液-液型水力旋流器在錦州25-1油田污水處理中的應(yīng)用

何 睿，張繼偉 （中海油 （中國(guó)）有限公司天津分公司，天津300452）

當(dāng)前我國(guó)很多油田都進(jìn)入了高含水開采期，井流液相含水達(dá)到80%～90%，處理后生產(chǎn)污水必須達(dá)標(biāo)排放或回注。傳統(tǒng)的重力沉降法對(duì)采出液進(jìn)行油水分離需要3～4h，而且常規(guī)分離器、斜板撇油器等占地面積大、工程造價(jià)高、系統(tǒng)壓力利用不充分。為改變上述狀況，中國(guó)海洋石油總公司的海上石油平臺(tái)應(yīng)用了多種生產(chǎn)污水處理工藝，其中液-液型水力旋流器作為其中一種重要污水脫油設(shè)備，具有操作簡(jiǎn)單、分離效率高、單位容積處理量大、設(shè)備成本低、體積和占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，在海上石油平臺(tái)生產(chǎn)工藝的油田產(chǎn)液預(yù)分離和含油污水處理中的發(fā)揮越來越大的作用。為此，筆者結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)液-液型水力旋流器在海上石油平臺(tái)污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

1 工作原理

液-液型水力旋流器是重力聚結(jié)器的一種，其結(jié)構(gòu)如圖1所示［1］。該裝置在工作時(shí)，含油污水沿切線方向進(jìn)入圓筒渦旋段后形成旋流再進(jìn)入縮徑段，由于縮徑段截面改變，使流速增大并形成螺旋流態(tài)，利用油和水的密度差，使水附著于旋流管壁而油滴向錐管中心移動(dòng)。流體進(jìn)入細(xì)錐段后，由于該段截面不斷縮小，流速繼續(xù)增加，離心力也隨著增大，小油滴被擠入錐管中心聚合形成油心，在凈化水沿著旋流管壁呈螺旋線向前流動(dòng)的同時(shí)，低壓區(qū)的油心向后流動(dòng)并從溢流口排出，而凈化水則由集水腔流出，從而完成油水分離。

圖1 液-液型水力旋流管結(jié)構(gòu)原理圖

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2．1 施工工藝參數(shù)

錦州25-1油田通過熱化學(xué)分離、重力分離等方式將原油三相分離，分離出的污水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)。生產(chǎn)污水處理工藝流程為生產(chǎn)水脫氣罐→生產(chǎn)水增壓泵→水力旋流器→氣浮選器 （入口含油在300ppm以下）→核桃殼進(jìn)料泵→核桃殼濾器→注水精細(xì)濾器→注水緩沖罐 （見圖2）。

圖2 錦州25-1油田生產(chǎn)污水處理工藝流程

根據(jù)生產(chǎn)污水不同流量跨度，將該裝置腔體內(nèi)部設(shè)置3個(gè)處理能力相同的區(qū)域 （第1、2、3區(qū)），3個(gè)分區(qū)可以根據(jù)處理量的不同，既可單獨(dú)使用也可組合使用，同時(shí)還可以通過調(diào)整參與工作的旋流管數(shù)量來更好地適應(yīng)不同生產(chǎn)污水處理量的需求。該設(shè)備具有反沖洗的功能，設(shè)計(jì)最大處理能力為256m3／h，最小處理能力15m3／h，要求含油水進(jìn)口含油量大于2000mg／L，凈化水出口含油量小于100mg／L。

2．2 影響因素分析

1）化學(xué)藥劑的影響 該裝置的處理效果與生產(chǎn)污水中含油顆粒直徑大小有很大關(guān)系。如果顆粒太小 （小于20μm），則無法將其甩出；如果污水中的含油呈現(xiàn)乳化狀態(tài)，該裝置也不能將乳化油脫出。該裝置的處理效果與生產(chǎn)流程中加入的破乳劑的破乳效果有直接關(guān)系，破乳效果好，油水分層明顯，生產(chǎn)污水中不會(huì)有太多的絮狀物。為此，針對(duì)錦州25-1原油性質(zhì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來篩選適合的破乳劑。對(duì)比添加篩選的破乳劑前后生產(chǎn)污水處理效果，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)污水處理指標(biāo)明顯好轉(zhuǎn)，排放檢測(cè)生產(chǎn)污水含油從添加化學(xué)藥劑前的300mg／L以上減至80mg／L以下。這說明使用合適破乳劑對(duì)于水力旋流器的分離效果非常關(guān)鍵。

