CN104128113A - 适用于高粘度介质的新型低剪切防垢多相混合装置 - Google Patents

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Abstract

一种适用于高粘度介质的低剪切防垢新型多相混合装置,包括圆管壳流道（5），其特征在于：在所述的圆管壳流道（5）内设有多个沿轴向布置的旋流混合单元（6），相邻的旋流混合单元（6）错开90度角。本发明不仅可以对一般的液—液、液—气、液—固、气—气进行充分混合，尤其适用情况复杂的高粘度多元介质的均匀混合，可在很宽的粘度范围内不同的流型（层流、过渡流、湍流）状态下应用。本发明有效解决了油田三次采油聚合物母液、三元母液、多元液的混合注入时的结垢、机械剪切、化学降解、混合不均匀等难题，充分体现结构简单，混合均匀，低剪切，防化学降解，不易结垢，易于维护等技术特点。

Description

适用于高粘度介质的新型低剪切防垢多相混合装置
技术领域
本发明涉及一种适用于高粘度介质的新型低剪切防垢多相混合装置，适用于液—液、液—气、液—固、气—气的混合、乳化、中和、吸收、萃取、反应和强化传热等工艺过程，可在很宽的粘度范围内不同的流型（层流、过渡流、湍流）状态下应用，并可间歇操作和连续操作应用。
背景技术
目前，现有静态混合器大部分都是单纯采用旋出式静态混合方法，结构虽然简单、阻力小、适应性广，但是流体混合不充分、混合效率低。特别是油田三次采油过程中需要用静态混合器，其将聚丙烯酞胺母液和油田采出水按所需比例混合成目的溶液后再注入井下，以保证混合后目的溶液的黏度达到注聚合物或注三元驱油的要求。目前，用于油田注聚合物及注三元站上的静态混合器主要有SK型、SMV型、SMX型。经对油田现场使用的静态混合器的性能进行测试发现，现场使用的静态混合器对聚合物的机械剪切降解很大，这是因为现场使用的混合器大部分是从化工行业移植过来，对聚合物溶液剪切降解都很大，经过剪断后的PAM溶液豁度大大下降，在井下油层中的驱油效果明显下降，严重影响油田三次采油驱油产能。
发明内容
本发明提供一种适用于高粘度介质的新型低剪切防垢多相混合装置，以了解决现有技术存在的对聚合物的机械剪切降解很大，经过剪断后的PAM溶液豁度大大下降，在井下油层中的驱油效果明显下降，严重影响油田三次采油驱油产能的问题。
本发明的技术方案为：一种适用于高粘度介质的新型低剪切防垢多相混合装置,包括圆管壳流道，其特征在于：在所述的圆管壳流道内设有多个沿轴向布置的旋流混合单元，相邻的旋流混合单元错开90度角。
所述的旋流混合单元包括内环螺旋带、外环螺旋带、芯轴和连接支架，芯轴设在圆管壳流道的轴心，两根连接支架相互平行，连接支架的中部垂直地连接在芯轴上；在相邻的两根连接支架半部之间分别连接两根旋向相反的内环螺旋带和外环螺旋带，其中内环螺旋带两端分别连接在连接支架相同一侧半部的中部，外环螺旋带的两端分别连接在连接支架相同一侧半部的两端；连接支架的长度以及外环螺旋带的螺旋直径与圆管壳流道的内径相同。
通过调整旋流混合单元之间距离，具有适应对不同粘度及混合均匀度要求的混合效果。
所述的芯轴的两端、内环螺旋带和外环螺旋带的表面边角均为光滑圆角。
所述的圆管壳流道和旋流混合单元的表面均喷涂聚四氟乙烯层。
在所述的圆管壳流道两端设有卡箍式接口，卡箍式接口采用高压密封环密封。
每一旋流混合单元中，连接在连接支架同一侧的内环螺旋带与外环螺旋带互为反向螺旋布置，并且内环螺旋带和外环螺旋带采用两条以上。
所述的旋流混合单元的内环螺旋带与外环螺旋带所占旋转角大于350度。
旋流混合单元内环螺旋带与外环螺旋带之间的间隙根据混合介质及混合效果确定。
旋流混合单元的外缘与圆管壳流道内壁采用紧密的弹性过盈式配合，完全避免了介质混时的壁流现象。
