Почему PSD имеет значение для барита в бурении и промышленном использовании

Распределение частиц по размерам определяет эффективность барита в каждом применении. В буровых растворах PSD определяет реологию. Крупные частицы оседают слишком быстро. Слишком большое количество мелких частиц приводит к тому, что вязкость становится неработоспособной и дестабилизирует столб бурового раствора при забойных температурах. Функция проста: барит должен находиться во взвешенном состоянии равномерно, противостоять провисанию и сохранять текучесть при перекачивании. Пропустите окно PSD, и вы поставите под угрозу контроль над скважиной.

В случае промышленного использования ставки меняются, но не падают. Барит, пригодный для окраски, требует D50 ниже 5 микрон с узким распространением. Широкий PSD убивает глянец и приводит к неравномерному покрытию пленки. Пластмассы и резиновые смеси используют барит в качестве функционального наполнителя; Размер частиц напрямую влияет на прочность на разрыв, качество поверхности и качество дисперсии. Приложения радиационной защиты требуют упаковки высокой плотности, которую может обеспечить только контролируемая мультимодальная PSD.

В таблице ниже сравниваются два мира требований PSD к бариту.

Барит бурового качества живет в узком коридоре: достаточно частиц, чтобы оставаться во взвешенном состоянии, но не так много, чтобы нарушилась реология. Промышленные сорта требуют микронной точности с минимальными «хвостами» на обоих концах кривой. В обоих случаях вознаграждается оператор завода, который активно, а не пассивно контролирует PSD.

Проблема чрезмерного измельчения: причины и количественное воздействие

Барит хрупок. Твердость по шкале Мооса 3,0–3,5 означает, что он легко разрушается при механическом воздействии. В шаровой мельнице, где мелющие тела движутся беспорядочно, частицы барита разрушаются спустя долгое время после достижения заданного размера. Это перешлифовка. Это не мелкая неэффективность. Это каскад потерь.

Шаровая мельница, измельчающая барит до D50 15 микрон, потребляет примерно 50-55 кВтч на тонну. Поднимите ту же мельницу до D50, равного 8 микронам, и потребность в энергии подскочит до 70-75 кВтч на тонну — увеличение на 40%. В то же время производительность падает на 20–25 %, поскольку мельница тратит энергию на измельчение уже мелких частиц вместо уменьшения количества свежего сырья. Сами по себе мелочи создают амортизирующий эффект внутри мельницы, снижая эффективность удара.

Проблема усугубляется в дальнейшем. Мелкая фракция барита размером менее 6 микрон увеличивает пластическую вязкость раствора, что требует более высокого давления насоса на буровой установке. В покрытиях ультрадисперсные частицы агломерируются во время диспергирования, создавая поверхностные дефекты, которые требуют доработки или браковки. Экономический ущерб поддается количественной оценке: линия производительностью 10 тонн в час, потерявшая 25% пропускной способности, теряет 60 тонн продукции в день. При цене барита класса API 120 долларов США за тонну это означает потерю 7200 долларов США за смену.

Почему барит перемалывается легче, чем, скажем, известняк? Его плоскости спайности идеальны по осям 001 и 210. Энергия удара беспрепятственно распространяется по кристаллу, образуя за один раз фрагменты в широком диапазоне размеров. Известняк поглощает больше энергии за счет межзеренного трения. Барит просто раскалывается. Решение состоит в том, чтобы не измельчать меньше. Это чтобы отдельные штрафы в момент достижения норматива — задача, которая целиком ложится на классификационную систему. Для более глубокого понимания динамики энергопотребления мельниц см. стратегии энергоэффективности в системах вертикальных мельниц изменить современную экономику обработки порошков.

Сравнение оборудования: шаровая мельница, мельница Раймонда, вертикальная мельница и струйная мельница.

Каждый тип мельниц имеет характерный отпечаток PSD. Выбор оборудования – это решение PSD, а не решение о мощности или стоимости. В таблице ниже четыре распространенные технологии сопоставлены с показателями, имеющими значение для барита.

