何 睿，張繼偉 （中海油 （中國(guó)）有限公司天津分公司，天津300452）

當(dāng)前我國(guó)很多油田都進(jìn)入了高含水開(kāi)采期，井流液相含水達(dá)到80%～90%，處理后生產(chǎn)污水必須達(dá)標(biāo)排放或回注。傳統(tǒng)的重力沉降法對(duì)采出液進(jìn)行油水分離需要3～4h，而且常規(guī)分離器、斜板撇油器等占地面積大、工程造價(jià)高、系統(tǒng)壓力利用不充分。為改變上述狀況，中國(guó)海洋石油總公司的海上石油平臺(tái)應(yīng)用了多種生產(chǎn)污水處理工藝，其中液-液型水力旋流器作為其中一種重要污水脫油設(shè)備，具有操作簡(jiǎn)單、分離效率高、單位容積處理量大、設(shè)備成本低、體積和占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，在海上石油平臺(tái)生產(chǎn)工藝的油田產(chǎn)液預(yù)分離和含油污水處理中的發(fā)揮越來(lái)越大的作用。為此，筆者結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)液-液型水力旋流器在海上石油平臺(tái)污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

1 工作原理

液-液型水力旋流器是重力聚結(jié)器的一種，其結(jié)構(gòu)如圖1所示［1］。該裝置在工作時(shí)，含油污水沿切線(xiàn)方向進(jìn)入圓筒渦旋段后形成旋流再進(jìn)入縮徑段，由于縮徑段截面改變，使流速增大并形成螺旋流態(tài)，利用油和水的密度差，使水附著于旋流管壁而油滴向錐管中心移動(dòng)。流體進(jìn)入細(xì)錐段后，由于該段截面不斷縮小，流速繼續(xù)增加，離心力也隨著增大，小油滴被擠入錐管中心聚合形成油心，在凈化水沿著旋流管壁呈螺旋線(xiàn)向前流動(dòng)的同時(shí)，低壓區(qū)的油心向后流動(dòng)并從溢流口排出，而凈化水則由集水腔流出，從而完成油水分離。

圖1 液-液型水力旋流管結(jié)構(gòu)原理圖

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2．1 施工工藝參數(shù)

錦州25-1油田通過(guò)熱化學(xué)分離、重力分離等方式將原油三相分離，分離出的污水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)。生產(chǎn)污水處理工藝流程為生產(chǎn)水脫氣罐→生產(chǎn)水增壓泵→水力旋流器→氣浮選器 （入口含油在300ppm以下）→核桃殼進(jìn)料泵→核桃殼濾器→注水精細(xì)濾器→注水緩沖罐 （見(jiàn)圖2）。

圖2 錦州25-1油田生產(chǎn)污水處理工藝流程

根據(jù)生產(chǎn)污水不同流量跨度，將該裝置腔體內(nèi)部設(shè)置3個(gè)處理能力相同的區(qū)域 （第1、2、3區(qū)），3個(gè)分區(qū)可以根據(jù)處理量的不同，既可單獨(dú)使用也可組合使用，同時(shí)還可以通過(guò)調(diào)整參與工作的旋流管數(shù)量來(lái)更好地適應(yīng)不同生產(chǎn)污水處理量的需求。該設(shè)備具有反沖洗的功能，設(shè)計(jì)最大處理能力為256m3／h，最小處理能力15m3／h，要求含油水進(jìn)口含油量大于2000mg／L，凈化水出口含油量小于100mg／L。

2．2 影響因素分析

1）化學(xué)藥劑的影響 該裝置的處理效果與生產(chǎn)污水中含油顆粒直徑大小有很大關(guān)系。如果顆粒太小 （小于20μm），則無(wú)法將其甩出；如果污水中的含油呈現(xiàn)乳化狀態(tài)，該裝置也不能將乳化油脫出。該裝置的處理效果與生產(chǎn)流程中加入的破乳劑的破乳效果有直接關(guān)系，破乳效果好，油水分層明顯，生產(chǎn)污水中不會(huì)有太多的絮狀物。為此，針對(duì)錦州25-1原油性質(zhì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)篩選適合的破乳劑。對(duì)比添加篩選的破乳劑前后生產(chǎn)污水處理效果，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)污水處理指標(biāo)明顯好轉(zhuǎn)，排放檢測(cè)生產(chǎn)污水含油從添加化學(xué)藥劑前的300mg／L以上減至80mg／L以下。這說(shuō)明使用合適破乳劑對(duì)于水力旋流器的分離效果非常關(guān)鍵。

