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【摘要】本研究提供一种超声空化场叠加的混合装置。装置通过电脑工控机及PLC控制柜组成的超声追踪辐照技术进行稠油与药剂均质混合，解决了传统装置的诸多缺点。系统由圆板哨超声发生器、压电超声发生器、超声参数控制系统三部分组成，利用超声空化场叠加设计将圆板哨超声空化场与压电超声空化场异频叠加，使电声能量转化实现1+1>2的电声转化效应。使物料混合达到100%的均质混合要求。
【关键词】压电超声发生器；圆板哨超声发生器；超声空化场叠加；超声追踪辐照
一、研究概述
目前现有采油技术中，在油品中添加乳化剂、破乳剂已经成为三采中普遍广泛应用的油品技术[1]。而常规的添加方法最常见的是管道加注法和储罐加注法。这两种方法混合效率低下、能耗高、占地面积大。由于集输站采用的自然沉降法混合效率低下，药剂破乳自然沉降时间多在48小时左右。这样就需要在每个油田的稠油区块建设多处集输大储罐，每个罐的容积在5000m3左右，占地面积依块区出油量不等而不同。无论在一次性投资建设还是后期运行、环保管理等都存在许多问题。罐储区所需油泵等其他动力功率在100～200KW左右、检修费用、运行费用普遍很高。而药剂与稠油的混合只经过管输混搅、油泵输送搅拌，效率低下属于自然态混合，这种混合工艺及设备已经不能满足工业化生产要求。
传统的稠油药剂混合装置存在以下不足：
（1）喷射混合设备的能耗大，一般电机功率都在45KW以上。
（2）集输大储罐自然沉降法占地面积大，一次投资高，功耗大100～200KW/站左右且运行成本高、效率低，多属于自然混合沉降状态，间歇工作时间为48小时。
（3）设备检修点、泄漏点多，维修费用高。
（4）不适合连续在线工业化生产。
二、本研究解决的问题、解决方法及混合装置系统设计
2.1需要解决的问题
稠油在物理特性上与普通石油有很大的区别，在添加药剂及均质混合上使用传统的工艺方法不仅效率低而且运行成本高，这就需要利用新技术开发新设备来满足生产需要。而超声均质混合技术在稠油工艺处理上是目前最好的解决办法[2]。单頻超声混合技术难以解决复杂的物料混合要求，这就需要采用双频叠加转化能实现1+1>2效应[3]，并且利用计算机技术闭环追踪混合效果进而调整超声参数来完成混合生产要求，而系统的效率高低决定采用成本的高低。
2.2解决的方法
超声空化场传质混合过程分为三次强力高效混合[4]：
2.2.1初混：稠油和药剂混流在圆板哨超声发生器形成管道腔式传质，完成强力初混。
2.2.2第二次混合：经过初混的混合液压电超声发生器中进行微观强力二次混合。
2.2.3第三次混合：经过初混、二混的混液在动力泵的推动下完成第三次传输混合。
由于流体动力的激振效应圆板哨超声发生器源源不断的形成了管路全空间的超声空化场，随着流体进入压电超声发生器，二种频率得到叠加增强放大实现电声转化1+1>2效应。药剂与稠油在空化场里得到了微观强力混合传质混合作用。
2.3混合装置系统设计
2.3.1电脑工控机追踪物化参数控制系统由电脑工控机、PLC控制柜、超声波信号源、动力泵变频器、通讯模块、检测探头及连线组成。
2.3.2电脑工控机通过控制PLC程序控制柜执行电脑工控机中各项既定试验数据指令，而数据的变化通过超声波检测探头传输与PC机内的设定数据自动比对确定追踪辐照。
三、超声参数追踪辐照系统结构示意图
四、超声参数追踪辐照控制原理图
五、结论
项目经过试验结果如下：
5.1电脑工控机超声空化场叠加的混合装置实现了低输入功率高输出声能转换的双频叠加转化1+1>2的电声效应，同比单频设备可提高50%左右的效能。
5.2根据工艺需要通过调节电脑工控机内辐照强度参数，混合效果可达100%，可实现在线连续工作。
5.3混合效率高、运行费用低，比传统装备可提高效率50%以上。
5.4占地小、无泄漏点、可实现无污染环保作业。
5.5适用行业范围广、处理能力大、解决了工业化生产的设备产能问题。
参考文献
[1]周铁金.辽河稠油破乳脱水综合技术实验研究.渤海大学学报（自然科学版），2007，6：113～116.
