水力旋流器故障分析與優(yōu)化

賀啟昌

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司， 廣東 深圳 518000）

1 海上平臺(tái)水力旋流器的工作原理及故障

水力旋流器是重力聚結(jié)器的一種，它利用兩種液體的密度差，借助于離心力，使油滴從水中分離出去。結(jié)構(gòu)原理如圖1和表1所示，含油污水沿切線方向進(jìn)入圓筒渦旋段后形成旋流，進(jìn)入縮徑后由于截面改變，使流速增大形成螺旋流態(tài)，由于油和水的密度差，水附著于旋流管壁而油滴向中心移動(dòng)。流體進(jìn)入細(xì)錐段后，截面不斷縮小，流速繼續(xù)增加，離心力也隨之增大，小油滴被擠入錐管中心聚合形成油芯。凈化水沿著旋流管壁呈螺旋線向前流動(dòng)從集水腔流出，低壓區(qū)的油芯向后流動(dòng)并從溢流口排出，完成油水分離。

圖1 水力旋流器原理圖

表1 水力旋流器結(jié)構(gòu)名稱及作用

但在海上平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，水力旋流器常出現(xiàn)分離效果不理想的情況，例如：某海上平臺(tái)水力旋流器進(jìn)口OIW（水中油含量）為60mg/L左右，經(jīng)水力旋流器處理后外排水OIW（水中油含量）平均值在17.5mg/L，介于公司對(duì)外排水年度排海指標(biāo)要求的上限，對(duì)海上平臺(tái)的穩(wěn)定生產(chǎn)帶來不小的壓力。針對(duì)出現(xiàn)的問題，平臺(tái)人員采取了工藝流程優(yōu)化、更換化學(xué)藥劑、加密反沖洗等多項(xiàng)措施，但水力旋流器的分離效果仍無明顯好轉(zhuǎn)，需要經(jīng)常人工拆洗才能達(dá)到較好的處理效果。通過拆洗水力旋流器，發(fā)現(xiàn)水力旋流器工況變差的主要原因是由于油泥堵塞了旋流管的溢流口和含油污水入口，造成水力旋流器處理量下降，最終導(dǎo)致水出口含油升高，如圖2所示。

圖2 水力旋流器流程原理圖和拆解圖

2 水力旋流器堵塞原因分析

為穩(wěn)定生產(chǎn)流程并減輕現(xiàn)場(chǎng)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，平臺(tái)人員組織多次頭腦風(fēng)暴，對(duì)水力旋流器堵塞的成因及反沖洗效果進(jìn)行分析并嘗試找出解決方案。

2.1 旋流管含油污水入口堵塞原因分析

油田在正常生產(chǎn)時(shí)含油污水中難免含油泥沙等雜質(zhì)，當(dāng)含有雜質(zhì)的生產(chǎn)水經(jīng)旋流管切線進(jìn)入到旋流管后，在離心力的作用下將油和水進(jìn)行分離，分離的油經(jīng)溢流口進(jìn)污油腔排至污油罐。當(dāng)油經(jīng)過溢流口時(shí)，在旋流腔形成回壓，導(dǎo)致油中的雜質(zhì)流速減慢在旋流腔處堆積，隨著投用時(shí)間的推移，旋流管入口和旋流腔慢慢被雜質(zhì)填滿。

2.2 旋流管出油孔堵塞原因分析

在旋流腔雜質(zhì)積聚的同時(shí)，由于溢流口的孔徑很?。ㄖ睆郊s1.5mm），大部分雜質(zhì)不能經(jīng)過溢流口排到外面，久而久之導(dǎo)致雜質(zhì)堵塞溢流口而使水力旋流器失效。另外長(zhǎng)期運(yùn)行水力旋流器油相出口往往聚集了大量油泥，反沖洗的液體會(huì)將油泥反推至溢流口，進(jìn)一步加劇溢流口堵塞，如圖3、圖4所示。

圖3 原水力旋流器反沖洗流程圖

圖4 水力旋流器油相出口圖

2.3 水力旋流器使用后期反洗無效原因分析

如圖3和圖4所示，原水力旋流器反沖洗方式為：將進(jìn)口的含油污水引至油相出口經(jīng)溢流口進(jìn)入旋流管。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)拆解，發(fā)現(xiàn)原反沖洗方式存在以下問題：

(1)因溢流口孔徑很小，導(dǎo)致實(shí)際進(jìn)入旋流管沖洗的液體很少，無法有效沖刷旋流管。

(2)原反沖洗流程不能對(duì)旋流器水腔和旋流管進(jìn)行反洗，旋流器水腔中的沉砂、油泥等沖洗不掉。

(3)原反沖洗流程會(huì)將油相出口聚集的油泥，反推至溢流口，進(jìn)一步加劇溢流口堵塞。

3 改進(jìn)措施

為解決水力旋流器堵塞問題，現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)存在的問題逐一討論，不斷優(yōu)化水力旋流器反沖洗方案和流程。經(jīng)不斷摸索和優(yōu)化，在沖洗方式上進(jìn)行了優(yōu)化改造，很大程度上改善了水力旋流器反沖洗效果，優(yōu)化后的方案如圖5所示，紅色管線為優(yōu)化改造的管線。

圖5 流程改造后的水力旋流器流程圖

經(jīng)過流程改造后的水力旋流器能實(shí)現(xiàn)以下沖洗功能（不用手動(dòng)拆洗）：

(1)能對(duì)旋流管入口及混合水腔上部的浮油區(qū)和下部油泥進(jìn)行高壓反洗。

(2)能對(duì)旋流管溢油口進(jìn)行高壓正洗和反洗。

(3)能單獨(dú)對(duì)旋流管油相出口的污油腔進(jìn)行沖洗排砂。

經(jīng)改造的水力旋流器除油效果明顯改善，同時(shí)降低了現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)拆洗頻率，如圖6所示。

圖6 流程改造后的水力旋流器污水化驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

根據(jù)對(duì)旋流器工作原理、油田污水處理性質(zhì)、生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析研究，結(jié)合油田實(shí)際，制定了水力旋流器改造方案，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施證明，優(yōu)化改造后水力旋流器工作正常，人工開蓋清洗頻率由每季度一次減少至每年一次，減輕了現(xiàn)場(chǎng)員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。通過對(duì)水力旋流器處理效果的分析，有效地降低了外排水的含油量，為解決其他水力旋流器故障提供了參考。

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