2）差壓比及流量的影響 為了解不同差壓比和流量對(duì)生產(chǎn)污水處理效果的影響，分別按照手動(dòng)控制和自動(dòng)控制模式對(duì)水力旋流器進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試結(jié)果如表1所示。

表1 水力旋流器調(diào)試記錄表 （2011年）

從表2可以看出，如果生產(chǎn)污水流量為40～50m3／h，水力旋流器的水出口含油可以控制在300mg／L以下，滿(mǎn)足下游氣浮選器對(duì)入口含油的要求，但未達(dá)到設(shè)計(jì)要求 （小于100mg／L），而小流量 （15～30m3／h）的處理效果更是不理想，其原因在于水力旋流器的水出口壓力無(wú)法在現(xiàn)有流程下降低到理想設(shè)定值 （約為入口壓力的一半），導(dǎo)致油和水的2個(gè)出口的壓力高，差壓比的可調(diào)范圍太小，無(wú)法建立足夠的差壓來(lái)驅(qū)動(dòng)含油生產(chǎn)水在旋流管內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，從而使油水分離效果差。此外，在生產(chǎn)污水流量合適的條件下，通過(guò)自動(dòng)控制差壓比的污水處理效果也不理想。理論上通過(guò)動(dòng)態(tài)追蹤水出口控制閥開(kāi)度變化引起的水出口壓差的變化來(lái)控制油出口控制閥開(kāi)度，從而保證設(shè)定的壓差比，但實(shí)際操作中很難實(shí)現(xiàn)，而且水出口的壓力無(wú)法降低到理論上需要的設(shè)定壓力，導(dǎo)致油和水出口的壓力高，差壓比的可調(diào)范圍太小，水出口的含油量不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。出現(xiàn)上述狀況的原因如下：雖然為滿(mǎn)足不同生產(chǎn)污水流量跨度對(duì)水力旋流器腔體內(nèi)部設(shè)置3個(gè)分區(qū)，但使用1個(gè)分區(qū) （18根旋流管）時(shí)還是多于最小排量所需的旋流管數(shù)量，導(dǎo)致旋流速度不足，最終使油水分離效果差。

根據(jù)上述分析，用9根堵頭更換了第1區(qū)的9根旋流管，并對(duì)水力旋流器反沖洗后進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試結(jié)果如表2所示。

表2 水力旋流器調(diào)試記錄表 （2011年）

從表2可以看出，在不同地生產(chǎn)污水流量條件下，凈化水含油量為30～80mg／L，水力漩流器的水出口含油可以控制在80mg／L以下，滿(mǎn)足下游氣浮選器對(duì)入口含油的要求，也達(dá)到設(shè)計(jì)要求。其原因在于減少旋流管數(shù)量之后，單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)單個(gè)旋流管的生產(chǎn)污水流量增加，流動(dòng)速度加大，從而產(chǎn)生快速旋轉(zhuǎn)，使油水分離效果得到明顯改善。

2．3 應(yīng)用效果

目前錦州25-1油田在使用液-液型水力旋流器處理生產(chǎn)污水時(shí)，流量控制在30m3／h，生產(chǎn)污水含油濃度在600mg／L左右，處理后凈化水含油濃度在70mg／L左右，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)論和建議

1）液-液型水力旋流器相對(duì)于常規(guī)的污水除油裝置，具有重量輕、占地面積小、成本低、處理時(shí)間短、分離效率高等優(yōu)勢(shì)，非常適用于海上石油平臺(tái)作業(yè)。

2）水力旋流器具有較大生產(chǎn)污水流量使用范圍，但對(duì)于低流量處理效果不理想，可通過(guò)抽取或封堵旋流管來(lái)降低生產(chǎn)污水流量。

3）使用水力旋流器時(shí)必須設(shè)置好進(jìn)出口差壓比，以此來(lái)保證足夠的壓差。

4）最好將水力旋流器與其他生產(chǎn)污水處理裝置配套使用，從而盡可能保證生產(chǎn)污水達(dá)標(biāo)。

5）水力旋流器的自動(dòng)控制系統(tǒng)操作困難，需要不斷摸索規(guī)律，掌握最佳的操作條件。

［1］倪玲英 ．水力旋流器的研究現(xiàn)狀及其在石油工業(yè)中的應(yīng)用前景 ［J］．過(guò)濾與分離，1999（3）：1-4．