張 磊

安東石油技術(shù)(集團(tuán))有限公司安東油服DMCC陜西 西安 710065

1 引言

聯(lián)合站的原油處理是油田的關(guān)鍵與重要生產(chǎn)環(huán)節(jié),是否可以高效處理運(yùn)行,直接關(guān)系到油田開采生產(chǎn)的綜合效益。隨著油田開采生產(chǎn)行業(yè)要求的不斷提升,如何對(duì)聯(lián)合站原油處理工藝進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新,在滿足正常原油處理?xiàng)l件的基礎(chǔ)上,更加高效化、系統(tǒng)化、低成本化的運(yùn)行,就顯得至關(guān)重要。以聯(lián)合站原油脫水除油工藝為例,傳統(tǒng)的工藝主要采用熱化學(xué)沉降脫水。由于該工藝需要消耗大量的天然氣進(jìn)行加熱,導(dǎo)致原油脫水除油生產(chǎn)成本較高,特別是進(jìn)入油田開采生產(chǎn)中后期,原油的含水量(通常會(huì)達(dá)到30%左右)、產(chǎn)液量更大,這不僅會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本進(jìn)一步增加,也會(huì)導(dǎo)致二級(jí)脫水加熱爐超負(fù)載運(yùn)行從而影響處理工藝質(zhì)量,最終導(dǎo)致處理工藝無(wú)法滿足原油進(jìn)一步處理以及污水排放的標(biāo)準(zhǔn)[1]。以大慶、勝利等我國(guó)主力油田為例,隨著進(jìn)入中、高含水期階段,其出液含水率普遍在80%以上,甚至一些油田的原油含水率高達(dá)90%,這不僅加大了原油采出液的處理量,也急劇增加了原油脫水除油的能耗[2-3]。因此,本文將在二級(jí)脫水加熱爐前引進(jìn)一個(gè)改進(jìn)設(shè)計(jì)的脫水除油一體式旋流器對(duì)高含水原油進(jìn)行脫水除油預(yù)處理,并對(duì)其脫水除油應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)分析,以期研究成果可以對(duì)聯(lián)合站原油脫水除油工藝改進(jìn)實(shí)踐起到一點(diǎn)參考與借鑒價(jià)值。

2 脫水除油一體式旋流器改進(jìn)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的二級(jí)脫水除油旋流器其內(nèi)部切向速度衰減相對(duì)較小,導(dǎo)致其出口依然存在大量殘留可供繼續(xù)油水脫離的能量,究其原因,這和傳統(tǒng)的二級(jí)脫水除油旋流器長(zhǎng)徑較小,無(wú)法對(duì)旋流能量進(jìn)行充分利用有著密切關(guān)系。因此,本文將對(duì)常用的旋流器進(jìn)行改進(jìn),改進(jìn)后的旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1 改進(jìn)后旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)

另外,依據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn),將旋流器的結(jié)構(gòu)從單入口調(diào)整為雙入口,且采用漸開線入口,并增設(shè)圓柱段穩(wěn)流管。

改進(jìn)后的旋流器,相比傳統(tǒng)旋流器,其切向速度明顯衰減,從10m/s(Z=1.6m處)衰減到2m/s(Z=0.25m處),衰減程度為80%,這意味著改進(jìn)后的旋流器可以對(duì)進(jìn)料的切向速度進(jìn)行充分利用,從而最大程度的提升旋流器的油水分離性能。但值得注意的是,由于該改進(jìn)旋流器軸向長(zhǎng)度較長(zhǎng),并增設(shè)了圓柱段穩(wěn)流管,致使該改進(jìn)旋流器雖然上半部分切向速度較大,但是到下半部分時(shí),其切向速度已經(jīng)變化為軸向速度,最終導(dǎo)致其下半部分油水分離性能不足。

鑒于此,本文進(jìn)一步在改進(jìn)后旋流器的內(nèi)部加設(shè)再旋器,將旋流器下半部分的流體軸向速度再次轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢蛩俣?從而讓下半部分再次獲取油水分離能力。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)分析可知,改進(jìn)后旋流器流體的切向速度在Z=0.93m處開始大幅衰減,故將再旋器安裝在該位置,如圖1所示。

圖1 改進(jìn)型旋流器再旋器加裝位置

由于本文增加再旋器位置的流體已經(jīng)具備了一定的切向速度,因此,在設(shè)計(jì)再旋器時(shí),采用的是以初始螺距開始至目的螺距的漸變螺線,同時(shí)增加一段定螺距螺線以及在再旋器裝置中間留有回流孔,以分別維持流體穩(wěn)定性而降低湍流程度、降低再旋器對(duì)旋流器上半部分油柱的影響,如圖2所示,其中再旋葉片最終角度為30°,導(dǎo)流葉片數(shù)為4。加裝再旋器之后,再旋器位置以上油柱明顯,再旋器位置以下部分存在原油團(tuán)聚現(xiàn)象,并在再旋器的作用下,團(tuán)聚的原油會(huì)從回流管上行匯入再旋器位置以上的油柱,而且再旋器上下兩部分存在明顯不連續(xù),這是因?yàn)樵傩魇褂昧溯^為復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)劃分結(jié)構(gòu),使得結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的旋流器在再旋器位置出現(xiàn)了交換面。

