李建斐(大慶油田第六采油廠規(guī)劃設(shè)計研究所，黑龍江 大慶 163000)

1 現(xiàn)狀及存在問題

1.1 現(xiàn)狀

臥式三相分離器在我廠轉(zhuǎn)油放水站廣泛應(yīng)用。此類設(shè)備依靠重力完成油、氣、水的分離，依托堰板區(qū)分油水出口。內(nèi)部一般設(shè)有斜板、波紋板等聚結(jié)組件，以增大油滴直徑、促進油水分離。

1.2 存在問題

站庫中設(shè)備的來液環(huán)境、結(jié)構(gòu)尺寸均固化的情況下，調(diào)整參數(shù)設(shè)置是優(yōu)化運行的關(guān)健途徑。調(diào)查發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中主要通過經(jīng)驗控制油水界面，設(shè)備處理效果不理想。

2 三相分離器工作原理

2.1 油水界面的對罐內(nèi)流態(tài)的影響

三相分離器處理高含水原油時，水相雷諾數(shù)卻隨水量增加而增大，分離效果受到影響。[1]當(dāng)分離器進液量出現(xiàn)波動而引起界面波動時，在油水兩相間流態(tài)差別及界面波動同時存在下，界面低凹處產(chǎn)生渦體，其旋轉(zhuǎn)方向與流速較高的水相方向一致，而與油相流動方向相反。

2.1.1 當(dāng)界面設(shè)置低于堰板高度時

對于渦體上n1點附近的流體來說，因其方向與渦體旋轉(zhuǎn)方向相反而速度變慢、壓強增加；n2點附近的流體由于其方向與渦體旋轉(zhuǎn)方向相同而速度變快、壓強減少，從而在渦體n1點與n2點之間存在一個橫向動水壓力p，其方向自n1點向n2點。見圖1。由于p 的作用，使渦體進入水層，使污水含油大幅升高。隨著油水兩相雷諾數(shù)差值的增大，渦體數(shù)量增多，中間層隨之加厚，使油水分離條件急劇變差。

圖1 油水兩相間流態(tài)差別及界面波動

2.2.2 當(dāng)界面設(shè)置超過堰板高度時

界面處油相流速大于水相流速，渦流體進入油層，導(dǎo)致外輸油含水大幅上升。同時隨著油水兩相雷諾數(shù)差值的增大，渦體數(shù)量隨之增多，中間層加厚，油水分離急劇變差。

綜上，宜保證油水界面處油、水兩相的速度相等或相近，以減少渦體的產(chǎn)生，從而保證處理效果。

2.2 油水界面對處理能力的影響

在弱化分離器內(nèi)部部件的情況下，將油水分離過程簡化為油滴在水相空間內(nèi)從沉降起始端向沉降末端浮升的運動規(guī)律。位于圓筒最低點的油滴到達油水界面所通過的水相距離最大。圖2 是設(shè)備沉降分離段簡化示意圖。

圖2 沉降分離段示意圖

理想狀態(tài)下，油滴的浮升軌跡如圖2-3 虛線所示，油滴從始端最低點正好位移到沉降段末端。它在液流中按斯托克斯定律向上浮升，到達油水界面所需的時間為：

式中：tT為油滴浮升所需時間(s)；h 為油水界面高度(m)；Vt為浮升速度(m/s)；d 為容器內(nèi)徑(m)；hD為油水界面相對位置比值(hD=h/d)；q 為設(shè)定水連續(xù)相流量(m3/s)；ST為垂直于液流的水相橫截面積(m2)；S 為垂直于液流方向的容器總橫截面積(m2)。

按斯托克斯定律油滴浮升速度為：

（3）不愿做，沒有做。有的站區(qū)長認為思想政治工作是上級的事，做了也是“無用功”。對職工思想問題袖手旁觀，言行舉止脫離群眾，講話辦事脫離實際，作風(fēng)不接地氣，工作無法落地?！瓣幪祚W穰草，越馱越重”，矛盾日積月累，導(dǎo)致部分基層單位思想政治工作松癱軟。

