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摘要：本文对现行石油压裂支撑剂生产工艺及装备进行了梳理和总结，提出了低密高强度石油压裂支撑剂工厂设计与提升的基本思路。
关键词：石油压裂支撑剂；陶粒砂；铝矾土；回转窑
1项目概述
低密高强度石油压裂支撑剂，是石油压裂支撑剂系列产品的高端产品，具有耐压强度高，密度低，圆球度好，光洁度高，导流能力强等优点，可广泛用于深井高压油、气层的压裂开采和改造。
石油压裂支撑剂产业是目前极具成长性的行业。高质量的支撑剂可提高油气产出率60%，延长油井服务年限5～10年。据统计，对我国已探明的石油资源，如果总采收率每提高一个百分点，就等于增加2亿吨可采储量。采用先进的压裂技术和高性能的压裂支撑剂，对我国油气资源行业的发展具有重要的意义。
随着世界浅层油田资源的日渐枯歇，全球范围内的能源危机不断加剧，适宜于深井油、气田开采的高性能石油压裂支撑剂将会有越来越大的市场需求，该产品在国外的发展前景广阔。
2工艺设计思路
1）建立清洁环保生产线
按照清洁生产要求，通过合理划分生产区域及配套环保设施建设，建立清洁环保生产线。在综合分析性价比基础上，选用设备运行稳定，密闭性好，噪音低的破碎粉磨及烧成筛分设备，将粉尘、噪音较大的破碎粉磨工序集中布置，与成球烧成工序分开，通过气力输送设备组织车间间物料运输，按生产线联动关系配套粉尘处理系统，满足清洁生产要求。
2）建立柔性化生产线
通过原料均化处理及成球工艺柔性化设计，建立柔性化生产线。采用熟矾土为主要原材料，通过原料场均化，粉磨前配料均化，粉磨后细粒度均化三级均化处理工艺，避免原料成分波动对产品的影响。分别以大成球盘成球设备，高速制粒设备为主体，配套输送转运设备，石油压裂支撑剂的生产线，满足不同产品的市场需求。
3）建立简洁优化的生产系统
通过车间物流组织及分析，优化工艺路线，缩短运输路线，配套机械化转运设备，建立简洁优化的生产系统。靠近原料均化堆场，建立破碎粉磨联合厂房，采用立体竖向破碎系统设置，最大限度缩短运输路线，同时以各类带式输送机为主体，配套气力提升输送装备，实现不同工序间机械化运输，降低生产线运行成本。
4）建立机械化、数字化、智能化生产线
通过生产节拍及设备生产能力配套计算，建立机械化、数字化、智能化生产线。
按照多破少磨破碎原则，采用两级破碎，立式磨粉机配置。工序间物料转运以大倾角带式输送机、气力输送为主。设备运行稳定，工序衔接顺畅。
采用自动备配料系统，提高配料精度，提高成品率，降低劳动强度。
成球工序，主料、添加剂、水按照生产配方自动加入高效成球设备，机械化出料，机械化运输，PLC控制。
配套建设引子破碎，返回输送系统，服务于成球主体设备。
建立直线型干燥、烧成、冷却、筛分生产系统，配套自动包装设备，建立
设置回转窑温度，烧成气氛，转速控制调整系统，可根据配方及产品变化调整烧成设备，提高产品质量。
3工艺方案比选
石油压裂支撑剂制备均需经过破碎、配料、粉磨、成球、干燥、烧成、冷却筛分工序。破碎、配料工艺过程基本相同，而粉磨、成球和烧成工序根据工艺不同，可有不同方案。
3.1粉磨方案比选
粉磨是原料处理的核心环节，是原料处理能耗最高的环节。不同粉磨设备比较如下：
按照设备稳定性高，生产节能环保，产品粒度均匀，一次投入适中的要求，采用立式磨机。
3.2成球方案比选
目前成球工序，主导工艺是成球时必须以细粉作为引子，主体设备是成球盘，其转速低（转速10转/min），技术进步主要集中在成球效率和机械化程度方向，成球大型化后，产品圆度不及小成球盘，成球密度有所提高。
目前最先进的成球方案，主体设备是对进口设备吸收再造基础上完成的高效成球机，其转速高（2000转/min），双向逆流成型，产品圆度高，密度高，不需要引子破碎及返回系统，生产线简洁，自动化高。
3.3烧成窑方案比选
烧成窑有两种形式，隧道窑和回转窑。
可以看出使用回转窑更加经济、节能。
4余热利用
余热利用包括两个方面：回转窑尾气，用于原料烘干；冷却滚筒热量用于回转窑助燃风加热。
采用余热利用技术，回转窑热风先经过烘干窑之后在进除尘器，利用烟气余热将矾土加热，一方面减少燃气耗量，一方面降低烟气进入除尘器的温度。
煅烧过的石油压裂支撑剂温度为1350℃，经过冷却滚筒冷却至25℃左右，放出大量的热，利用其中的一部分加热空气回到窑头做助燃风可节约一部分能量，实现余热利用。现就这两部分余热利用率进行计算：
以年产石油压裂支撑剂10万吨为例，年时基数7920小时，天然气热值8400kcal/m³，根据统计指标，节能配套完善时，煅烧石油压裂支撑剂燃料单耗1250kcal/kg，1m3天然气燃烧，废气量按11 m3估算，
天然气消耗量：1250×10×104×103/8400=1488×104m³，
小时天然气耗量1488×104/7920=1879 m³/h。
烘干窑部分所产生的余热利用：烟气进入烘干窑的温度为400℃，出烘干窑的温度为200℃。根据公式Q=cmΔt，比热按平均比热计算，每小时产生热量为：
Q=cmΔt=1.122×0.6×11×1879×（400-200）=2.78×106KJ
冷却滚筒部份加热烟气所需热量计算：
冷空气经回转窑冷却滚筒换热后，作为回转窑燃烧器助燃风，助燃风温度可达到600℃。 根据公式 Q=cmΔt计算，所需热量为：
Q=cmΔt=1.1808×0.4×10×1879×（600-25）=5.1×106KJ
（2.78+5.1）×106KJ =7.88×106KJ，每小时产量120000/7920=15.2t
则每公斤产品可节约能耗：7.88×106/15.2/103=518KJ
占总能耗的比重为518/4.2/1250=10%。
年可节约标煤518×10×104×103/7000/10000×1.2143=900吨
论文作者:张洪明
论文发表刊物:《基层建设》2015年21期供稿
论文发表时间:2016/4/7
标签：烧成论文; 设备论文; 压裂论文; 石油论文; 余热论文; 生产线论文; 工序论文; 《基层建设》2015年21期供稿论文;