加氣浮選器收油自動(dòng)化升級(jí)改造

董鵬林，柴 威，劉明宇

(中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津300452)

加氣浮選器收油自動(dòng)化升級(jí)改造

董鵬林，柴 威，劉明宇

(中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津300452)

加氣浮選器利用在含油污水中通入的大量氣泡作為載體，使油珠和懸浮物與污水分離，除油效果十分明顯，眾多海洋石油平臺(tái)青睞于將其作為生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)的二級(jí)設(shè)備。由于目前調(diào)整收油液位高度只能由人工攀爬到罐頂手動(dòng)調(diào)節(jié)堰板高度實(shí)現(xiàn)，大大增加了現(xiàn)場(chǎng)員工的工作量，錦州25-1南油氣田對(duì)加氣浮選器上控制堰板高度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)手輪進(jìn)行了智能化改造，將人工調(diào)節(jié)變?yōu)橹锌仉娔X控制調(diào)節(jié)，極大減少了現(xiàn)場(chǎng)員工的工作量，收油效果也得到了明顯改善。

加氣浮選器 堰板收油 電動(dòng)執(zhí)行器 DCS系統(tǒng)

1 研究背景

錦州25-1南油氣田主要開發(fā)油氣層系為沙河街和太古界，由于其地層特征，因此對(duì)注水水質(zhì)的要求十分嚴(yán)格。注水水質(zhì)指標(biāo)中的含油要求≤5,mg/mL，對(duì)污水處理設(shè)備的要求更高。但作為錦州25-1南油氣田生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)二級(jí)設(shè)備的加氣浮選器，在實(shí)際應(yīng)用中卻發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)上存在一定的缺陷，而且調(diào)節(jié)收油槽液位時(shí)，需人工頻繁爬上罐頂手動(dòng)調(diào)節(jié)控制堰板的手輪，不僅降低了工作效率，而且收油效果也很不理想，為此錦州25-1南油氣田對(duì)控制調(diào)節(jié)堰板執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手輪進(jìn)行了自動(dòng)化改造。

1.1 污水處理系統(tǒng)流程簡介

錦州25-1南油氣田的生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)如圖1所示，來自原油處理系統(tǒng)的生產(chǎn)污水首先進(jìn)入水力旋流器，經(jīng)水力旋流器處理的含油污水與原油系統(tǒng)二、三級(jí)分離器分離出的含油污水一同匯合后進(jìn)入加氣浮選器進(jìn)行進(jìn)一步除油，經(jīng)生產(chǎn)水輸送泵輸送到核桃殼過濾器作進(jìn)一步處理，與水源井來水一起進(jìn)入纖維球快速過濾器，經(jīng)快速過濾器處理后進(jìn)入注水緩沖罐作為注水水源。

圖1 JZ25-1S油氣田污水處理流程簡圖Fig.1Schematic of JZ25-1S oil and gas field sewage treatment process

1.2 加氣浮選器問題分析(見圖2)

目前錦州25-1南油氣田氣浮入口來液來源主要是水力旋流器出口，二級(jí)分離器水相出口、三級(jí)分離器水相出口、污水泵出口、生產(chǎn)水輸送泵出口回流等幾路來液的匯合。根據(jù)圖2錦州25-1南油氣田加氣浮選器內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)簡圖，可知生產(chǎn)污水水源從入口進(jìn)入加氣浮選器后，通過一次收油槽、二次收油槽和清水室收油槽進(jìn)行收油處理合格后，從出口經(jīng)生產(chǎn)水輸送泵到下一級(jí)處理設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步處理。錦州25-1南油氣田加氣浮選器處理能力為300,m3/h，要求進(jìn)口含油≤300,mg/mL，出口含油≤30,mg/mL。

圖2 錦州25-1南油氣田加氣浮選器內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖Fig.2 Schematic of interior structure of the floatation cell of JZ25-1S oil and gas field

根據(jù)圖2可知，加氣浮選器內(nèi)的一次收油槽為主要收油區(qū)，其收油的好壞直接影響該設(shè)備的處理效果，而要調(diào)節(jié)好污水室一次收油液位，就需要通過加氣浮選器罐頂?shù)氖州?調(diào)整進(jìn)清水室可調(diào)堰板的高度來實(shí)現(xiàn)。目前加氣浮選器入口各路來液中水力旋流器出口為手動(dòng)控制，來液量較為穩(wěn)定，但二級(jí)分離器水相來液因污油罐、污水罐、CEP及A平臺(tái)閉排罐的不定期轉(zhuǎn)液，使得氣浮選器混合室液位很不穩(wěn)定，導(dǎo)致一次收油槽液位波動(dòng)大，不能穩(wěn)定收油效率，嚴(yán)重影響一次收油效果。當(dāng)上游來液量不穩(wěn)定時(shí)，污水室的液位過高或過低都影響一次收油效果。一次收油槽液位過高說明污水進(jìn)入槽子，浮油仍然在污水上面，無法進(jìn)行收集；若液位太低則無油進(jìn)入收油槽，同樣無法起到收油效果。

