周成蹊

（上海市離心機(jī)械研究所有限公司，上海200231）

三相分離離心機(jī)系統(tǒng)在油泥水處理中的應(yīng)用

周成蹊

（上海市離心機(jī)械研究所有限公司，上海200231）

為實(shí)現(xiàn)鉆井油泥水的油泥減量化、資源再利用的目標(biāo)，利用三相離心機(jī)系統(tǒng)對(duì)油泥水進(jìn)行分離?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，在三相離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為2 250 r/min，分離因素為1 400，相對(duì)差速為12~16 r/min，物料溫度為60~70℃，進(jìn)料濃度控制在4%~6%的情況下，可實(shí)現(xiàn)出油端含油量控制在99%以上的最佳回收狀態(tài)。分離后的水可作為中水循環(huán)使用，分離后的油可作為資源再利用。

三相分離離心機(jī)；油泥水；資源再利用

在石油開(kāi)采的鉆井過(guò)程中會(huì)形成油泥水。含油污泥是油田企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中主要污染源之一，含油污泥的處理與應(yīng)用是國(guó)內(nèi)外石油生產(chǎn)領(lǐng)域環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容［1］。鉆井油泥水呈現(xiàn)黑色粘稠液體狀，暴露空氣中會(huì)產(chǎn)生特殊氣味，低溫下易凝結(jié)。如果這類(lèi)成分復(fù)雜的油泥不經(jīng)過(guò)處理直接外排，不僅嚴(yán)重污染了環(huán)境［2］，還浪費(fèi)了可作為能源使用的石油；而且油泥水的外運(yùn)及后續(xù)處理的成本也十分高昂。目前，國(guó)內(nèi)外采用三相離心機(jī)對(duì)煤焦油產(chǎn)品進(jìn)行分離處理，降低煤焦油中的固渣、廢水，提升焦油質(zhì)量有著一定的應(yīng)用［3］。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用考察了三相分離離心機(jī)系統(tǒng)在鉆井油泥水處理中的應(yīng)用效果，以達(dá)到降低油田開(kāi)采成本，有效利用資源的目的。

1 三相離心機(jī)分離原理

離心機(jī)基本工作原理：離心機(jī)依靠自身旋轉(zhuǎn)總承（螺旋、轉(zhuǎn)鼓組合）高速旋轉(zhuǎn)，在總承內(nèi)部形成高于重力加速度幾千倍的加速度，使需要被分離的物質(zhì)因密度的不同而產(chǎn)生分層；再通過(guò)設(shè)備差速齒輪箱使旋轉(zhuǎn)總承中的轉(zhuǎn)鼓、螺旋產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使分離后的物質(zhì)輸出。

油泥顆粒與水相之間存在密度差是含油污泥離心分離的前提，要提高和保證離心分離效果，應(yīng)從增大污泥顆粒粒徑和密度，減少黏度，提高離心速度著手［4］。三相離心機(jī)是離心機(jī)中的一個(gè)分支，基本工作原理與離心機(jī)一致，只是在結(jié)構(gòu)方面有所差異，使其具備了同時(shí)分離出油、液體、固體的能力，可實(shí)現(xiàn)一次性解決3種物料的分離［5］。

三相離心機(jī)設(shè)備由進(jìn)料組件、底架部件、轉(zhuǎn)鼓部件、螺旋部件、差速齒輪箱、驅(qū)動(dòng)部件、罩殼部件7大機(jī)構(gòu)組成。需要被分離的物料由輸送系統(tǒng)送入進(jìn)料組件，在進(jìn)料組件內(nèi)與藥劑混合后流入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)腔，在高速旋轉(zhuǎn)中形成分層，在轉(zhuǎn)鼓與螺旋的相對(duì)運(yùn)動(dòng)下，使沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上的固體被螺旋推向設(shè)備的固相出口方向［6］，在擠壓作用下近一步干燥，隨后排出；而液體與油則流向設(shè)備另一端的液、油出口方向，在不同的出口處溢出，實(shí)現(xiàn)了固、液、油的三相分離。液、油的分離出口結(jié)構(gòu)如圖1所示，由于連續(xù)工作，油、液在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁形成分層，當(dāng)油的液面高于出油口高度時(shí)，油便會(huì)流入出油管并被甩出旋轉(zhuǎn)總承，液體則從轉(zhuǎn)鼓軸向出口溢出。

圖1 三相離心機(jī)液、油出口截面示意Fig.1Cross section of three－phase centrifuge outlets of liquid and oil