圖2 再旋器再旋螺旋面示意圖

綜上所述,本文所設(shè)計(jì)脫水除油一體式旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2所示,即使用漸開線式對(duì)稱雙入口,增設(shè)圓柱段穩(wěn)流管,并在0.93m軸向位置加裝導(dǎo)葉式再旋器。

表2 脫水除油一體式旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)

3 脫水除油一體式旋流器的油水分離性能分析

為了探究將脫水除油一體式旋流器引進(jìn)聯(lián)合站原油脫水除油處理工藝的油水分離性能,本文對(duì)不同處理量下的脫水除油一體式旋流器油水分離效率進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)分析,即分別將處理量設(shè)置為3m3/h、4m3/h、5m3/h、6m3/h、7m3/h,然后對(duì)脫水除油一體式旋流器的油水分離性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,分析結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出,隨著處理量的增加,脫水除油一體式旋流器的油水分離效率呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì),在處理量為3m3/h時(shí)其油水分離效率最差,低于88%,然后隨著處理量的增加其油水分離效率呈線性增加,在處理量為6m3/h時(shí)其油水分離效率達(dá)到最高,為96.67%,但當(dāng)處理量為6m3/h時(shí),此時(shí)油水分離效率開始出現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)。

圖3 不同處理量下的脫水除油一體式旋流器油水分離效率

這是因?yàn)楫?dāng)處理量過(guò)小時(shí),旋流器的內(nèi)流場(chǎng)不穩(wěn)定,導(dǎo)致油水分離效果很差,隨著處理量的提高,脫水除油一體式旋流器內(nèi)流體的切向速度就會(huì)隨之增加,從而有效促進(jìn)油水的分離,但是當(dāng)切向速度超過(guò)一定的數(shù)值界限時(shí),容易導(dǎo)致高含水量原油油水乳化,特別是在加裝再旋器的影響下,油水乳化現(xiàn)象會(huì)容易加劇,從而導(dǎo)致油水分離性能的下降。這是因?yàn)楫?dāng)高含水原油處理量增加到6m3/h以上時(shí),會(huì)導(dǎo)致脫水除油一體式旋流器內(nèi)速度過(guò)大,從而導(dǎo)致湍流強(qiáng)度過(guò)大,最終引發(fā)油水乳化現(xiàn)象。

總而言之,脫水除油一體式旋流器擁有一個(gè)最佳的工作工況與最合適的處理量,本文所改進(jìn)設(shè)計(jì)原油脫水除油一體式旋流器的最佳的操作參數(shù)是6m3/h,入口含油30%,底流口出料含油1%,脫水除油效率達(dá)到了96.67%,使得處理后的原油可以更好的進(jìn)行下一步的處理,最大程度的降低原油處理成本,并且使得處理后的污水含油率極低,符合污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

以含水率為例,脫水除油一體式旋流器預(yù)處理后的原油含水率遠(yuǎn)低于3%-5%的標(biāo)準(zhǔn),這樣在后續(xù)的換熱負(fù)荷、破乳劑費(fèi)用、動(dòng)力費(fèi)用方面分別節(jié)省85%-95%、40%-50%、60%-70%,從而顯著的降低聯(lián)合站原油脫水工藝的能耗[4]。

綜上所述,將脫水除油一體式旋流器引進(jìn)聯(lián)合站原油脫水除油處理工藝,不僅可以顯著降低原油脫水除油處理的生產(chǎn)成本,使得能耗更低,給聯(lián)合站贏得經(jīng)濟(jì)效益,而且顯著提升原油脫水除油處理效率,提升油水分離性能,使得底口出料的含水率、含油率符合原油進(jìn)一步處理以及污水排放標(biāo)準(zhǔn),最大程度的為聯(lián)合站帶來(lái)更高的循環(huán)利用環(huán)境效益,具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)論

綜上所述,本文在某聯(lián)合站原油脫水除油工藝的基礎(chǔ)上,首先對(duì)脫水除油除油器進(jìn)行了改進(jìn)與優(yōu)化,且通過(guò)再旋器的安裝位置、回流孔直徑、導(dǎo)流葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì),形成全新的脫水除油一體式旋流器,并將脫水除油一體式旋流器這一操作方便、流程簡(jiǎn)單、更加綠色的改進(jìn)設(shè)備引進(jìn)某聯(lián)合站原油脫水除油處理工藝,不僅可以顯著降低原油脫水除油處理的生產(chǎn)成本,使得能耗更低,給聯(lián)合站贏得經(jīng)濟(jì)效益,而且顯著提升原油脫水除油處理效率,提升油水分離性能,使得底口出料的含水率、含油率符合原油進(jìn)一步處理以及污水排放標(biāo)準(zhǔn),最大程度的為聯(lián)合站帶來(lái)更高的循環(huán)利用環(huán)境效益?？傊?將脫水除油一體式旋流器引進(jìn)聯(lián)合站原油脫水除油處理工藝,可以全面提升聯(lián)合站原油生產(chǎn)處理的綜合效益,值得推廣與應(yīng)用。