含硫化氫油田密封型式的經(jīng)濟性選型

鄂瑞峰 丁海燕(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

0 引言

硫化氫為劇毒氣體，主要通過呼吸器官進入機體，也有少量通過皮膚和胃進入機體，國內(nèi)外文獻及標準中表示，硫化氫的閾限值為10ppm。通常，含硫化氫的原油及生產(chǎn)水處理系統(tǒng)周圍會有硫化氫氣體泄漏，根據(jù)海洋石油作業(yè)硫化氫防護安全要求，當(dāng)空氣中硫化氫的濃度超過10ppm時，硫化氫報警裝置應(yīng)能進行聲、光報警。

1 含硫化氫油田機械設(shè)備密封型式簡介

密封可分為靜密封和動密封：靜密封主要包括密封墊、密封膠密封和直接接觸密封；動密封主要包括填料密封、機械密封、干氣密封、迷宮密封、油封密封、動力密封和螺旋密封等。

泄漏是機械設(shè)備常產(chǎn)生的故障之一，造成泄漏的原因主要有兩方面：一是由于機械加工的結(jié)果，機械產(chǎn)品的表面必然存在各種缺陷和形狀及尺寸偏差，因此，在機械零件連接處不可避免地會產(chǎn)生間隙；二是密封兩側(cè)存在壓力差，工作介質(zhì)就會通過間隙而泄漏。因此，含硫化氫油田機械設(shè)備動、靜密封選型非常重要。對于原油處理平臺，使用密封的機械設(shè)備主要是各種工藝離心泵，填料密封和機械密封使用最頻繁(如圖1和圖2所示)，填料密封式一種傳統(tǒng)的密封方式，其位置在軸與泵殼之間，其作用是防止泵內(nèi)液體沿軸漏出和外界空氣進入泵內(nèi)。

填料密封由填料套、填料環(huán)、填料、填料壓蓋、唱扣雙頭螺栓和螺母等組成。它是由填料和軸的外表面緊密接觸來實現(xiàn)密封的。在正常運行時，最常用5道填料壞加一道封油環(huán)，3道環(huán)在內(nèi)，另2套環(huán)在外，緊靠壓蓋，壓蓋必須將填料壓緊，才不至于使液體從泵軸處泄漏。但也不能壓得太緊，否則軸和填料的摩擦增加，壓緊時會發(fā)熱，降低泵的效率。在高壓填料密封裝置中，也用于大于5道填料環(huán)的，但要取決于工作壓力的大小。

填料密封一般所用的材料是石墨、黃油浸過的棉織物品、石棉、金屬箔包石棉芯、聚四氟乙烯等。

圖1 離心泵的機械密封

圖2 離心泵的填料密封

機械密封又稱為端面密封，密封效果好，泄漏量小，消耗軸動力小，壽命長，石油化工方面應(yīng)用的較廣泛，但是價格貴，加工維修保養(yǎng)要求高。

根據(jù)輸送介質(zhì)的腐蝕性、易燃易爆的性質(zhì)提出軸封型式要求。輸油的離心泵目前普遍采用機械密封。對于無腐蝕性油品，一般選用內(nèi)裝單端面機械密封。若用于輸送液化石油氣等高揮發(fā)性的離心泵，則選用內(nèi)裝雙端面機械密封。對于腐蝕性較強的油品，則宜選用外裝單端面(或雙端面)機械密封。

為使機械密封長時間有效，要對機械密封進行冷卻，機械密封的冷卻方式很多。常用的有自沖洗冷卻、靜環(huán)外周冷卻、夾套冷卻和直接冷卻，需根據(jù)介質(zhì)的溫度、潔凈程度、性質(zhì)等進行綜合選型。

2 含硫化氫油田密封型式的選型

2.1 處理流程簡介

通常，含硫化氫油田中心處理平臺對采出來的油氣水進行分離，合格原油外輸，生產(chǎn)水回注地層，流程如圖3～圖5所示。

圖3 原油處理流程

圖4 生產(chǎn)水處理流程

圖5 注水處理流程

2.2 密封型式的選型

在海洋平臺存在泄漏的機械設(shè)備主要是動設(shè)備和靜設(shè)備，在原油處理流程中，由于流程內(nèi)壓力比較高，硫化氫基本都溶解在油水中，閃蒸出的硫化氫基本流向火炬系統(tǒng)及放空系統(tǒng)或燃料氣系統(tǒng)。隨著處理流程的深入，壓力的逐級降低，閃出氣中硫化氫的濃度越來越高。

常用水處理設(shè)備核桃殼濾器含有攪拌器，可以采用機械密封和盤根密封，如圖6所示，機械密封的成本比盤根密封的費用要高很多。由于結(jié)構(gòu)型式的局限，這兩種密封型式，設(shè)備正常運行的時候都會有微滲水，通常要求，輕質(zhì)油不超過20滴/分鐘；重質(zhì)油不超過10滴/分鐘，一滴大約0.05mL。機械密封的泄漏量在JB/T 4127—2013《機械密封》中有規(guī)定，泄漏量不超過5mL/h，具體參數(shù)如表1所示。因此，具體項目要根據(jù)其H2S含量、設(shè)備所處位置的硫化氫氣體擴散條件、H2S探頭及密封費用等進行綜合選型。

圖6 攪拌器處填料密封

注：對于特殊條件及被密封介質(zhì)為氣體時不受此限。

原油、生產(chǎn)水及注水系統(tǒng)靜設(shè)備包括分離器、斜板、氣浮選、生產(chǎn)水罐、注水緩沖罐、污油罐、污水罐及籃式濾器等設(shè)備本體采用焊接型式，所有接口均用法蘭連接，其管口靜密封根據(jù)介質(zhì)及壓力來選型，同時材質(zhì)及焊接應(yīng)根據(jù)硫化氫分壓進行抗硫化氫腐蝕的相關(guān)檢測，正常工況不存在泄漏。

生產(chǎn)水系統(tǒng)及原油系統(tǒng)的泵多選用離心泵，離心泵的密封采用機械密封，根據(jù)API 682—2014中關(guān)于機械密封沖洗方式的規(guī)定，有些沖洗方式在泵密封處會有微滲漏的風(fēng)險，若硫化氫含量比較高或設(shè)備所處位置硫化氫擴散條件不良的話，機械密封沖洗方式需采用雙端面機械密封，沖洗方式要選用加壓隔離液循環(huán)系統(tǒng)，使工藝流體實現(xiàn)零排放。若硫化氫含量不高，設(shè)備所處位置的硫化氫氣體擴散條件、H2S探頭及密封費用等進行綜合選型。

3 結(jié)語

對于含硫化氫油田機械設(shè)備密封型式的選取，要綜合考慮選用零泄漏設(shè)備增加的費用與選用微泄漏設(shè)備進而增加的探頭費用進行技術(shù)經(jīng)濟分析，選用較優(yōu)的方案。