三相離心機(jī)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)處理量的大小，分離因素的要求確定設(shè)備容量及旋轉(zhuǎn)速度；根據(jù)被處理物料的成分比例確定出油口、出液口以及出渣口的高度；另外，還需要考慮物料性質(zhì)確定合適的絮凝劑投加比例。綜合、全面地考慮相關(guān)因素，才能達(dá)到預(yù)期的分離效果。

2 三相分離離心機(jī)系統(tǒng)

由于油泥的粘度高，流動(dòng)性差，為防止在處理過(guò)程中出現(xiàn)設(shè)備堵塞，需要在油泥進(jìn)入系統(tǒng)泵送、分離、攪拌等多個(gè)環(huán)節(jié)前增加其流動(dòng)性，因此整套三相分離離心機(jī)系統(tǒng)除去初篩池、柵格池、輸送機(jī)、輸送泵組、攪拌池、藥劑池、破乳池、三相離心機(jī)等基本處理工作單元外，還需要增加加熱輔助系統(tǒng)來(lái)提高混合物的流動(dòng)性。整個(gè)三相分離離心機(jī)系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

圖2 三相離心分離系統(tǒng)流程Fig.2Process of three－phase centrifugal separation system

油田開(kāi)采過(guò)程中的廢棄混合物在進(jìn)入三相分離系統(tǒng)中前需要進(jìn)行人工初篩，目的是去除混合物內(nèi)的纏繞物體，防止堵塞、損壞設(shè)備；初選完成后，混合物被送入粗篩池（柵格池）內(nèi)由篩池上方的柵格分離塊狀物體（如石塊等），防止損壞輸送設(shè)備；經(jīng)過(guò)篩池篩查后的混合物由重力作用落入輸送機(jī)中，由輸送機(jī)螺旋推料將油泥水送入切割泵管道，經(jīng)過(guò)離心泵組，混合物進(jìn)入攪拌池；混合物在攪拌池內(nèi)與破乳劑、絮凝劑以及水進(jìn)行混合后，通過(guò)二級(jí)泵送進(jìn)入三相離心機(jī)內(nèi)，在離心力作用下實(shí)現(xiàn)油、液、固的三相分離；分離后的固體物質(zhì)由固相出口排出，進(jìn)行集中收集后，由車(chē)輛外運(yùn)進(jìn)行深度處理或者填埋；分離后的液體（水）回流至儲(chǔ)水罐，用于在攪拌池內(nèi)與混合物進(jìn)行再次混合以及設(shè)備停機(jī)前的系統(tǒng)清洗；分離后的油則作為產(chǎn)品進(jìn)行回收。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 參數(shù)確定

將需分離物料樣品，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)物料的性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，并進(jìn)行離心小試分離測(cè)試。取樣品10 mL放入測(cè)試管，在未經(jīng)破乳及加熱的前提下，臺(tái)式分離設(shè)備從轉(zhuǎn)速3 000 r／min提升到轉(zhuǎn)速5 000 r／min，分離因素達(dá)到2 000的情況下，物料未出現(xiàn)分層分離現(xiàn)象，說(shuō)明物料黏度過(guò)高，在正常狀態(tài)下無(wú)法實(shí)現(xiàn)油、液、固的分離。加熱物料至60～70℃，按0.1%～0.5%的質(zhì)量比投加破乳劑打散水包，及按0.2%的質(zhì)量比投加PAM進(jìn)行絮凝，此時(shí)分離因素到1 300即實(shí)現(xiàn)了分離。根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)，及用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)處理量為80 m3／d的需求，確定三相離心機(jī)系統(tǒng)主要工作參數(shù)如下：進(jìn)料量為80~120 m3／d，設(shè)計(jì)功率為37 kW，轉(zhuǎn)速為0~3 200 r／min，無(wú)級(jí)變速，最大分離因素約為2 500。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

油泥處理現(xiàn)場(chǎng)在山區(qū)，運(yùn)輸條件受到限制，同時(shí)開(kāi)采生產(chǎn)處于初期，開(kāi)采出的油泥需要在現(xiàn)場(chǎng)停留較長(zhǎng)時(shí)間，這就對(duì)油泥的堆放以及防止泄漏方面提出了較高的要求。為防止處理過(guò)程中因油泥運(yùn)輸造成二次污染，決定采用集中式處理方案，將系統(tǒng)設(shè)備放置在儲(chǔ)泥池附近，減少輸送過(guò)程中泄漏的可能。要使得系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行達(dá)到要求，核心工作是對(duì)三相離心機(jī)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。在經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)備的布置、調(diào)試后，設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的基本情況如表1所示。

