宋宇宸 岳 巍 王志會(huì) 游 宇

（1.中國寰球工程有限公司北京分公司；2.中國寰球工程有限公司）

在海外EPC（工程總承包）項(xiàng)目中，通常會(huì)采用一體化設(shè)計(jì)的成套設(shè)備以降低切割焊接、散件組裝和土建施工的工作量，縮短項(xiàng)目建設(shè)工期和設(shè)備調(diào)試時(shí)長，成套設(shè)備在出廠前已經(jīng)完成預(yù)制和檢驗(yàn)，設(shè)備完整性和性能穩(wěn)定性均得到有效保障［1］。

南美洲某油氣田地面工程EPC 項(xiàng)目的污水處理工藝中，以絮凝劑加藥撬為代表的多個(gè)單元均采用成套設(shè)備。 加藥撬是油田污水處理工藝中常用的成套設(shè)備，其主要功能為向特定的工藝管線或工藝設(shè)備中連續(xù)或定時(shí)、定量地注入各類化學(xué)藥劑，輔助凈化和穩(wěn)定污水的水質(zhì)以確保后續(xù)污水處理工序的效率［2］。因此，提升加藥撬加藥的平穩(wěn)性和安全性對油田污水處理效果有十分重要的意義［3］。

1 加藥流程

該加藥撬用于加注Core Shell 71303 絮凝劑，絮凝劑濃度0.2%～1.0%，設(shè)計(jì)加藥量0.22 g/min，操作排出壓力1.00 MPa，操作溫度100 ℉（1 ℉=5/9 K）。 Core Shell 71303 絮 凝 劑 是 美 國Nalco Water 公司生產(chǎn)的一種用來提升壓濾式和離心過濾式污泥脫水效果的高分子絮凝劑，呈白色粉末狀，主要通過絮凝劑溶解后形成的帶有正電性的基團(tuán)和水中帶有負(fù)電性的雜質(zhì)相互影響破壞雜質(zhì)分子的穩(wěn)定性，進(jìn)而絮凝劑和雜質(zhì)分子發(fā)生聚合反應(yīng)產(chǎn)生絮凝團(tuán)塊，可通過絮凝沉降、浮選、壓濾式及離心過濾式等物理分離方法去除污水中的絮凝團(tuán)塊［4］。

出于對系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性的考慮，將加藥流程設(shè)計(jì)為可互為備用的3 條線（圖1），絮凝劑通過氣動(dòng)卸料泵注入加藥罐，同時(shí)向加藥罐注入新鮮水，通過控制、調(diào)節(jié)絮凝劑和新鮮水的注入流量比例使加藥罐內(nèi)藥劑溶液的濃度穩(wěn)定控制在0.2%～1.0%。 每個(gè)加藥罐內(nèi)均配置一臺(tái)攪拌器，攪拌器與進(jìn)料聯(lián)鎖啟動(dòng)對絮凝劑溶液進(jìn)行混合并促進(jìn)其熟化（每次熟化時(shí)間不小于30 min）。熟化后的絮凝劑排出加藥罐，經(jīng)過Y 形過濾器過濾掉雜質(zhì)后，通過計(jì)量泵進(jìn)行加藥。 計(jì)量泵出口管路上設(shè)置安全閥，以便絮凝劑在管路出現(xiàn)故障時(shí)經(jīng)安全閥返回加藥罐。

圖1 加藥流程示意圖

3 條加藥線交替加藥，加藥過程為連續(xù)注入。一條線加藥時(shí)， 其他兩條加藥線進(jìn)行準(zhǔn)備和熟化，保證藥劑在加藥前有充足的熟化時(shí)間；當(dāng)某一條加藥線出現(xiàn)故障或檢修維護(hù)時(shí)，其他兩條加藥線依然可以交替工作， 保障系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行、整個(gè)工藝單元的操作穩(wěn)定。

