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        含硫化氫油田密封型式的經(jīng)濟(jì)性選型

        2020-12-17 09:31:18鄂瑞峰丁海燕海洋石油工程股份有限公司天津300451
        化工管理 2020年34期
        關(guān)鍵詞:型式離心泵硫化氫

        鄂瑞峰 丁海燕(海洋石油工程股份有限公司,天津 300451)

        0 引言

        硫化氫為劇毒氣體,主要通過呼吸器官進(jìn)入機(jī)體,也有少量通過皮膚和胃進(jìn)入機(jī)體,國內(nèi)外文獻(xiàn)及標(biāo)準(zhǔn)中表示,硫化氫的閾限值為10ppm。通常,含硫化氫的原油及生產(chǎn)水處理系統(tǒng)周圍會有硫化氫氣體泄漏,根據(jù)海洋石油作業(yè)硫化氫防護(hù)安全要求,當(dāng)空氣中硫化氫的濃度超過10ppm時,硫化氫報警裝置應(yīng)能進(jìn)行聲、光報警。

        1 含硫化氫油田機(jī)械設(shè)備密封型式簡介

        密封可分為靜密封和動密封:靜密封主要包括密封墊、密封膠密封和直接接觸密封;動密封主要包括填料密封、機(jī)械密封、干氣密封、迷宮密封、油封密封、動力密封和螺旋密封等。

        泄漏是機(jī)械設(shè)備常產(chǎn)生的故障之一,造成泄漏的原因主要有兩方面:一是由于機(jī)械加工的結(jié)果,機(jī)械產(chǎn)品的表面必然存在各種缺陷和形狀及尺寸偏差,因此,在機(jī)械零件連接處不可避免地會產(chǎn)生間隙;二是密封兩側(cè)存在壓力差,工作介質(zhì)就會通過間隙而泄漏。因此,含硫化氫油田機(jī)械設(shè)備動、靜密封選型非常重要。對于原油處理平臺,使用密封的機(jī)械設(shè)備主要是各種工藝離心泵,填料密封和機(jī)械密封使用最頻繁(如圖1和圖2所示),填料密封式一種傳統(tǒng)的密封方式,其位置在軸與泵殼之間,其作用是防止泵內(nèi)液體沿軸漏出和外界空氣進(jìn)入泵內(nèi)。

        填料密封由填料套、填料環(huán)、填料、填料壓蓋、唱扣雙頭螺栓和螺母等組成。它是由填料和軸的外表面緊密接觸來實現(xiàn)密封的。在正常運(yùn)行時,最常用5道填料壞加一道封油環(huán),3道環(huán)在內(nèi),另2套環(huán)在外,緊靠壓蓋,壓蓋必須將填料壓緊,才不至于使液體從泵軸處泄漏。但也不能壓得太緊,否則軸和填料的摩擦增加,壓緊時會發(fā)熱,降低泵的效率。在高壓填料密封裝置中,也用于大于5道填料環(huán)的,但要取決于工作壓力的大小。

        填料密封一般所用的材料是石墨、黃油浸過的棉織物品、石棉、金屬箔包石棉芯、聚四氟乙烯等。

        圖1 離心泵的機(jī)械密封

        圖2 離心泵的填料密封

        機(jī)械密封又稱為端面密封,密封效果好,泄漏量小,消耗軸動力小,壽命長,石油化工方面應(yīng)用的較廣泛,但是價格貴,加工維修保養(yǎng)要求高。

        根據(jù)輸送介質(zhì)的腐蝕性、易燃易爆的性質(zhì)提出軸封型式要求。輸油的離心泵目前普遍采用機(jī)械密封。對于無腐蝕性油品,一般選用內(nèi)裝單端面機(jī)械密封。若用于輸送液化石油氣等高揮發(fā)性的離心泵,則選用內(nèi)裝雙端面機(jī)械密封。對于腐蝕性較強(qiáng)的油品,則宜選用外裝單端面(或雙端面)機(jī)械密封。

