某海上油田緊湊式氣浮選典型故障分析研究

范懷勇

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000）

目前南海東部油田主要的污水處理工藝基本有2種形式：①生產(chǎn)分離器—水力旋流器—沉降罐—排海；②生產(chǎn)分離器—水力旋流器—緊湊式氣浮選—排海。鑒于氣浮選對含油污水良好的處理效果，第二種形式的生產(chǎn)污水處理工藝漸漸成為南海東部油田主要的處理方式。

1 油田生產(chǎn)水處理流程及緊湊式氣浮選技術(shù)參數(shù)

1.1 流程概述

海上油田的含油污水（或稱為生產(chǎn)水，下稱生產(chǎn)水）主要來自井液，南海東部油田的生產(chǎn)水處理流程大致為：含水的原油從通過自噴或者電潛泵舉升進(jìn)入生產(chǎn)分離器，在分離器內(nèi)經(jīng)過初次的油水分離，分離出的生產(chǎn)水進(jìn)入水力旋流器進(jìn)行二次油水分離，然后再進(jìn)入氣浮選裝置進(jìn)行第三次油水分離，最后處理合格的生產(chǎn)水排海（注：生產(chǎn)水排放濃度限值見表1，文中的油田屬于三級海域）。

表1 生產(chǎn)水排放濃度限值

1.2 結(jié)構(gòu)組成

設(shè)備主體結(jié)構(gòu)由進(jìn)水區(qū)、氣浮區(qū)、二次收渣（油）區(qū)、出水區(qū)、循環(huán)泵等組成。

（1）進(jìn)水區(qū)。設(shè)有布水器，保證布水均勻的同時，降低進(jìn)水流速對氣浮區(qū)水體的沖擊。

表2 氣浮選設(shè)計參數(shù)表

（2）氣浮區(qū)。含油污水中的油和懸浮物與噴射器產(chǎn)生的上浮氣泡相結(jié)合，產(chǎn)生密度小于水的結(jié)合體，向上運(yùn)動形成浮渣，由排油口排出。

（3）收渣（油）區(qū)。用于收集浮渣（油）。

（4）出水區(qū)。設(shè)有出水調(diào)節(jié)閥，可有效地調(diào)節(jié)出水流量。

（5）氣浮選循環(huán)泵。將一部分處理后的生產(chǎn)水進(jìn)行再循環(huán)。

1.3 技術(shù)參數(shù)

主要參數(shù)詳見表2。

2 緊湊式氣浮選（CFU）的工作原理

工作原理介紹。本文的氣浮選采用立式設(shè)計，利用氣浮和旋流的原理除去生產(chǎn)水中分散的油。旋流產(chǎn)生的離心力加速油滴的遷移，分布在生產(chǎn)水中的氣泡（氣泡主要由射流器產(chǎn)生，下文闡述形成機(jī)理）向容器的中心聚集，加強(qiáng)了氣泡與油滴的相互作用，隨著氣泡上浮。油滴聚結(jié)長大，當(dāng)氣泡在CFU中上浮時，會吸附油滴并迅速增大。氣泡聯(lián)合油滴上浮至液相表面，形成一個油層，然后撇進(jìn)集油桶。循環(huán)泵作為射流器的動力源，將一部分處理后的生產(chǎn)水進(jìn)行再循環(huán)，利用文丘里原理抽出CFU氣相空間的氣體，形成一股氣液混合物，進(jìn)入CFU生產(chǎn)水入口管線。在CFU的入口，生產(chǎn)水分為兩股高速流體，每一股都經(jīng)過一個氣泡分布板，在氣泡分布板的作用下，氣體均勻分布在水中。

3 典型故障分析研究

3.1 案例1：氣浮選循環(huán)泵啟動后，水腔的內(nèi)浮子式液位計顯示為零

（1）故障描述。此問題出現(xiàn)在調(diào)試期間，設(shè)備調(diào)試前罐內(nèi)充滿淡水，水腔的液位計顯示液位處于正常值，啟動循環(huán)泵后，液位計數(shù)值突然下滑至零點(diǎn)。

（2）故障分析及解決方案。①水腔的液位控制閥開啟，導(dǎo)致水腔內(nèi)的水瞬間排空。經(jīng)檢查，液位控制閥處于完全關(guān)閉狀態(tài)，也不存在漏失現(xiàn)象，故排除該原因。②浮子破損，液體進(jìn)入其中。經(jīng)拆檢液位計，發(fā)現(xiàn)浮子完好無損，并在水中測試，密度設(shè)計毫無問題，故排除該原因。③設(shè)計問題。遂對其他3臺氣浮選進(jìn)行同樣的測試，發(fā)現(xiàn)存在同樣的問題。該液位計的設(shè)計簡圖，其液位計的上端引流口的位置較低，靠近循環(huán)泵的出水口，循環(huán)泵啟動后，罐內(nèi)的液體延罐壁作快速的旋流運(yùn)動，而此時液體勢必對罐壁產(chǎn)生作用力，液體必然對罐壁的孔洞產(chǎn)生沖擊力，所以液體極有可能自液位計上引流口—護(hù)管—下引流口形成環(huán)流，液位計的浮子被自上而下的水流沖至零點(diǎn)。據(jù)此思路將液位計做簡單改造，將上引流口通過儀表管改至罐頂，液體的旋流沖擊力便影響不到現(xiàn)在的引流口。改造后再次啟動循環(huán)泵測試，液位計浮子保持在正常位置，問題得以解決。