2 關(guān)鍵設(shè)備

加藥撬主要包括的設(shè)備和元件如下：

a. 轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備。 氣動(dòng)卸料泵、雙隔膜計(jì)量泵及槳葉式攪拌器等。

b. 檢測儀表。壓力表、壓力變送器、壓差變送器、磁翻板液位計(jì)及液位變送器等。

c. 管路和閥門。入/出口管匯、球閥、安全閥及止逆閥等。

d. 儀表/電路系統(tǒng)。電源分配箱、信號接線箱、變壓器、防爆穿線管及穿線盒等。

e. 控制系統(tǒng)。 控制面板等。

f. 其他設(shè)備。 加藥罐、Y 形過濾器、脈動(dòng)阻尼器及軟連接等。

2.1 計(jì)量泵

隔膜式計(jì)量泵通過柔性隔膜片動(dòng)作完成吸入和排出過程并隔離輸送介質(zhì)與驅(qū)動(dòng)潤滑機(jī)構(gòu)，避免兩者相互污染［5］。其中，雙隔膜計(jì)量泵相比單隔膜計(jì)量泵，在隔膜片破裂時(shí)，輸送介質(zhì)不會(huì)泄漏，非常適用于加藥撬。

本項(xiàng)目中，雙隔膜計(jì)量泵的設(shè)計(jì)流量為0.22 g/min，計(jì)量精度1%，設(shè)計(jì)排出壓力1.17 MPa，設(shè)計(jì)溫度185 ℉。根據(jù)Core Shell 71303 絮凝劑的物性數(shù)據(jù)要求，泵體材料采用316L 不銹鋼，隔膜片材料選用聚四氟乙烯，配套的止逆閥采用聚四氟乙烯或環(huán)氧涂層彈簧。 計(jì)量泵沖程需滿足不停機(jī)狀態(tài)下手動(dòng)調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)沖程來改變工作室容積，進(jìn)而調(diào)節(jié)計(jì)量泵的操作流量，計(jì)量泵自帶壓差變送器用于監(jiān)控隔膜片破裂狀況。

2.2 磁翻板液位計(jì)

磁翻板液位計(jì)是一種現(xiàn)場實(shí)時(shí)指示型儀表，根據(jù)連通器原理，其旁通浮筒內(nèi)的永磁鋼浮子的高度與容器內(nèi)的被測液位高度一致［6］，旁通浮筒外部設(shè)置一排正反兩面涂有不同顏色（通常為紅色和白色）的磁性翻片指示器，當(dāng)液位升降時(shí)浮子在磁性耦合作用下帶動(dòng)磁性翻片實(shí)時(shí)翻轉(zhuǎn)［7］，指示器兩種顏色的交界處可清晰指示出液位高度［8］。 磁翻板液位計(jì)可以通過自身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)測量介質(zhì)與指示部件間的隔離［9］，與測量介質(zhì)接觸一側(cè)可選用高標(biāo)號材料或做內(nèi)襯涂層處理，有效防止泄漏，密封性能好，可用于具有毒性或腐蝕性介質(zhì)的液位測量［10］，可靠性高、測量范圍大、抗振性好且顯示直觀醒目［11］。

2.3 脈動(dòng)阻尼器

具有周期性工作特點(diǎn)的計(jì)量泵，對系統(tǒng)管路與設(shè)備會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)式?jīng)_擊，造成系統(tǒng)中的局部振動(dòng)和原動(dòng)機(jī)負(fù)載不均勻，引發(fā)系統(tǒng)停機(jī)故障或生產(chǎn)事故［12］。 因此，計(jì)量泵的出口管路上必須設(shè)置脈動(dòng)阻尼器，以保證出口管路的流量和壓力連續(xù)且穩(wěn)定，并有效消除管路振動(dòng)［13］。

脈動(dòng)阻尼器是一種內(nèi)部被彈性隔膜分為上下兩個(gè)工作室的承壓容器， 上室充裝惰性氣體，下室通過介質(zhì)，結(jié)構(gòu)形式如圖2 所示［14］。 脈動(dòng)阻尼器安裝在計(jì)量泵出口管路上，根據(jù)設(shè)計(jì)要求調(diào)節(jié)合適的預(yù)充壓力， 當(dāng)計(jì)量泵為排出過程時(shí)，隔膜被輸送介質(zhì)擠壓不斷向上運(yùn)動(dòng)，壓力變化轉(zhuǎn)化為隔膜的彈性勢能，使隔膜兩側(cè)的壓力逐漸趨于平衡［15］；當(dāng)計(jì)量泵為吸入過程時(shí)，隔膜被脈動(dòng)阻尼器上室中氣體擠壓不斷向下運(yùn)動(dòng)，隔膜的彈性勢能逐漸釋放［16］。 通過脈動(dòng)阻尼器上室中氣體的可壓縮性來吸收輸送介質(zhì)的脈動(dòng)，獲得更加穩(wěn)定的輸送介質(zhì)流量和壓力，從而抑制管路振動(dòng)。

