动力单元7的作用下由除尘单元8进行除尘处理。

工作时，风源动力单元7与监测控制单元电连接，在集中控制单元的监测控制下相互配合协调工作。

本发明中，干混站的流程设计依据水泥干混工作的程序，并综合考虑各种袋装、散装物料的运输存储，各类添加剂、微量药品的参混情况而设计。

如图2所示，原料存储单元1选用直径容积80m3的原料储存罐101和管线流程102连接组成；原料储存罐101下部设计成锥形一103，内部设有气化床一104，气化床一104有压缩空气进口一105，利用压缩空气和气化床对罐内物料进行流化，再利用压缩空气将罐内的散装原料水泥输送至混拌罐内，参与混拌工作，或直接输送至水泥罐车，装车外输。原料储存罐101的支柱106上安装有称重仪一107，可对罐内的散装原料水泥进行重量称量，重量信号送入控制室显示和储存。原料储存罐101进料口、进气口、出料口和排气口分别连接电控气动阀108，由控制单元109集中控制。原料储存罐101分为储存硅粉、粉煤灰、水泥和各种外加剂的储存罐。控制单元109集中控制通过管线流程102加硅粉、粉煤灰、水泥、各种外加剂输送到混拌单元。

原料储存罐101连接有压力变送器110和压力表111，压力变送器110将罐内压力信号送入控制室控制单元109显示，压力表显示罐内当前压力。

如图3所示，成品存储单元2：选用直径容积50m3的储存罐201和管线流程102连接组成总储存容量400立方米，散装成品储存能力480吨的成品罐群。储存罐201下部为锥形二202，内部有四个活动式气化床二203，每个气化床配有压缩空气进口二204，可利用压缩空气和气化床二203对罐内物料进行流化，再利用压缩空气输送至水泥罐车内，实现成品水泥的装车外输。成品储存罐上设有取样孔205，可对混拌成品进行取样化验。储存罐201设置再混拌流程，方便出现混拌质量问题时补救。储存罐201的支柱上安装有称重仪二206，可对罐内的混拌成品进行计量，重量信号送入控制室内控制器207显示和储存。成品储存罐201进料口208、进气口209、出料口210和排气口211分别加装气动阀212，由控制室控制器207集中控制。储存罐201装有压力变送器213和压力表214，压力变送器213将罐内压力信号送入控制器207显示，压力表就地显示罐内当前压力。

如图4所示，辅料存储单元3：选用直径2.4m，容积25-30m3的储罐301和管线流程302连接组成总储存容量为180m3，散装辅料储存能力为200吨的储罐群。储罐301下部设计成锥形三303，内部有四个活动式气化床三304，每个气化床三304配有压缩空气进口三305，可利用压缩空气和气化床三304对罐内物料进行流化，再利用压缩空气输送至混拌罐内，完成散装原料水泥与辅料的混拌。储罐301的支柱306上安装有称重仪三307，可对罐内的散装辅料进行计量，重量信号送入控制室显示和储存。辅料储存罐进料口、进气口、出料口和排气口分别加装气动阀，由控制室集中控制。辅料罐装有压力变送器和压力表，压力变送器将罐内压力信号送入控制室显示，压力表就地显示罐内当前压力。

如图5所示，破袋转送单元4包括2座转送罐401、2台振动筛402、现场控制箱403、收尘罩404及其流程管件405，转送罐401下段为上大下小的漏斗状，中段直通状，上段为弧面，下段则面有进气口，下段底部为出料口，中段中间通过直通管连接振动筛402和收尘罩404，收尘罩404在振动筛402上端，收尘罩404一侧有斜面输送板，2座转送罐401有相同的结构，流程管件405与出料口相连接。现场控制箱403与进气口和出料口管件的阀门电连接。

2座转送罐401设置于地坑内，袋装原料水泥和外掺料经人工破袋后，经过振动筛进入到转送罐401内。现场控制箱403就地显示转送罐401内压力，并控制转送罐401的出料、进气，完成转送罐401内物料的转送，将破袋后的散装物料送入原料储存罐101或辅料储存罐201内储存。