本发明不仅可以对一般的液—液、液—气、液—固、气—气进行充分混合，尤其适用情况复杂的高粘度多元介质的均匀混合，可在很宽的粘度范围内不同的流型（层流、过渡流、湍流）状态下应用。本发明有效解决了油田三次采油聚合物母液、三元母液、多元液的混合注入时的结垢、机械剪切、化学降解、混合不均匀等难题，充分体现结构简单，混合均匀，低剪切，防化学降解，不易结垢，易于维护等技术特点。
附图说明
图1是本发明的总体的立体结构示意图（局部剖视）；
图2是本发明的旋流混合单元的结构示意图。
图中标记说明：1、卡箍式接口；2、聚四氟乙烯或特氟龙涂层；3、芯轴；4、高压密封环；5、圆管壳流道；6、旋流混合单元；7、连接支架；8、内环螺旋带；9、外环螺旋带。
具体实施方式
下面结合附图对本本发明作进一步说明：
参见图1和图2，本发明一种适用于高粘度介质的低剪切防垢新型多相混合装置,在所述的圆管壳流道5内设有多个沿轴向布置的旋流混合单元6，相邻的旋流混合单元6错开90度角。
所述的旋流混合单元6包括内环螺旋带8、外环螺旋带9、芯轴3和连接支架7，芯轴3设在圆管壳流道5的轴心，两根连接支架7相互平行，连接支架7的中部垂直地连接在芯轴3上；在相邻的两根连接支架7半部之间分别连接两根旋向相反的内环螺旋带8和外环螺旋带9，其中内环螺旋带8两端分别连接在连接支架7相同一侧半部的中部，外环螺旋带9的两端分别连接在连接支架7相同一侧半部的两端；连接支架7的长度以及外环螺旋带9的螺旋直径与圆管壳流道5的内径相同。
在所述的圆管壳流道5两端设有卡箍式接口1，卡箍式接口1采用高压密封环4密封。旋流混合单元6的外缘与圆管壳流道5内壁采用紧密的弹性过盈式配合，完全避免了介质混时的壁流现象。
旋流混合单元6采用内环螺旋带8与外环螺旋带9结构形式，形成螺旋型交错流态，流体旋转方向不断改变，从而能促进流体混合的更加均匀。
圆管壳流道5、芯轴3、旋流混合单元6所有与介质接触的表面均采用了光滑倒圆角处理，减少对介质机械剪切，具有降低介质粘度损失的效果。圆管壳流道5内表面、旋流混合单元6外表面、芯轴3外表面等所有与介质接触的表面均采用热喷涂聚四氟乙烯2的工艺，表面光洁、不易结垢、化学性能稳定, 具有避免介质化学降解的效果。
旋流混合单元6内环螺旋带8与外环螺旋带9互为反向螺旋布置，内环螺旋带8与外环螺旋带均9采用多条螺旋带结构。旋流混合单元6内环螺旋带8与外环螺旋带9旋转角度大于等于360度。旋流混合单元6内环螺旋带8与外环螺旋带9之间的间隙可根据常规实验进行调整，以满足不同混合介质的需要，达到较好的混合效果。
通过调整旋流混合单元6之间距离的疏密组合，具有适应对不同粘度及混合均匀度要求的混合效果。
旋流混合单元6内环螺旋带8与外环螺旋带9旋转角度大于等于360度。
旋流混合单元6内环螺旋带8与外环螺旋带9之间的间隙可根据混合介质及混合效果进行调整。
本发明使用时，由于旋流混合单元6采用内环螺旋带8与外环螺旋带9互为反向螺旋布置，内环螺旋带8与外环螺旋带9均采用多条螺旋带结构，使流体产生较复杂的四周螺旋上升、再沿中心下降的流动型式，将流体微元不断地进行交换，不断改变流动方向，不仅将中心液流推向周边，而且将周边流体推向中心，形成螺旋型交错流态，从而造成良好的径向混合效果。与此同时，流体自身的旋转作用在相邻组件连接处的接口上亦会发生，这种完善的径向环流混合作用，使高粘度物料获得更佳的均匀混合。
由于旋流混合单元6采用内环螺旋带8与外环螺旋带9互为反向螺旋布置，内环螺旋带8与外环螺旋9带均采用多条螺旋带结构，不断改变流动方向，未对介质产生机械剪切，因此，本结构形式对混合介质具有低剪混合的功能。
所有与介质接触的表面均采用了光滑倒圆角，并采用热喷涂聚四氟乙烯层2进行表面处理。由于聚四氟乙烯（特氟龙）具有不粘性、滑动性、耐腐蚀性，处理后的表面具有表面光洁、化学性能稳定。因此，当介质混合时具有防垢、防化学降解功能。
卡箍式接口1连接，解决了拆卸快速方便问题，同时对工艺复杂，要求占地面积小的工艺设备尤其适用。