三相離心機(jī)系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)持續(xù)調(diào)試運(yùn)行20 d，經(jīng)過(guò)三相離心機(jī)分離后，經(jīng)取樣測(cè)試，固相所含三相成分分別為：含油3.0%～8.0%，含水28.0%～32.0%，含泥60.0%～69.0%；液相所含三相成分分別為：含油0.3%～0.5%，含水98.5%～99.1%，含泥0.6%～1.0%；油相所含三相成分分別為：含油97.5%～99.3%，含水0.5%～2.0%，含泥0.2%～0.5%。

表1 離心分離基本參數(shù)及分離效果Tab.1Basic parameters of centrifugal separation and its effect

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行可知，三相離心機(jī)最佳運(yùn)行參數(shù)為：轉(zhuǎn)速為2 250 r／min，即分離因素為1 400，相對(duì)差速為12～16 r／min，進(jìn)料濃度（物料含泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)）控制在4%～6%。在此最佳情況下，調(diào)整出油口及出液板高度，即可實(shí)現(xiàn)出油端含油量控制在99%以上的最佳回收狀態(tài)。

同時(shí)，從理論上來(lái)講，設(shè)備轉(zhuǎn)速越高，分離因素越大，分離效果就越好；但從現(xiàn)場(chǎng)油泥分離效果上看，轉(zhuǎn)速為2 400 r／min時(shí)得到的分離物中各相的含量并沒(méi)有低轉(zhuǎn)速（2 250 r／min）時(shí)的好。分析認(rèn)為：高轉(zhuǎn)速時(shí)螺旋與轉(zhuǎn)鼓的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使已分層的物料受到的推力大于其分子內(nèi)部的絮凝力，使其再次發(fā)生混合，造成了分離效果下降的現(xiàn)象。因此，對(duì)于本工程，2 250 r／min的轉(zhuǎn)速是較為合適的選擇。

4 結(jié)論

（1）在油田開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用表明，三相離心機(jī)分離系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆井油泥水的有效分離，系統(tǒng)適應(yīng)性良好，自動(dòng)化程度高，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。分離后的水可作為中水循環(huán)利用，分離后的油則可變廢為寶，提高了資源的有效回收。

（2）針對(duì)本工程的油泥水，在三相離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為2 250 r／min，分離因素為1 400，相對(duì)差速為12～16 r／min，進(jìn)料濃度控制在4%～6%的情況下，即可實(shí)現(xiàn)出油端含油量控制在99%以上的最佳回收狀態(tài)。

（3）由于油泥的流動(dòng)性差，需要對(duì)油泥進(jìn)行加熱，加熱源的穩(wěn)定性直接影響處理效果。

（4）油田的開(kāi)采具有流動(dòng)的特性，如何將設(shè)備集成化、可移動(dòng)化是進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的方向。

［1］王廣收，葛延，孫向陽(yáng)，等.含油污泥資源化處理關(guān)鍵設(shè)備的開(kāi)發(fā)［J］.石油化工應(yīng)用，2016，35（1）：89-92.

［2］孟祥清，姜成旭，王立夫.一種含塵煤焦油分離的新方法［J］.化工進(jìn)展，2012，31（S1）：247-249.

［3］張軍明，郝學(xué)民，蘇桂娟，等.三相臥螺離心機(jī)在焦油預(yù)處理過(guò)程的應(yīng)用［J］.化學(xué)工程與裝備，2008，（6）：72-74.

［4］黃秋波，高興岐，曾好平.新型臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)的設(shè)計(jì)與分析［J］.流體機(jī)械，1999，27（7）：23-26.

［5］趙玉強(qiáng).三相臥螺離心機(jī)的原理及故障判斷［J］.科技信息，2012，（11）：150-152.

［6］唐立明，張克瑜.三相臥螺超級(jí)離心機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用與改進(jìn)［J］.中國(guó)儀器儀表，2008，（9）：85-87.

Application of three-phase separation centrifuge system in oil sludge water treatment

ZHOU Cheng-xi
（Shanghai Centrifuge Institute Co.,Ltd.,Shanghai 200231,China）

In order to achieve the goal of oil sludge reduction and resource recycling of well drilling oil sludge water,three-phase separation centrifuge system was used for oil sludge separation.The field application results showed that,under the condition that the rotate speed of the three-phase centrifuge was 2 250 r/min,the separation factor was 1 400,the relative differential was 12-16 r/min,the material temperature was 60-70℃, the input concentratrion was 4%-6%,the optimal recycling status could be obtained(the oil content of the outlet was above 99%).Through the separation,the water could be reused in recycled water system,and the oil also could be recycled as resource.

three-phase separation centrifuge;oil sludge water;resource recycling

X741.031

A

1009－2455（2016）06－0054－03

周成蹊（1983-），男，江蘇興化人，工程師，工程碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，（電話(huà)）021-54613316（電子信箱）13482752531@163.com。

2016-07-12（修回稿）