淺析某FPSO注水緩沖罐高液位預(yù)控措施

萬(wàn)泊宏(中海石油(中國(guó))有限公司秦皇島32-6/渤中作業(yè)公司，天津 300459)

1 工藝流程現(xiàn)狀分析

來(lái)自井口平臺(tái)的物流經(jīng)海底管道輸送至FPSO進(jìn)行處理。FPSO原油工藝流程脫出的生產(chǎn)污水經(jīng)水工藝艙T-301A/B、氣浮選器、核桃殼濾器處理合格后，進(jìn)入注水緩沖罐，再由注水增壓泵輸送至井口平臺(tái)完成回注。注水緩沖罐T-401尺寸為6000 mm*5000 mm*5100 mm，容積132方，操作壓力5kpa，液位低低1000 mm，無(wú)液位高高保護(hù)。當(dāng)罐內(nèi)液位超過(guò)4500 mm時(shí)會(huì)通過(guò)16寸管線溢流，匯入下艙總管進(jìn)一級(jí)水工藝艙T-301A，正常生產(chǎn)時(shí)其液位一般維持在3000 mm至4000 mm之間。

注水緩沖罐T-401日常操作壓力為微正壓，隨著油田開(kāi)發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)，采取大泵提液、油田增注等措施保障產(chǎn)量，隨之而來(lái)的是油田生產(chǎn)水量的大幅增加，進(jìn)而導(dǎo)致原油工藝系統(tǒng)一級(jí)分離器和二級(jí)分離器下艙水量增多，但受限于下艙管線過(guò)流能力，背壓不斷上升，進(jìn)一步導(dǎo)致注水緩沖罐T-401液位超過(guò)4500 mm時(shí)無(wú)法溢流進(jìn)入T-301A，甚至下艙總管的液體會(huì)反壓至注水緩沖罐T-401，造成其液位上升，一方面存在冒罐風(fēng)險(xiǎn)，另一方面注水緩沖罐內(nèi)的水質(zhì)也受到污染。因此采取臨時(shí)措施，關(guān)閉注水緩沖罐T-401溢流回艙管線上的閥門，但同時(shí)也失去了一道保護(hù)功能，增加了注水緩沖罐的冒罐風(fēng)險(xiǎn)。

在日常生產(chǎn)操作過(guò)程中我們觀察到，如果核桃殼正處于反洗或者注水緩沖罐T-401處于收油等高液位狀態(tài)時(shí)，出現(xiàn)三級(jí)生產(chǎn)關(guān)斷及注水增壓泵P-401關(guān)停等緊急情況，中控需要關(guān)小上游生產(chǎn)水泵P-301出口閥降低注水緩沖罐T-401液位，防止出現(xiàn)冒罐。但是此操作方式會(huì)有延遲，主要是因?yàn)樯a(chǎn)水增壓泵P-302泵仍在運(yùn)轉(zhuǎn)，注水緩沖罐T-401液位短時(shí)間內(nèi)仍將快速上漲，因此，需要將注水緩沖罐入口管線的旁通閥門(回流至T-301A)打開(kāi)以降低注水緩沖罐T-401液位。同樣受限于下艙總管的過(guò)液能力，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，此操作仍然不能快速有效降低注水緩沖罐T-401液位。此外，如果需要降低下艙總管線的背壓，中控需要將一級(jí)分離器下艙水自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度手動(dòng)控制在60%以下，此操作會(huì)導(dǎo)致一級(jí)分離器油相液位升高，進(jìn)而可能觸發(fā)三級(jí)生產(chǎn)關(guān)斷。綜上，在發(fā)生三級(jí)生產(chǎn)關(guān)斷及注水增壓泵P-401泵突然停泵的情況下，注水緩沖罐T-401有發(fā)生冒罐的風(fēng)險(xiǎn)較高。

易導(dǎo)致注水緩沖罐T-401冒罐的風(fēng)險(xiǎn)情況分析：

(1)注水泵突然關(guān)停(自身故障、分級(jí)卸載、三級(jí)關(guān)斷等)，特別是注水緩沖罐T-401高液位收油時(shí)關(guān)停；