如图6所示，干混单元5包括1座计量罐501、3座混拌罐502、管道混合器503、比例调节阀504及管件流程506，计量罐501为直径1m，容积1.4m3的钢制罐；混拌罐为直径2.2m，容积30m3的钢制罐，计量罐和混拌罐底部有电子称重仪509，计量罐和混拌罐分别浮在电子称重仪509上端，可显示罐内物料的重量，以据按比例加入所需的物料。计量罐501和混拌罐502进料口、进气口、出料口和排气口分别连接气动阀507，气动阀507与控制室控制单元508电连接，由控制单元508集中控制。

工作时，混拌料进入气动阀507首先通过计量罐501进行计量，在控制室控制单元508的控制下按比例将混料送到混拌罐502内，混拌罐502内的混拌器510对投入的比例混料混拌，并通过电子称重仪509以需要的重量向外输送。

如图7所示，计量单元6在控制室内，包括PLC控制器601和集中控制台602、现场控制箱603、电磁阀柜604、端子箱605、PLC控制柜606，PLC控制器601固定在PLC控制柜606内，PLC控制柜606前端是集中控制台602，PLC控制器601连接端子箱605和现场控制箱603，现场控制箱603与电磁阀柜604电连接，电磁阀柜604和计量罐501的气动阀507电连接。

各电控气动碟阀、各比例调节阀、各电子称重仪、各远传压力仪等组成，混拌系统中的主要参数如重量、压力、阀位的状况均直观显示在控制室的PLC系统上，是目前较先进，也是符合实际混拌工作需要的一套系统。整个干混站所有主要工作信息均能在控制室的PLC系统上显示。原料罐、辅料罐、成品罐和混拌罐均设电子称重仪对罐内物料进行称量，设现场显示仪表，重量信号可远传至PLC系统显示和储存。储罐物料称重仪的重量信号通过控制系统的计算机进行信号处理，对干混站内的物料进出及混拌工作进行资料收集和一定程度上的计算机管理，可以直观的显示物料，打印生产报表和查询历史数据。

如图8所示，风源动力单元7包括3台风冷螺杆式空压机701和一台备用的移动活塞式空气压缩机可随时接入。风冷螺杆式空压机701排气量为20m3/min、排气压力为0．7MPa，与其相连接配套的3座4.4m3储气罐702，2台20m3/min冷冻式干燥器703为系统提供稳定干燥的动力气源。风源动力单元7正常运行的声音≦85dB，能在一10℃一40℃范围内正常工作。风冷螺杆式空压机701在环境温度较高时会停机保护，因此在空压机安装设计时将其排气与进气分开。

如图9所示，除尘单元8包括：复合式除尘器801包括除尘器本体802、引风机803、管件804、气动振动单元805和缓冲室806，除尘器本体802内装有气动振动单元805，除尘器本体802下端是缓冲室806，除尘器本体802一侧通过管件804连接引风机803。

复合式除尘器801集旋流除尘、缓冲降压、布袋过滤各功能于一身，除尘能力能达到8352m3/h-11049m3/h，除尘效率为99%，除尘器出口处粉尘浓度低于10mg/m3。气动振动装置805可对过滤布袋进行再生。除尘器801滤出的水泥集中于下部缓冲室806，方便气力送出。除尘单元8用3套复合式除尘器801，完成整个破袋、转送、混拌、装卸车系统所产生的含尘废气的处理。

Claims (8)

1.水泥干混站自动混拌灰控制系统，其特征是：包括：原料存储单元、成品存储单元、辅料存储单元、破袋转送单元、干混单元、计量单元和除尘单元；外部进料同时通过物料输送管网与破袋转送单元和原料存储单元连接，原料存储单元同时通过物料输送管网与破袋转送单元和干混单元连接；辅料存储单元与干混单元之间有计量单元，辅料存储单元、干混单元、计量单元通过物料输送管网连接；干混单元与成品存储单元通过物料输送管网连接；成品存储单元与外部出料单元通过物料输送管网连接；物料输送管网与风源动力单元连接，在风源动力单元的作用下将干混好的混拌灰输送到成品存储单元，在由风源动力单元的作用下由外部出料单元输出；外部出料单元、成品存储单元、干混单元、辅料存储单元、破袋转送单元、外部进料和原料存储单元分别通过排空除尘管网与除尘单元连接，在风源动力单元的作用下由除尘单元进行除尘处理。