因此每次在一次收油槽滿液或無液的情況下，都需要現(xiàn)場(chǎng)人員爬到罐頂手動(dòng)控制手輪2調(diào)節(jié)液位，然后再從罐頂下來去取樣口觀察一次收油情況，往返數(shù)次后，才能使其達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的收油液位。但是隨著油氣田的生產(chǎn)，生產(chǎn)污水量的上漲趨勢(shì)明顯，因而各級(jí)油水分離設(shè)備及除油設(shè)備負(fù)荷增加，各相關(guān)水泵轉(zhuǎn)液頻率也逐漸上升，混合室液位產(chǎn)生較大波動(dòng)的頻率隨之加大，導(dǎo)致手輪2調(diào)節(jié)的頻率出現(xiàn)了明顯上升的態(tài)勢(shì)。一次收油液位調(diào)整不好，導(dǎo)致后面的二次和清水室收油效果也變差，造成現(xiàn)場(chǎng)操作人員往返加氣浮罐頂一天達(dá)數(shù)十次，一方面工作量繁重，另一方面增加了人員爬梯時(shí)跌落摔傷的風(fēng)險(xiǎn)，而注水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)更是嚴(yán)重影響平臺(tái)生產(chǎn)的穩(wěn)定。

2 解決方案

為了保證注水水質(zhì)，降低人員工作量，保證安全，錦州25-1南油氣田創(chuàng)新性地提出將手輪2改造為自動(dòng)控制模式，并響應(yīng)公司降本增效的號(hào)召，將氣浮選器一次收油手輪電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)改造列為自檢自修項(xiàng)目，利用自身專業(yè)知識(shí)以及油氣田庫房現(xiàn)存的物料，達(dá)到自己改造、自己測(cè)試，以實(shí)現(xiàn)全程自檢自修的目的。

現(xiàn)場(chǎng)改造過程中也克服了很多困難。首先是電動(dòng)執(zhí)行器與手輪的連接不配套，需要制作連接件；其次現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)執(zhí)行器與中控之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制，需要重新查找校線；另外根據(jù)工藝流程需求，工藝人員要對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的調(diào)試數(shù)據(jù)做反復(fù)對(duì)比總結(jié)，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)執(zhí)行器的參數(shù)設(shè)定。在反復(fù)鉆研和現(xiàn)場(chǎng)大量的調(diào)試后，完成了對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器參數(shù)的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了污水室收油液位可以通過中控自動(dòng)調(diào)控的功能。

3 主要部件簡介

3.1 ABB ONTRAC多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行器

ABB ONTRAC多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行器(見圖3)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用，適用于操作端控制元件，廣泛應(yīng)用于能源、化工、石油與天然氣、水與污水處理等行業(yè)。附加的齒輪傳動(dòng)裝置(用于有限轉(zhuǎn)角、直線運(yùn)動(dòng))能與各種類型的閥門相互匹配適用。智能型多轉(zhuǎn)式執(zhí)行器具有多種擴(kuò)展功能，如自診斷功能，大大簡化了調(diào)試工作。MME800系列執(zhí)行器可以通過使用方便的紅外通訊接口或任選的總線接口進(jìn)行通訊。

圖3 ABB ONTRAC多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行器Fig.3 ABB ONTRAC multi-turn electric actuator

3.2 連接件

電動(dòng)執(zhí)行器與氣浮手輪之間連接件由車床制作，其中傳動(dòng)部分恰好可與電動(dòng)執(zhí)行器相連，底座可安放在氣浮手輪傳動(dòng)桿上。為了增加連接件與手輪旋轉(zhuǎn)部分的接觸面積，考慮在連接件上焊接與手輪旋轉(zhuǎn)部分尺寸大小相當(dāng)?shù)牧切螕醢澹@樣即可在連接件尺寸合適的基礎(chǔ)上增加電動(dòng)執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)部分與氣浮手輪受力旋轉(zhuǎn)部分的接觸面積，減小轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，保證使用過程中的穩(wěn)定性(見圖4)。