式中：ρw、ρo為操作溫度下水和油的密度(kg/m3)；do為油滴直徑(m)；μw為水相的動力粘度(Pa·s)；g 為重力加速度(9.81m/s2)。

結(jié)合公式(1)、(2)得出：

從公式可看出，在設(shè)備的外形尺寸(設(shè)備長度Le、內(nèi)徑d)、操作環(huán)境(油滴直徑do、油水的密度ρ)等確定的情況下，游離水的水相處理量與M 和hD相關(guān)，M/hD的比值越大，處理能力也增大。

已知M=S/ST，hD=h/d，結(jié)合面積公式。可推導(dǎo)出：

按照操作規(guī)范，hD取值0.2～1 之間，利用公式(4)、(5)計算相關(guān)性，得出如圖3。

綜上，三相分離器的油水界面在h=0.687d 時，水相能力出現(xiàn)極大值，理論上可提高處理能力5.45%；擬定堰板高度為0.85d 時，當(dāng)界面超過堰板高度后，水相處理能力趨于水平，M/hD=1.004，理論上僅提高水相處理能力0.4%。

3 現(xiàn)場驗證

為驗證理論研究成果，選取喇410 轉(zhuǎn)油放水站作為試驗站庫。該站采用φ4×20m 三相分離器3 臺，設(shè)計堰板高度3.3m。

3.1 試驗步驟

(1)采集試驗站庫日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)、界面參數(shù)。

(2)調(diào)整界面設(shè)定值。每天調(diào)整油水5cm，同步檢測外輸指標(biāo)。

(3)分析數(shù)據(jù)，繪制曲線，分析界面對于外輸指標(biāo)的影響規(guī)律。

3.2 試驗效果

試驗以5cm 為區(qū)間調(diào)整三相分離器界面參數(shù)，并檢測放水含油、外輸油含水等參數(shù)變化情況。分析數(shù)據(jù)變化情況如圖4。

通過繪制放水含油-外輸油含水與油水界面關(guān)系曲線，發(fā)現(xiàn)以下變化規(guī)律：

(1)外輸油含水隨界面升高而上升。界面由3.28m升至3.3m時，外輸油含水由44%升至70.7%。此時渦流體較多，中間層加厚，影響外輸指標(biāo)；當(dāng)界面持續(xù)升至3.33m 時，外輸油含水高達91.9%，此時水淹油室。

(2)放水含油隨著界面的升高而下降。在3.25～3.3m 之間達到相對穩(wěn)定狀態(tài)；隨著界面超過堰板高度，放水含油仍有小幅下降。說明界面設(shè)置在堰板高度以下時，水相處理能力隨界面升高而不斷增加，并在低于堰板高度某一位置出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)界面超過堰板高度后，中間層隨水淹進入油室，水相處理能力有小幅提升。

(3)界面為3.25m 處出現(xiàn)明顯交點，此界面處三相分離器運行效果最佳。此時外輸油含水率44.60%，放水含油230.75mg/L。

(4)當(dāng)界面高度為3.25m，hD=0.81，大于公式推導(dǎo)值hD=0.678。一方面認為并非所有油滴均從公式設(shè)計的始端最低點運動至沉降段末端，一方面認為是內(nèi)部整流組件對設(shè)備能力有綜合提升作用。

圖3 M和M/hD隨hD變化情況圖

圖4 喇410轉(zhuǎn)油放水站界面參數(shù)變化曲線

4 幾點認識

4.1 取得認識

(1)油水界面的設(shè)置不宜超過堰板高度。以免水淹油室，導(dǎo)致外輸油含水超標(biāo)。

(2)以斯托克斯公式為基礎(chǔ)，理論上可確定三相分離器的處理能力并非隨油水界面的升高而提高。在極限值處，水相處理能力最大。

(3)試驗狀態(tài)下，設(shè)備的外輸油含水、放水含油指標(biāo)存在明顯交點，認為該界面高度下，設(shè)備運行最佳。

4.2 存在不足

生產(chǎn)中，三相分離器形式多樣。本文未能開展更具體的分析與驗證。以后將進一步開展分析研究，借以摸清油水界面的變化規(guī)律，并用以指導(dǎo)生產(chǎn)實際。