Шаровые мельницы доминируют на устаревших предприятиях по добыче барита. Они обеспечивают объем. Но их степень переизмельчения на 30-40% до 6 микрон постоянно угрожает соблюдению API 13A. LYH998 4-валковая маятниковая мельница Raymond решает эту проблему напрямую: материал выходит из зоны измельчения через классификатор в тот момент, когда он достигает заданной крупности, сокращая переизмельчение почти вдвое по сравнению с шаровой мельницей открытого цикла.

Рэймонд Милл Manufacturers, Pendulum Mill Factory, Suppliers

LIYUANHENG - Производители валковых мельниц Raymond и фабрика мельниц Raymond, поставщики маятниковых мельниц в Китае, 4-валковая маятниковая мельница Raymond на продажу.

Посмотреть продукт →

Для операций, нацеленных на D97 ниже 20 микрон, что обычно встречается в промышленных покрытиях с высоким содержанием нелетучих компонентов, Интеллектуальная вертикальная кольцевая валковая мельница серии LYH996 сочетает в себе многопроходное измельчение с высокоточным роторным классификатором. Он дает крутую кривую PSD с D50 около 8–12 микрон, сохраняя при этом содержание частиц менее 6 микрон ниже 15%. Струйные мельницы обеспечивают еще более тонкое распределение, но затраты на электроэнергию в пять-десять раз выше. Они заслужили свое место только тогда, когда D50 ниже 3 микрон не подлежит обсуждению.

Производители кольцевых валковых мельниц, Завод вертикальных валковых мельниц

Вертикальная кольцевая валковая мельница Manufacturers and Roller Grinding Machine Factory, Superfine Powder Roller Mill Suppliers in China, LIYUANHENG offer Vertical Roller Mill

Посмотреть продукт →

Ключевые параметры процесса для управления PSD

Три переменные доминируют в результатах PSD. Настройте их по отдельности, и вы будете гоняться за своим хвостом. Настройте их как систему, и вы точно настроите распределение.

Скорость ротора классификатора (об/мин)

Это основной привратник PSD. Более высокая скорость ротора создает большую центробежную силу, отбрасывая более крупные частицы обратно в зону измельчения. Для барита API 13A типичная скорость вращения ротора составляет от 800 до 1200 об/мин на сепараторе диаметром 400 мм. Увеличение скорости на 100 об/мин может сместить D50 вниз на 2-3 микрона. Но если вы зайдете слишком далеко, штрафы будут циркулировать бесконечно, что приведет к резкому увеличению энергопотребления, но при этом не будет получено больше продукции.

Давление шлифования (МПа)

В валковых мельницах давление измельчения определяет интенсивность разрушения за проход. Для барита давление от 8 до 12 МПа обеспечивает стабильный D50 в диапазоне 15-25 микрон. При давлении ниже 8 МПа производительность снижается, а грубые хвосты расширяются. При давлении выше 14 МПа мельница образует слишком много мелочи за один проход, превосходя даже быструю классификатор. Золотая середина позволяет контролировать коэффициент уменьшения за проход.

Объем воздушного потока (м³/ч)

Воздушный поток выводит классифицированную мелочь за пределы мельницы. Недостаточный поток приводит к истощению классификатора, позволяя накапливаться крупным частицам. Чрезмерный поток протягивает слишком крупный материал до того, как ротор сможет его отбросить. Для мельницы Raymond среднего размера, перерабатывающей барит, производительность 18 000–22 000 м³/ч обычно обеспечивает баланс между эффективностью транспортировки и точностью классификации. Операторы должны контролировать перепад давления на классификаторе как индикатор адекватности потока в реальном времени.

Логика взаимодействия проста: Скорость классификатора определяет точку резки, давление измельчения обеспечивает распределение подачи, а поток воздуха регулирует потолок производительности. . Изменение одного и двух других требует ребалансировки. Увеличение скорости классификатора на 15 % без соответствующей регулировки воздушного потока часто снижает производительность на 10–12 %, поскольку материал рециркулирует, а не выходит.

