某FPSO生產(chǎn)水脫氣罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造

呂長(zhǎng)亮，謝濤，曹貴(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

某FPSO生產(chǎn)水主要來(lái)自各個(gè)生產(chǎn)分離器，匯集后進(jìn)入生產(chǎn)水艙，依靠重力沉降進(jìn)行初步處理，再由生產(chǎn)水泵增壓后進(jìn)入水力旋流器，利用油水的密度差進(jìn)行油水旋流分離。分離出的水進(jìn)入生產(chǎn)水脫氣罐進(jìn)行脫氣處理，處理合格后的水排海。不合格的生產(chǎn)水還可以回到生產(chǎn)水艙進(jìn)行進(jìn)一步處理。生產(chǎn)水脫氣罐主要是除去生產(chǎn)水中溶解的惰氣、可燃?xì)獾葘?duì)人有害的氣體，同時(shí)在生產(chǎn)水脫氣罐中有一收油缸可除去水中浮油，然后通過液位控制閥排放到污油艙，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溢油。

1 脫氣罐問題分析和改造建議

1.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)水脫氣罐設(shè)計(jì)最大處理能力為500 m3/h，內(nèi)部設(shè)置進(jìn)液區(qū)、集油槽、出水區(qū)，利用設(shè)置在罐內(nèi)的3個(gè)固定堰板，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溢油，由出水控制閥控制，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 脫氣罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 存在的問題

正常生產(chǎn)時(shí)兩臺(tái)水力旋流器出口化驗(yàn)值與脫氣罐出口排海值相差無(wú)幾，排海生產(chǎn)水含油濃度化驗(yàn)值近期持續(xù)偏高。即使打開脫氣罐集油槽出口管線上的閥門進(jìn)行排油，集油槽液位仍維持滿液位狀態(tài)。從罐頂連續(xù)排液，對(duì)比頂部樣及排海樣，結(jié)果顯示頂部與排海取樣化驗(yàn)數(shù)據(jù)基本相同。

初步分析為脫氣罐集油槽底部及水相堰板高度對(duì)于現(xiàn)有工況的生產(chǎn)水流通能力不足。后期開罐檢查發(fā)現(xiàn)集油槽底部焊縫腐蝕存在裂縫，導(dǎo)致集油槽與水腔連通失去收油功能。從內(nèi)壁液位痕跡明顯看出，進(jìn)水區(qū)液體越過2.6 m集油槽堰板，從2.7 m堰板上翻至出水區(qū)直接排海。

1.3 改造建議

整個(gè)罐內(nèi)壓力屬同一壓力體系，液位分布遵循U型管原理，三個(gè)堰板高度2.5/2.6/2.7 m。設(shè)浮油高度Xm，油層密度取0.85計(jì)算：0.85×X+2.6-X=2.5，油層厚度X值為0.66 m時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溢除浮油。結(jié)合現(xiàn)有工況來(lái)看，要在混合腔內(nèi)形成66 cm厚的浮油十分困難，并且由于集油槽底部通道流通能力不足，混合腔液位無(wú)法保持在2.6 m以下，大量生產(chǎn)水通過2.6 m的堰板直接流入集油槽導(dǎo)致集油槽漫灌，甚至翻越2.7 m堰板，脫氣罐失去除油功效。建議：對(duì)2.5 m堰板改造成可調(diào)堰板[1]，降低高度，提高液體通過能力，并采用手動(dòng)控制恢復(fù)除油功能；對(duì)油槽底部裂縫進(jìn)行補(bǔ)焊，并檢查2.7 m堰板底部是否也需要補(bǔ)焊，保證集油槽整體完整。

2 流通能力校核和水相堰板高度的計(jì)算

2.1 集油槽底部流通能力核算

兩臺(tái)生產(chǎn)水增壓泵系統(tǒng)處理量為500～625 m3/h，脫氣罐集油槽下部通道基本形狀為一弓形，中間為10 cm的排污管線。脫氣罐內(nèi)徑：3 040 mm，弓形通道頂部高度：200 mm；10 cm排油管線外徑：88.9 mm；計(jì)算出流通面積：0.184 495 m2。