Claims (10)

1.一种适用于高粘度介质的新型低剪切防垢多相混合装置,包括圆管壳流道（5），其特征在于：在所述的圆管壳流道（5）内设有多个沿轴向布置的旋流混合单元（6），相邻的旋流混合单元（6）错开90度角。
2.根据权利要求1所述的适用于高粘度介质的低剪切防垢新型多相混合装置,其特征在于：所述的旋流混合单元（6）包括内环螺旋带（8）、外环螺旋带（9）、芯轴（3）和连接支架（7），芯轴（3）设在圆管壳流道（5）的轴心，两根连接支架（7）相互平行，连接支架（7）的中部垂直地连接在芯轴（3）上；在相邻的两根连接支架（7）半部之间分别连接两根旋向相反的内环螺旋带（8）和外环螺旋带（9），其中内环螺旋带（8）两端分别连接在连接支架（7）相同一侧半部的中部，外环螺旋带（9）的两端分别连接在连接支架（7）相同一侧半部的两端；连接支架（7）的长度以及外环螺旋带（9）的螺旋直径与圆管壳流道（5）的内径相同。
3.根据权利要求1所述的适用于高粘度介质的低剪切防垢新型多相混合装置,其特征在于：通过调整旋流混合单元（6）之间距离，具有适应对不同粘度及混合均匀度要求的混合效果。
4.根据权利要求1所述的适用于高粘度介质的低剪切防垢新型多相混合装置,其特征在于：所述的芯轴（3）的两端、内环螺旋带（8）和外环螺旋带（9）的表面边角均为光滑圆角。
5.根据权利要求1所述的适用于高粘度介质的低剪切防垢新型多相混合装置,其特征在于：所述的圆管壳流道（5）和旋流混合单元（6）的表面均喷涂聚四氟乙烯层（2）。
6.根据权利要求1所述的适用于高粘度介质的低剪切防垢新型多相混合装置,其特征在于：在所述的圆管壳流道（5）两端设有卡箍式接口（1），卡箍式接口（1）采用高压密封环（4）密封。
7.根据权利要求1所述的适用于高粘度介质的低剪切防垢新型多相混合装置，其特征在于：每一旋流混合单元（6）中，连接在连接支架（7）同一侧的内环螺旋带（8）与外环螺旋带（9）互为反向螺旋布置，并且内环螺旋带（8）和外环螺旋带（9）采用两条以上。
8.根据权利要求1所述的适用于高粘度介质的低剪切防垢新型多相混合装置，其特征在于：所述的旋流混合单元（6）的内环螺旋带（8）与外环螺旋带（9）所占旋转角大于350度。
9.根据权利要求1所述的适用于高粘度介质的低剪切防垢新型多相混合装置，其特征在于：旋流混合单元（6）内环螺旋带（8）与外环螺旋带（9）之间的间隙根据混合介质及混合效果确定。
10.根据权利要求1所述的适用于高粘度介质的低剪切防垢新型多相混合装置，其特征在于：旋流混合单元（6）的外缘与圆管壳流道（5）内壁采用紧密的弹性过盈式配合，完全避免了介质混时的壁流现象。
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