(2)平臺(tái)注水關(guān)停，中控未及時(shí)調(diào)整上游生產(chǎn)水泵P-301出口開(kāi)度；

(3)注水泵增壓泵出口液位自動(dòng)控制閥門LV-7411故障全關(guān)；

(4)生產(chǎn)水泵增壓泵P-302出口自動(dòng)控制閥門LV-7301(控制氣浮液位)故障全開(kāi)(該故障情況發(fā)生過(guò))；

(5)核桃殼濾器反洗完畢后未及時(shí)手動(dòng)關(guān)小生產(chǎn)水泵P-301出口開(kāi)度；

(6)溢流回艙管線閥門未關(guān)時(shí)，一級(jí)分離器水室放空時(shí)，大量氣體進(jìn)入下艙水總管，將液體反頂進(jìn)入注水緩沖罐T-401；

(7)注水緩沖罐T-401液位上漲至4500 mm以上中控人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并調(diào)整。

注水緩沖罐T-401冒罐風(fēng)險(xiǎn)及后果分析：由于罐內(nèi)水溫達(dá)到72 ℃左右，頂部有較多浮油，發(fā)生冒罐可能造成人員燙傷以及造成甲板污染，嚴(yán)重時(shí)甚至有原油入海風(fēng)險(xiǎn)。

在目前沒(méi)有液位高高保護(hù)及溢流回艙流程情況下，一旦發(fā)生上述情況，就可能造成冒罐，后果較為嚴(yán)重。

2 注水緩沖罐防冒罐優(yōu)化思路

有效降低T-401液位方法及防冒罐處理分析：

(1)考慮通過(guò)對(duì)核桃殼控制程序進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)注水緩沖罐T-401液位達(dá)到4500m異常情況時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)核桃殼反洗泵自動(dòng)啟動(dòng)(圖1)，該泵排量230方/時(shí)，并設(shè)置一套核桃殼濾器的過(guò)濾進(jìn)出口閥關(guān)閉，反洗進(jìn)出口閥打開(kāi)(圖2)，反洗流程跳過(guò)攪拌過(guò)程直接進(jìn)入反洗狀態(tài)，程序設(shè)置成高級(jí)別優(yōu)先進(jìn)入，以避免被其他核桃殼濾器的反洗影響；

(2)目前注水緩沖罐T-401只有液位高報(bào)警，超過(guò)4300 mm以后直至冒罐沒(méi)有報(bào)警提醒，因此考慮增加一個(gè)液位高高緊急報(bào)警(不觸發(fā)關(guān)斷)再次提醒中控操作人員，及時(shí)采取措施避免冒罐；

圖1 反洗泵出口

圖2 反洗進(jìn)出口

(3)在發(fā)生應(yīng)急情況中控操作人員來(lái)不及采取措施、以及中控人員未注意到液位過(guò)高時(shí)，考慮通過(guò)控制系統(tǒng)將流程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)閥進(jìn)行自動(dòng)干預(yù)，即在T-401液位到達(dá)4500 mm(4770 mm即開(kāi)始冒罐)，系統(tǒng)自動(dòng)將P-301泵出口閥、P-302泵出口閥關(guān)至5%，同時(shí)給出緊急報(bào)警通知，中控操作人員再根據(jù)T-401液位手動(dòng)調(diào)節(jié)以上兩個(gè)節(jié)點(diǎn)閥門開(kāi)度，保證水系統(tǒng)正常運(yùn)行；

(4)如果T-401處于高液位無(wú)法通過(guò)自動(dòng)啟動(dòng)反洗泵經(jīng)過(guò)核桃殼進(jìn)污油艙流程，無(wú)法有效降低液位的話可以考慮工藝管線改造，將核桃殼泵P-303出口增加管線連接至核桃殼反洗管線出口，此方案由于涉及管線改造施工成本較高，將根據(jù)第1條驗(yàn)證結(jié)果再?zèng)Q定是否實(shí)施。