2.根据权利要求1所述的水泥干混站自动混拌灰控制系统，其特征是：所述的原料存储单元选用直径容积80m3的原料储存罐和管线流程连接组成；原料储存罐下部设计成锥形一，内部设有气化床一，气化床一有压缩空气进口一，原料储存罐进料口、进气口、出料口和排气口分别连接电控气动阀，原料储存罐分为储存硅粉、粉煤灰、水泥和各种外加剂的储存罐；控制单元集中控制通过管线流程加硅粉、粉煤灰、水泥、各种外加剂输送到混拌单元；利用压缩空气和气化床对罐内物料进行流化，再利用压缩空气将罐内的散装原料水泥输送至混拌罐内，参与混拌工作，或直接输送至水泥罐车，装车外输。

3.根据权利要求2所述的水泥干混站自动混拌灰控制系统，其特征是：所述的原料储存罐的支柱上安装有称重仪一，可对罐内的散装原料水泥进行重量称量，重量信号送入控制室显示和储存。

4.根据权利要求2所述的水泥干混站自动混拌灰控制系统，其特征是：所述的原料储存罐连接有压力变送器和压力表，压力变送器将罐内压力信号送入控制室控制单元显示，压力表显示罐内当前压力。

5.根据权利要求1所述的水泥干混站自动混拌灰控制系统，其特征是：所述的成品存储单元选用直径容积50m3的储存罐和管线流程连接组成总储存容量400立方米，储存罐下部为锥形二，内部有四个活动式气化床二，每个气化床配有压缩空气进口二，可利用压缩空气和气化床二对罐内物料进行流化，再利用压缩空气输送至水泥罐车内，实现成品水泥的装车外输；成品储存罐进料口、进气口、出料口和排气口分别加装气动阀，与控制室控制器电连接。

6.根据权利要求1所述的水泥干混站自动混拌灰控制系统，其特征是：所述的辅料存储单元选用直径2.4m，容积25-30m3的储罐和管线流程连接组成总储存容量为180m3，储罐下部设计成锥形三，内部有四个活动式气化床三，每个气化床三配有压缩空气进口三，可利用压缩空气和气化床三对罐内物料进行流化，再利用压缩空气输送至混拌罐内，完成散装原料水泥与辅料的混拌，储罐的支柱上安装有称重仪三，可对罐内的散装辅料进行计量，重量信号送入控制室显示和储存；辅料储存罐进料口、进气口、出料口和排气口分别有气动阀。

7.根据权利要求1所述的水泥干混站自动混拌灰控制系统，其特征是：所述的破袋转送单元包括2座转送罐、2台振动筛、现场控制箱、收尘罩及其流程管件，转送罐下段为上大下小的漏斗状，中段直通状，上段为弧面，下段侧面有进气口，下段底部为出料口，中段中间通过直通管连接振动筛和收尘罩，收尘罩在振动筛上端，收尘罩一侧有斜面输送板，2座转送罐有相同的结构，流程管件与出料口相连接；现场控制箱与进气口和出料口管件的阀门电连接。

8.根据权利要求1所述的水泥干混站自动混拌灰控制系统，其特征是：所述的干混单元包括1座计量罐、3座混拌罐、管道混合器、比例调节阀及管件流程，计量罐为直径1m，容积1.4m3的钢制罐；混拌罐为直径2.2m，容积30m3的钢制罐，计量罐和混拌罐底部有电子称重仪，计量罐和混拌罐分别浮在电子称重仪上端，可显示罐内物料的重量，计量罐和混拌罐进料口、进气口、出料口和排气口分别连接气动阀，气动阀与控制室控制单元电连接。

Images