Как предотвратить чрезмерное измельчение: пошаговое руководство

Чрезмерное измельчение можно предотвратить за счет тщательного проектирования процесса и технического обслуживания. Следующие шаги образуют практическую последовательность, которую может реализовать любой завод по переработке барита.

1. Контролируйте размер подачи ниже 20 мм. Частицы сырья размером более 25 мм вынуждают мельницу использовать высокую энергию удара, которая беспорядочно разрушает материал. Щековая или молотковая дробилка, установленная на входе, должна обеспечивать равномерную подачу материала размером 10–20 мм. Постоянный размер сырья стабилизирует внутреннюю нагрузку мельницы и обеспечивает повторяемость настроек классификатора.
2. Правильно установите соотношение давления измельчения и скорости классификатора. Для барита стремитесь к такому соотношению, при котором скорость классификатора (об/мин), разделенная на давление измельчения (МПа), находится в диапазоне от 80 до 110. Это позволяет мельнице производить в основном целевой диапазон размеров, не допуская чрезмерного разрушения и без того мелкозернистого материала.
3. Работайте только в замкнутом контуре. При измельчении в открытом цикле нет механизма для удаления мелких частиц до того, как произойдет переизмельчение. Замкнутый контур с динамическим классификатором гарантирует немедленный выход материала, отвечающего техническим требованиям. Одно только это может снизить содержание частиц размером менее 6 микрон на 10-15 процентных пунктов.
4. Сопоставьте тип классификатора с вашей целью D97. Турбинные классификаторы хорошо работают для D97 выше 45 микрон. Для D97 размером менее 20 микрон роторный классификатор с высокой плотностью лопастей и скоростью кончика более 50 м/с обеспечивает острый срез, предотвращающий унос мелкой фракции.
5. Осмотрите и замените мелющие элементы при износе 15%. Изношенные шлифовальные ролики или кольца снижают контактное давление, вынуждая операторов компенсировать это более высокими настройками силы, что приводит к неустойчивому PSD. Ролик, изношенный более чем на 15 % от первоначального профиля, может сместить D50 на 4–5 микронов и увеличить размер фракции на 8–10 %. Плановая замена обходится дешевле, чем некондиционный продукт.
6. Постоянно контролируйте перепад давления в классификаторе. Возрастающий перепад давления сигнализирует об увеличении нагрузки рециркуляции и начинающемся переизмельчении. Установите сигналы тревоги на 15 % выше базового уровня и немедленно проведите расследование. Исправлением обычно является регулировка воздушного потока или уменьшение скорости подачи, а не изменение скорости классификатора.

Практический пример: Модернизация шаровой мельницы на мельницу Raymond для улучшения PSD

На предприятии по переработке барита в Юго-Восточной Азии эксплуатировалась шаровая мельница замкнутого цикла размером 2,4 х 7 м со статическим классификатором для производства продукции класса API 13A. Продукт D50 имел средний размер 18 микрон, но фракция размером менее 6 микрон постоянно находилась на уровне 35 %, что превышает предел API 13A на 30 %. Каждая третья партия требовала смешивания с более грубым материалом, что добавляло 18 долларов США за тонну к затратам на обработку.

На заводе заменена шаровая мельница на мельницу Раймонд 5Р, оснащенную динамическим роторным сепаратором. Подготовка сырья и обработка после измельчения остались без изменений. Уже через две недели после ввода в эксплуатацию результаты были очевидны.

Потребление энергии снизилось на 22%. Производительность выросла на 15%, поскольку мельница больше не тратила энергию на переизмельчение мелочи. Что наиболее важно, соответствие партии API 13A подскочило с 67% до 96%, что позволило устранить затраты на смешивание и браковку поставок. Период окупаемости капитальных затрат при модернизации составил 14 месяцев, что обусловлено, главным образом, экономией энергии и снижением некондиционных потерь. Этот результат отражает основной принцип: контроль PSD – это не лабораторная абстракция. Это отображается непосредственно в отчете о прибылях и убытках.