圖2 脈動(dòng)阻尼器

3 自動(dòng)化設(shè)計(jì)

加藥撬自動(dòng)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是可以滿足無人值守管理，系統(tǒng)可以自動(dòng)操作和自動(dòng)診斷［17］，具體做法是在計(jì)量泵出口管路上安裝壓力變送器，在加藥罐上安裝液位變送器，計(jì)量泵配置壓差變送器。各類變送器采集的信號均以4～20 mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號形式一同傳輸給控制面板，控制面板對信號進(jìn)行分析并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，同時(shí)通過以太網(wǎng)通信模塊將系統(tǒng)運(yùn)行狀況傳輸?shù)饺珡SDCS 進(jìn)行顯示［18］。

當(dāng)某路加藥線中的加藥罐液位超過設(shè)定的液位上限時(shí)，該路的絮凝劑氣動(dòng)卸料泵和新鮮水注入被自動(dòng)關(guān)斷；當(dāng)某路加藥線中的加藥罐液位超過設(shè)定的液位下限時(shí)，該路的計(jì)量泵自動(dòng)停止加藥，并切換其他加藥線進(jìn)行加藥；當(dāng)計(jì)量泵出口壓力超過設(shè)定的高限壓力時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷該計(jì)量泵，并在控制面板報(bào)警且顯示停泵時(shí)間；計(jì)量泵的隔膜片破裂時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷該計(jì)量泵，并在控制面板報(bào)警且顯示停泵時(shí)間［19］。

4 一體化設(shè)計(jì)

一體化設(shè)計(jì)是一種集成化的設(shè)計(jì)方法，其目的是形成可以完成某種具體工藝功能的獨(dú)立單元，單元內(nèi)的所有制造組裝、配管接線及控制等工作均在制造工廠完成，整體布置緊湊，現(xiàn)場施工簡便［20］。

本項(xiàng)目中加藥撬采用一體化設(shè)計(jì)。 如圖3 所示，所有設(shè)備和元件集成并用螺栓安裝在一個(gè)用結(jié)構(gòu)鋼制作的撬座上，所有界區(qū)管口全部延伸到鋼結(jié)構(gòu)撬邊，整個(gè)系統(tǒng)形成一個(gè)邊界清晰且具有專有功能的黑箱模塊，模塊可以整體運(yùn)輸，現(xiàn)場無組裝和焊接工作量。 撬座在現(xiàn)場使用地腳螺栓固定，施工人員需要根據(jù)定位尺寸提前做好地基和開孔預(yù)埋，設(shè)備整體到貨并吊裝定位后僅需完成兩次灌漿和5 個(gè)界區(qū)管口與界區(qū)外管線的連接。

圖3 加藥撬構(gòu)成示意圖

加藥撬采用整體供貨，可以保證設(shè)計(jì)的整體性和嚴(yán)格的整體功能測試，有效避免單臺(tái)設(shè)備或元件安裝不當(dāng)造成的滲漏、不匹配以及儀表調(diào)試不準(zhǔn)確等問題，設(shè)備界面簡潔清晰，從而避免責(zé)任劃分和貿(mào)易糾紛風(fēng)險(xiǎn)，有效簡化采購檢驗(yàn)流程并縮短供貨周期；成撬廠商具有豐富的項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，可以提供良好的后期維護(hù)和售后服務(wù)全套方案。

5 結(jié)束語

筆者介紹了可以滿足海外油氣田地面工程EPC 項(xiàng)目要求的加藥撬工藝流程與設(shè)計(jì)方法，著重評述自動(dòng)化和一體化的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 該加藥撬建成投產(chǎn)后， 絮凝劑濃度控制與熟化程度良好，加藥過程平穩(wěn)且達(dá)到設(shè)計(jì)加藥量0.22 g/min， 在單線出現(xiàn)故障的情況下依然可以保持正常加藥，并通過報(bào)警信號提示操作人員維修，能滿足無人值守管理的要求。 加藥撬一體化設(shè)計(jì)的理念和方法可為其他工程公司執(zhí)行類似項(xiàng)目提供借鑒和參考。