馬 強 程 濤 朱夢影 郭奕杉

(1. 中海石油(中國)有限公司蓬勃作業(yè)公司， 天津 300459; 2.中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300459)

原油脫水，包括原油中游離水和乳化水的脫除。其中，乳化水的脫除難度相對較大，因此WO型乳狀液的油水分離成為研究的重點內(nèi)容[1]。

蓬勃號FPSO(浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置)平臺處理的PL19-3油田原油屬于環(huán)烷-中間基重質(zhì)原油，其特點是密度大、蠟含量低、輕組分含量少，而且該原油具有較高導(dǎo)電性。此外，該重質(zhì)原油含有大量膠質(zhì)瀝青質(zhì)，易與原油中固體顆粒等雜質(zhì)混合而形成穩(wěn)定的乳狀液。基于PL19-3油田原油特點，按重質(zhì)原油乳狀液脫水常規(guī)做法選擇電脫水時，存在設(shè)備尺寸大、化學(xué)藥劑用量高、難以達到脫水標準等問題[2-3]；而選用碟片式離心機脫水的實驗效果好，化學(xué)藥劑用量小。因此，PL19-3油田選用碟片式離心機進行重油乳狀液脫水處理[4]；然而運行期間，頻繁出現(xiàn)故障，最終該離心機被停用。在此，總結(jié)這次大規(guī)模使用碟片式離心機進行重油乳狀液脫水的實踐經(jīng)驗，供今后設(shè)計和應(yīng)用時借鑒。

1 碟片式離心機工作原理

由斯托克斯公式可知，水滴的勻速沉降速度和重力加速度成正比，若將乳狀液置于離心力場內(nèi)，則水滴所受的離心加速度大于重力加速度，有利于促進水滴沉降和油水分層。由于在離心機內(nèi)水滴所受離心力幾百倍于其所受的重力，故離心機脫水速度遠高于重力沉降脫水速度。針對PL19-3油田原油高密度、高黏度、高導(dǎo)電率的特點，蓬勃號FPSO使用Westfalia公司生產(chǎn)的ODB 260-72-503型噴嘴碟片式離心機撬塊。該撬塊主要裝置有離心機、電機、水罐、循環(huán)泵、排放泵及控制盤等(見圖1)。外殼和頂部部件為靜止部分，中間轉(zhuǎn)鼓為旋轉(zhuǎn)部分，旋轉(zhuǎn)部分由底部電動機驅(qū)動。

1 — 油向心泵；2 — 水收集室；3 —上升通道；

原油乳狀液經(jīng)過濾器和乳化油冷卻器后到達油離心機，從進料口進入離心機轉(zhuǎn)鼓，而從轉(zhuǎn)鼓碟片底部通過上升通道進入碟片，在離心力作用下油相、水相、砂礫因密度差而處于碟片的不同位置。密度較小的油相靠近旋轉(zhuǎn)中心軸，在碟片內(nèi)側(cè)流至靜止的向心泵加壓后通過油出口排至油冷卻器冷卻下艙；密度居中的水相從碟片外側(cè)沿碟片下端流出，進入離心機上蓋水收集室后排至水罐；密度最大的砂和水在離心機轉(zhuǎn)鼓最外邊，通過轉(zhuǎn)鼓的噴嘴進入離心機下蓋排至水罐，水罐內(nèi)水砂通過排放泵進入低壓分離器。

補充水來自水罐，通過循環(huán)泵加壓后進入離心機，其主要起到水封的作用，防止油經(jīng)過噴嘴進入水相。補充水中，有一部分與砂水通過噴嘴排出離心機，大部分與水相混合，進入離心機上蓋水收集室，操作中要求水的出口流量不小于15 m3h。

碟片的作用是縮短液滴沉降距離，擴大轉(zhuǎn)鼓沉降面積，提高分離器的生產(chǎn)能力。但是，碟式離心機中液體的流態(tài)與分離過程不同于斜板沉降罐(見圖2)，待分離液體通過上升進入碟片間空間，砂和水被甩至碟片外延，較輕組分沿空間下部向中心流去，在離心力的作用下，微顆粒和水等沿碟片空間上部逆流至碟片外圍[5]。碟片能在逆流液體層中以高流動速度分離水和砂，使離心機具有分離小于幾微米尺寸的顆粒和水滴的能力。