3 可行性分析

通過(guò)以上對(duì)風(fēng)險(xiǎn)情況額分析以及針對(duì)性地進(jìn)行了思路優(yōu)化，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に噷I(yè)與維修專業(yè)討論得出以上方案在技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)，并確定了基本技術(shù)路線。(圖3)注水緩沖罐T-401液位超過(guò)4500 mm后，P-301泵出口自動(dòng)閥LV-7301和P-302泵出口自動(dòng)閥LV-7331由自動(dòng)模式到手動(dòng)模式，并且設(shè)定開(kāi)度為5%，給出報(bào)警提醒后，中控人員再根據(jù)注水緩沖罐T-401實(shí)際液位進(jìn)行手動(dòng)控制。由于LV-7301平時(shí)即為手動(dòng)控制，中控根據(jù)實(shí)際情況將其開(kāi)度恢復(fù)，將LV-7331恢復(fù)自動(dòng)即可。在注水緩沖罐T-401液位計(jì)上安裝控制反洗泵的液位開(kāi)關(guān)，當(dāng)液位高于4500 mm時(shí)反洗泵啟動(dòng)，并現(xiàn)場(chǎng)將一臺(tái)核桃殼進(jìn)入反洗狀態(tài)跳過(guò)攪拌過(guò)程，過(guò)濾進(jìn)出口閥關(guān)閉，反洗進(jìn)口閥打開(kāi)，同時(shí)該核桃殼的程序不受其他罐影響，且級(jí)別高于其他罐優(yōu)先進(jìn)入。

圖3 基本技術(shù)路線

4 風(fēng)險(xiǎn)分析及預(yù)控措施

雖然經(jīng)綜合討論得出以上可行性分析，但是設(shè)備操控仍不可輕視，還是要考慮到后續(xù)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并做好預(yù)防措施，確保注水緩沖罐在失去溢流功能后能基本保持液位穩(wěn)定。根據(jù)實(shí)際情況做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)防控制措施，具體如下：

(1)泵出口憋壓。由于生產(chǎn)水泵P-301及生產(chǎn)水增壓泵P-302均為離心泵，可以短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行憋壓，并且閥門留有一定開(kāi)度，短時(shí)間內(nèi)不會(huì)對(duì)泵體造成機(jī)械損壞；

(2)LV-7331關(guān)小后，可能會(huì)導(dǎo)致氣浮液位不斷上漲甚至罐頂溢流。在優(yōu)化過(guò)程中進(jìn)行試驗(yàn)，摸索出較為合理的開(kāi)度，避免氣浮罐頂溢流；

(3)LV-7301、LV-7331自動(dòng)關(guān)小后，中控人員未及時(shí)進(jìn)行控制，導(dǎo)致注水緩沖罐T-401液位低，注水關(guān)停。在LV-7301、LV-7331關(guān)小后，儀表給出至少五個(gè)緊急報(bào)警，提醒操作人員及時(shí)干預(yù)調(diào)整。此外，由于T-401有液位低保護(hù)，不會(huì)造成注水泵損壞。此外，改造后一定做好交接班，更改相關(guān)操作程序并進(jìn)行內(nèi)部培訓(xùn)，此外做好生產(chǎn)工藝流程變更管理。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)施以上一系列措施，取得了良好的主動(dòng)保護(hù)效果，確保了注水緩沖罐在失去溢流功能后能基本保持液位穩(wěn)定，消除了注水緩沖罐冒罐的風(fēng)險(xiǎn)，并有效保障了FPSO水工藝流程的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員也在被動(dòng)防護(hù)方面采取了相應(yīng)措施，將注水緩沖罐T-401罐頂?shù)耐笟夤芫€通過(guò)簡(jiǎn)易改造下降高度，并在管口下方設(shè)置防溢油槽，即使主動(dòng)保護(hù)失效，也可防止含油污水污染甲板。