2）差壓比及流量的影響 為了解不同差壓比和流量對(duì)生產(chǎn)污水處理效果的影響，分別按照手動(dòng)控制和自動(dòng)控制模式對(duì)水力旋流器進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試結(jié)果如表1所示。

表1 水力旋流器調(diào)試記錄表 （2011年）

從表2可以看出，如果生產(chǎn)污水流量為40～50m3／h，水力旋流器的水出口含油可以控制在300mg／L以下，滿足下游氣浮選器對(duì)入口含油的要求，但未達(dá)到設(shè)計(jì)要求 （小于100mg／L），而小流量 （15～30m3／h）的處理效果更是不理想，其原因在于水力旋流器的水出口壓力無法在現(xiàn)有流程下降低到理想設(shè)定值 （約為入口壓力的一半），導(dǎo)致油和水的2個(gè)出口的壓力高，差壓比的可調(diào)范圍太小，無法建立足夠的差壓來驅(qū)動(dòng)含油生產(chǎn)水在旋流管內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，從而使油水分離效果差。此外，在生產(chǎn)污水流量合適的條件下，通過自動(dòng)控制差壓比的污水處理效果也不理想。理論上通過動(dòng)態(tài)追蹤水出口控制閥開度變化引起的水出口壓差的變化來控制油出口控制閥開度，從而保證設(shè)定的壓差比，但實(shí)際操作中很難實(shí)現(xiàn)，而且水出口的壓力無法降低到理論上需要的設(shè)定壓力，導(dǎo)致油和水出口的壓力高，差壓比的可調(diào)范圍太小，水出口的含油量不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。出現(xiàn)上述狀況的原因如下：雖然為滿足不同生產(chǎn)污水流量跨度對(duì)水力旋流器腔體內(nèi)部設(shè)置3個(gè)分區(qū)，但使用1個(gè)分區(qū) （18根旋流管）時(shí)還是多于最小排量所需的旋流管數(shù)量，導(dǎo)致旋流速度不足，最終使油水分離效果差。

根據(jù)上述分析，用9根堵頭更換了第1區(qū)的9根旋流管，并對(duì)水力旋流器反沖洗后進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試結(jié)果如表2所示。

表2 水力旋流器調(diào)試記錄表 （2011年）

從表2可以看出，在不同地生產(chǎn)污水流量條件下，凈化水含油量為30～80mg／L，水力漩流器的水出口含油可以控制在80mg／L以下，滿足下游氣浮選器對(duì)入口含油的要求，也達(dá)到設(shè)計(jì)要求。其原因在于減少旋流管數(shù)量之后，單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過單個(gè)旋流管的生產(chǎn)污水流量增加，流動(dòng)速度加大，從而產(chǎn)生快速旋轉(zhuǎn)，使油水分離效果得到明顯改善。

2．3 應(yīng)用效果

目前錦州25-1油田在使用液-液型水力旋流器處理生產(chǎn)污水時(shí)，流量控制在30m3／h，生產(chǎn)污水含油濃度在600mg／L左右，處理后凈化水含油濃度在70mg／L左右，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)論和建議

1）液-液型水力旋流器相對(duì)于常規(guī)的污水除油裝置，具有重量輕、占地面積小、成本低、處理時(shí)間短、分離效率高等優(yōu)勢(shì)，非常適用于海上石油平臺(tái)作業(yè)。

2）水力旋流器具有較大生產(chǎn)污水流量使用范圍，但對(duì)于低流量處理效果不理想，可通過抽取或封堵旋流管來降低生產(chǎn)污水流量。

3）使用水力旋流器時(shí)必須設(shè)置好進(jìn)出口差壓比，以此來保證足夠的壓差。

4）最好將水力旋流器與其他生產(chǎn)污水處理裝置配套使用，從而盡可能保證生產(chǎn)污水達(dá)標(biāo)。

5）水力旋流器的自動(dòng)控制系統(tǒng)操作困難，需要不斷摸索規(guī)律，掌握最佳的操作條件。

［1］倪玲英 ．水力旋流器的研究現(xiàn)狀及其在石油工業(yè)中的應(yīng)用前景 ［J］．過濾與分離，1999（3）：1-4．