圖2 碟片形狀與分離示意圖

碟片式離心機具有結(jié)構(gòu)緊湊、處理量大、效率高的特點。采用機械分離的方式，不需要添加過多的化學(xué)藥劑，節(jié)省成本；分離所需的溫度較低，對乳狀液導(dǎo)電性能無要求，適用于高導(dǎo)電性稠油。該離心機配備了針對海洋石油行業(yè)專門設(shè)計的減震系統(tǒng)，能吸收大量外界和機器本身的振動[6]。基于這些特點，將碟片式離心機應(yīng)用于蓬勃號FPSO。

2 碟片式離心機運行期間的問題

2.1 應(yīng)急機封水設(shè)計不合理

當(dāng)離心機高速旋轉(zhuǎn)時，機械密封會產(chǎn)生大量熱量，必須用冷卻水進行機封冷卻。此時，如果失去機封水，機封可能會在10 s 后燒壞。設(shè)計中機封水來源于海水注水增壓泵出口，該泵流量大、壓力高、功率大，掛在正常電源上。油田失電時，離心機會失去機封冷卻水，從而可能導(dǎo)致機封燒毀。

為了避免這個問題，現(xiàn)場進行了相關(guān)改造，從消防系統(tǒng)取海水，經(jīng)過濾降壓后與機封水主管連接，從而保證失電情況下消防水可以充當(dāng)冷卻水。但此次改造也存在風(fēng)險，消防水為沒有經(jīng)過處理的海水，會腐蝕損壞機封。建議在離心機設(shè)計中增加應(yīng)急電源驅(qū)動的專用泵，以滿足失電時機封水的正常供應(yīng)。

2.2 離心機高速剪切導(dǎo)致部分原油高度乳化

離心機高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強大的離心力，也產(chǎn)生了高速剪切力，形成了原油的高度乳化現(xiàn)象?，F(xiàn)場取樣發(fā)現(xiàn)，原油離心機水中O/W值高達10-4，原油離心機高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生高度乳化，從而使其脫出水中的油高度乳化?，F(xiàn)場進行了改造，最初脫出水進入生產(chǎn)水離心機，修改后水進入低壓分離器進一步沉降，并在該物流中注入破乳劑。設(shè)計中需要考慮離心機高速剪切產(chǎn)生的乳化問題，合理處理乳狀液。

2.3 離心機對進料的質(zhì)量要求較高

在工程階段設(shè)備選型中，進行了含砂原油的離心機分離實驗。結(jié)果表明，在一定砂粒徑范圍內(nèi)，離心機能夠較好地處理含砂原油。但此實驗沒有考慮黏性固體的影響，這些黏性固體易結(jié)塊，容易堵住砂噴嘴。在生產(chǎn)操作中，原油離心機處理能力遠低于設(shè)計處理能力，泥沙經(jīng)常堵塞離心機的排砂口而沉降在離心機內(nèi)，產(chǎn)生不平衡的離心力從而引起設(shè)備高振動停機。泥沙附著在離心機碟片和砂出口，非常牢固，清洗的工作量和難度都比較大。設(shè)計中可以考慮在自由水分離器和低壓分離器中增加水洗環(huán)節(jié)，可以將乳狀液中大部分固體并入水層，減少離心機進料中的固體含量。

3 結(jié) 語

實踐中發(fā)現(xiàn)，對未經(jīng)離心機處理的乳狀液增大化學(xué)藥劑用量，下艙之后靜置12 h，大部分明水能脫除出來。此時，油中含水率低于0.5%，滿足商品原油的品質(zhì)要求。離心機頻繁故障停機，維護費用高；艙容比較富余，可進行沉降脫水?；谶@兩方面原因，蓬勃號目前已停用此類離心機。

碟片式離心機雖然具有結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省藥劑、對原油導(dǎo)電性能沒有特殊要求等優(yōu)點，但由于其構(gòu)造復(fù)雜、對進料要求高等問題，目前還不能替代傳統(tǒng)設(shè)備。