圖4 連接件-開槽螺母Fig.4 Fittings-slotted nuts

3.3 支架

為避免電動(dòng)執(zhí)行器直接與氣浮一次手輪執(zhí)行機(jī)構(gòu)接觸、電動(dòng)執(zhí)行器重量壓迫密封件導(dǎo)致密封件損壞，考慮焊接支架對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行固定，支撐其重量，支架頂端焊接鋼板以使固定電動(dòng)執(zhí)行器和支架(見圖5)保持穩(wěn)定。

圖5 支撐電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架形式圖Fig.5 Support of the execution mechanism of electric actuator

4 改造過程

4.1 對(duì)連接件進(jìn)行制作

根據(jù)解決方案，油氣田員工首先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)手輪2的執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接部件進(jìn)行測(cè)繪，并利用油氣田機(jī)修間的設(shè)備進(jìn)行連接件的制作。

4.2 對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器支架進(jìn)行制作

完成對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接件的制作之后，根據(jù)電動(dòng)執(zhí)行器的現(xiàn)場(chǎng)安裝位置，對(duì)其支架的尺寸進(jìn)行測(cè)量和制作。

4.3 對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器及附件現(xiàn)場(chǎng)安裝

在完成對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器連接件以及支架的制作之后，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器及其附件進(jìn)行安裝就位。

4.4 對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)試

在完成對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器及其附件的安裝后，現(xiàn)場(chǎng)開始對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，經(jīng)過調(diào)試使得電動(dòng)執(zhí)行器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)手輪2的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。

5 改造后效果(見圖6)

圖6 加氣浮選器電動(dòng)執(zhí)行器中控調(diào)控畫面Fig.6View of the central control interface of actuator of the floatation cell

經(jīng)過上述一系列的工作之后，在中控就可以通過控制回路對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行控制(見圖6)，從而對(duì)可調(diào)堰板的高度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了加氣浮選器一次收油液位調(diào)控的自動(dòng)化，不僅大大節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的工作量，提高了工作效率，同時(shí)成功解決了由于上游來液量波動(dòng)給加氣浮選器收油液位帶來的沖擊，保證了收油液位的穩(wěn)定性，使得加氣浮選器的污水除油效果有了明顯的改善。

6 總 結(jié)

錦州25-1南油氣田現(xiàn)場(chǎng)人員通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行分析，積極主動(dòng)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)改造，實(shí)現(xiàn)了加氣浮選器可調(diào)堰板的自動(dòng)控制。隨著加氣浮選器收油效率的提高，其對(duì)下游設(shè)備核桃殼過濾器的污染率降低了30%,，延長了濾料的使用壽命，從而增加了核桃殼濾料更換周期，節(jié)約了污水處理成本；較好的水質(zhì)減輕了對(duì)地層的二次污染，減少各油水井的解堵頻次(估算每年至少2次)，大幅降低作業(yè)費(fèi)用，保證了油氣田的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。同時(shí)人員的工作效率提高，單純由此節(jié)省3,h/人天，效果顯著。規(guī)避了人員頻繁上下罐體帶來的風(fēng)險(xiǎn)。此次改造通過自檢自修，全程由平臺(tái)人員完成，為平臺(tái)節(jié)約了外委費(fèi)用，也為其他海上生產(chǎn)單元解決類似問題提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)?！?/p>

［1］ 崔大勇. 錦州25-1南油氣田加氣浮選器設(shè)備內(nèi)部優(yōu)化與應(yīng)用(內(nèi)部資料)[Z].

［2］ 凌志浩. 工業(yè)自動(dòng)化儀表系列叢書[M]. 1版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：165.

［3］ 污水氣浮處理工程技術(shù)規(guī)范[S]. HJ 2007—2010，北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2011.

［4］ 高東. 工業(yè)廢水處理之“氣浮法”[J]. 科技傳播，2010(8)：147-148.

The Upgrading and Transformation for Automatic Oil Skimming of Floatation Cell

DONG Penglin，CHAI Wei，LIU Mingyu
(CNOOC China Ltd. Tianjin Branch Liaodong Operating Co.，Tianjin 300452，China)

Floatation cell depends on making bubbles into oily water to effectively skim oil and suspended matters from sewage. Many offshore oil platforms usually use it as the second sewage facility. However, in order to adjust the liquid level, operators have to climb to the top of the facility and manually carry out height adjustment of weir-plate, which increases the workload. The handwheel actuator on flotation cell of JZ25-1S Oil Field was transformed from manual control to the CCR computer control, which greatly reduces the workload of operators and considerably improves skimming efficiency.

floatation cell；weir-plate oil skimming；electric actuator；distributed control system

TE953

：A

：1006-8945(2016)10-0008-03

2016-09-09