3.2 案例2：氣浮選生產(chǎn)水進(jìn)、出口的含油濃度變化不明顯

（1）故障描述。調(diào)試期間氣浮選生產(chǎn)水進(jìn)、出口的含油濃度OIW（水中含油的濃度）變化不明顯，遠(yuǎn)達(dá)不到其設(shè)計水平。氣浮選的除油能力與普通的緩沖罐類似，化驗數(shù)據(jù)如表3。

（2）故障分析?？赡艽嬖诘膯栴}及解決方案。無泡沫產(chǎn)生或者泡沫的量不足，經(jīng)對注入氮?dú)獾牧髁勘磉M(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)氮?dú)饬髁坑嬜x數(shù)低于5Sm3/h，幾乎沒有流量（氮?dú)饬髁坑嬙O(shè)計為5～325 Sm3/h），如表4。導(dǎo)致該問題的關(guān)鍵原因有2個：①氣體管線或者射流器卡堵；②射流器故障。遂對射流器進(jìn)行拆卸檢查，經(jīng)檢查管線或者射流器并無卡堵現(xiàn)象，因此可能是射流器的問題。對拆下的射流器參照工作環(huán)境進(jìn)行模擬實(shí)驗，發(fā)現(xiàn)射流器幾乎沒有虹吸能力。射流器是依據(jù)文丘里管的原理設(shè)計，根據(jù)其原理，造成無虹吸能力的因素為壓力和孔徑，壓力是定值，是系統(tǒng)正常運(yùn)行的參數(shù)設(shè)定，那么問題很可能出現(xiàn)在噴射管的孔徑上。據(jù)此思路將噴射管的孔徑改造縮小后再次進(jìn)行模擬實(shí)驗，吸入口負(fù)壓明顯。再次將射流器裝回，進(jìn)行在線測試，發(fā)現(xiàn)N2流量計變化明顯，如表4。實(shí)驗結(jié)果說明射流器的設(shè)計存在一定問題，遂聯(lián)系廠家根據(jù)實(shí)驗結(jié)果對射流器尺寸重新計算，以達(dá)到設(shè)計要求。后續(xù)廠家對射流器進(jìn)行了重新設(shè)計改造，安裝新的射流器后再次對生產(chǎn)水進(jìn)行取樣分析，達(dá)到設(shè)計要求。

表3

3.3 案例3：水出口的OIW值大于水進(jìn)口的OIW值

（1）故障描述。氣浮選C設(shè)備運(yùn)行大約一年以后，水出口的OIW高于進(jìn)口，并且有越發(fā)嚴(yán)重的趨勢，而其他3臺氣浮選不存在這種情況。

（2）故障分析?？赡艽嬖诘膯栴}及解決方案。①油泥的影響。氣浮選C運(yùn)行時間較其他3臺久，罐壁或者罐底可能會有油泥的積聚，造成水質(zhì)處理達(dá)不到設(shè)計要求。對C進(jìn)行底部排污，效果不明顯。②腐蝕。在對C進(jìn)行底部排污后，水質(zhì)的處理雖有改善但不明顯，開罐對罐壁進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)罐壁附著的油泥不多，基本不會對水質(zhì)的處理產(chǎn)生影響。但開罐的同時發(fā)現(xiàn)罐壁有銹蝕的凹坑，推測油槽也可能出現(xiàn)銹蝕，甚至銹穿。遂對油槽進(jìn)行細(xì)致檢查，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)油槽確有腐蝕穿孔的問題。腐蝕導(dǎo)致油槽穿孔，油槽內(nèi)的污油滲流至水腔，對處理后的生產(chǎn)水造成污染，造成水質(zhì)達(dá)不到設(shè)計要求。再對銹蝕罐壁及油槽的修復(fù)以后，將氣浮選C再次投用，生產(chǎn)水處理水平再次達(dá)到設(shè)計要求。

表4

4 結(jié)語

氣浮選作為海上油田生產(chǎn)水處理流程最重要的設(shè)備之一，其工作情況受很多因素的影響，最為關(guān)鍵的可能為氣泡、油滴的分散形式等。但其設(shè)計或者腐蝕情況易被忽視，因為此因素不是氣浮選設(shè)計原理的參考條件。