        為使機(jī)械密封長時間有效,要對機(jī)械密封進(jìn)行冷卻,機(jī)械密封的冷卻方式很多。常用的有自沖洗冷卻、靜環(huán)外周冷卻、夾套冷卻和直接冷卻,需根據(jù)介質(zhì)的溫度、潔凈程度、性質(zhì)等進(jìn)行綜合選型。

        2 含硫化氫油田密封型式的選型

        2.1 處理流程簡介

        通常,含硫化氫油田中心處理平臺對采出來的油氣水進(jìn)行分離,合格原油外輸,生產(chǎn)水回注地層,流程如圖3~圖5所示。

        圖3 原油處理流程

        圖4 生產(chǎn)水處理流程

        圖5 注水處理流程

        2.2 密封型式的選型

        在海洋平臺存在泄漏的機(jī)械設(shè)備主要是動設(shè)備和靜設(shè)備,在原油處理流程中,由于流程內(nèi)壓力比較高,硫化氫基本都溶解在油水中,閃蒸出的硫化氫基本流向火炬系統(tǒng)及放空系統(tǒng)或燃料氣系統(tǒng)。隨著處理流程的深入,壓力的逐級降低,閃出氣中硫化氫的濃度越來越高。

        常用水處理設(shè)備核桃殼濾器含有攪拌器,可以采用機(jī)械密封和盤根密封,如圖6所示,機(jī)械密封的成本比盤根密封的費(fèi)用要高很多。由于結(jié)構(gòu)型式的局限,這兩種密封型式,設(shè)備正常運(yùn)行的時候都會有微滲水,通常要求,輕質(zhì)油不超過20滴/分鐘;重質(zhì)油不超過10滴/分鐘,一滴大約0.05mL。機(jī)械密封的泄漏量在JB/T 4127—2013《機(jī)械密封》中有規(guī)定,泄漏量不超過5mL/h,具體參數(shù)如表1所示。因此,具體項目要根據(jù)其H2S含量、設(shè)備所處位置的硫化氫氣體擴(kuò)散條件、H2S探頭及密封費(fèi)用等進(jìn)行綜合選型。

        圖6 攪拌器處填料密封

        注:對于特殊條件及被密封介質(zhì)為氣體時不受此限。

        原油、生產(chǎn)水及注水系統(tǒng)靜設(shè)備包括分離器、斜板、氣浮選、生產(chǎn)水罐、注水緩沖罐、污油罐、污水罐及籃式濾器等設(shè)備本體采用焊接型式,所有接口均用法蘭連接,其管口靜密封根據(jù)介質(zhì)及壓力來選型,同時材質(zhì)及焊接應(yīng)根據(jù)硫化氫分壓進(jìn)行抗硫化氫腐蝕的相關(guān)檢測,正常工況不存在泄漏。

        生產(chǎn)水系統(tǒng)及原油系統(tǒng)的泵多選用離心泵,離心泵的密封采用機(jī)械密封,根據(jù)API 682—2014中關(guān)于機(jī)械密封沖洗方式的規(guī)定,有些沖洗方式在泵密封處會有微滲漏的風(fēng)險,若硫化氫含量比較高或設(shè)備所處位置硫化氫擴(kuò)散條件不良的話,機(jī)械密封沖洗方式需采用雙端面機(jī)械密封,沖洗方式要選用加壓隔離液循環(huán)系統(tǒng),使工藝流體實現(xiàn)零排放。若硫化氫含量不高,設(shè)備所處位置的硫化氫氣體擴(kuò)散條件、H2S探頭及密封費(fèi)用等進(jìn)行綜合選型。

        3 結(jié)語

        對于含硫化氫油田機(jī)械設(shè)備密封型式的選取,要綜合考慮選用零泄漏設(shè)備增加的費(fèi)用與選用微泄漏設(shè)備進(jìn)而增加的探頭費(fèi)用進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,選用較優(yōu)的方案。

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