[2]孙宝江，乔文孝，付静.三次采油中水包油乳状液的超声波研究.石油学报，2000；21（6）：97～101
[3]刘岩.两种不同类型的声场与声化学产额的关系.物理化学学报，2001，17（11）：1031～1035
[4]袁易全.近代超声原理与应用[M].江苏：南京大学出版社，1996
2013年辽宁省教育厅科学研究一般项目（L2013525）
【关键词】压电超声发生器；圆板哨超声发生器；超声空化场叠加；超声追踪辐照
一、研究概述
目前现有采油技术中，在油品中添加乳化剂、破乳剂已经成为三采中普遍广泛应用的油品技术[1]。而常规的添加方法最常见的是管道加注法和储罐加注法。这两种方法混合效率低下、能耗高、占地面积大。由于集输站采用的自然沉降法混合效率低下，药剂破乳自然沉降时间多在48小时左右。这样就需要在每个油田的稠油区块建设多处集输大储罐，每个罐的容积在5000m3左右，占地面积依块区出油量不等而不同。无论在一次性投资建设还是后期运行、环保管理等都存在许多问题。罐储区所需油泵等其他动力功率在100～200KW左右、检修费用、运行费用普遍很高。而药剂与稠油的混合只经过管输混搅、油泵输送搅拌，效率低下属于自然态混合，这种混合工艺及设备已经不能满足工业化生产要求。
传统的稠油药剂混合装置存在以下不足：
（1）喷射混合设备的能耗大，一般电机功率都在45KW以上。
（2）集输大储罐自然沉降法占地面积大，一次投资高，功耗大100～200KW/站左右且运行成本高、效率低，多属于自然混合沉降状态，间歇工作时间为48小时。
（3）设备检修点、泄漏点多，维修费用高。
（4）不适合连续在线工业化生产。
二、本研究解决的问题、解决方法及混合装置系统设计
2.1需要解决的问题
稠油在物理特性上与普通石油有很大的区别，在添加药剂及均质混合上使用传统的工艺方法不仅效率低而且运行成本高，这就需要利用新技术开发新设备来满足生产需要。而超声均质混合技术在稠油工艺处理上是目前最好的解决办法[2]。单頻超声混合技术难以解决复杂的物料混合要求，这就需要采用双频叠加转化能实现1+1>2效应[3]，并且利用计算机技术闭环追踪混合效果进而调整超声参数来完成混合生产要求，而系统的效率高低决定采用成本的高低。
2.2解决的方法
超声空化场传质混合过程分为三次强力高效混合[4]：
2.2.1初混：稠油和药剂混流在圆板哨超声发生器形成管道腔式传质，完成强力初混。
2.2.2第二次混合：经过初混的混合液压电超声发生器中进行微观强力二次混合。
2.2.3第三次混合：经过初混、二混的混液在动力泵的推动下完成第三次传输混合。
由于流体动力的激振效应圆板哨超声发生器源源不断的形成了管路全空间的超声空化场，随着流体进入压电超声发生器，二种频率得到叠加增强放大实现电声转化1+1>2效应。药剂与稠油在空化场里得到了微观强力混合传质混合作用。
2.3混合装置系统设计
2.3.1电脑工控机追踪物化参数控制系统由电脑工控机、PLC控制柜、超声波信号源、动力泵变频器、通讯模块、检测探头及连线组成。
2.3.2电脑工控机通过控制PLC程序控制柜执行电脑工控机中各项既定试验数据指令，而数据的变化通过超声波检测探头传输与PC机内的设定数据自动比对确定追踪辐照。
三、超声参数追踪辐照系统结构示意图
四、超声参数追踪辐照控制原理图
五、结论
项目经过试验结果如下：
5.1电脑工控机超声空化场叠加的混合装置实现了低输入功率高输出声能转换的双频叠加转化1+1>2的电声效应，同比单频设备可提高50%左右的效能。
5.2根据工艺需要通过调节电脑工控机内辐照强度参数，混合效果可达100%，可实现在线连续工作。
5.3混合效率高、运行费用低，比传统装备可提高效率50%以上。
5.4占地小、无泄漏点、可实现无污染环保作业。
5.5适用行业范围广、处理能力大、解决了工业化生产的设备产能问题。
参考文献
[1]周铁金.辽河稠油破乳脱水综合技术实验研究.渤海大学学报（自然科学版），2007，6：113～116.
[2]孙宝江，乔文孝，付静.三次采油中水包油乳状液的超声波研究.石油学报，2000；21（6）：97～101
[3]刘岩.两种不同类型的声场与声化学产额的关系.物理化学学报，2001，17（11）：1031～1035
[4]袁易全.近代超声原理与应用[M].江苏：南京大学出版社，1996
2013年辽宁省教育厅科学研究一般项目（L2013525）