使用淹沒孔口溢流計(jì)算公式進(jìn)行核算：

式中：μ為大孔口的流量系數(shù)；A為孔口面積(m2)；H1為上下游液位的差值(m)。

側(cè)邊收縮系數(shù)：0.85；水堰板高度：2.5 m；反算不同處理量下需要出進(jìn)水艙與水艙間的液位差如表1所示；反算不同處理量下需要的堰上水頭如表2 所示。

表1 反算不同處理量下需要出進(jìn)水艙與水艙間的液位差

表2 反算不同處理量下需要的堰上水頭

對(duì)脫氣罐中水堰板的流通能力進(jìn)行核算，以薄壁溢流堰[2]模型進(jìn)行核算，計(jì)算不同流量下所需要的堰上水頭：

式中：Q為流量(m3/s)；ε為側(cè)邊收縮系數(shù)為0.85；m為流量系數(shù)，依照有顯著的來(lái)水流速計(jì)算；b為堰板寬度(m)；g為重力加速度為9.81 m/s2；H2為堰上水頭(m)；P為水堰板高度(m)。

2.2 新堰板高度計(jì)算

由前面可知H1和H2，在油堰板高度不變化、水堰板寬度為2.1 m的基礎(chǔ)上，可得出不同流量下水堰板的高度，如表3所示。

表3 不同流量下需要水堰板設(shè)置的高度

經(jīng)過對(duì)脫氣罐核算后可知：脫氣罐的處理量在500～625 m3/h之間，同時(shí)考慮集油槽下部通道流通能力、水堰板堰上水頭的情況下，水堰板切割寬度為2.1 m，調(diào)節(jié)后的水堰板高度為2.429～ 2.380 m，才能保證生產(chǎn)水量流通需求。

3 實(shí)施改造及運(yùn)行測(cè)試

3.1 新堰板高度計(jì)算修復(fù)改造情況

結(jié)合計(jì)算數(shù)據(jù)，將出水腔堰板改造為高度可調(diào)式并修復(fù)腐蝕焊縫?，F(xiàn)在內(nèi)部數(shù)據(jù)為：出水腔堰板高度調(diào)節(jié)到2.3 m(內(nèi)部可調(diào)2.1～2.5 m)，集油槽溢油端高度2.6 m，遮擋端2.7 m。

3.2 除油功能運(yùn)行測(cè)試

出水腔堰板高度為2.3 m時(shí)，混合腔液位高度會(huì)一直保持在2.5～2.6 m，此種狀態(tài)下混合腔可以對(duì)生產(chǎn)水中的浮油進(jìn)行持續(xù)富集。目前正常工況下實(shí)際脫氣罐平均處理量為480 m3/h，通過關(guān)小水腔液位控制閥LV3033，提高混合腔液位，直到混合腔液位超過2.6 m進(jìn)行溢油，每次溢油時(shí)間5 min。測(cè)試數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 改造后脫氣罐除油數(shù)據(jù)

結(jié)論：從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，脫氣罐進(jìn)行出水腔堰板調(diào)節(jié)高度改造后，具備明顯的撇油能力，平均除油率提高約13%。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

4.1 改造成果

(1)通過實(shí)際運(yùn)行狀況和數(shù)據(jù)分析，得知脫氣罐失去撇油功能的影響因素為集油槽流通能力和水相堰板高度，并運(yùn)用水力學(xué)理論計(jì)算得出新的水相堰板高度。

(2)脫氣罐經(jīng)過內(nèi)部改造，且出水腔堰板調(diào)節(jié)到合適的高度后，采用定期手動(dòng)調(diào)節(jié)，具備明顯的除油能力，在正常生產(chǎn)排量下除油率提高13%。

(3)水相堰板安裝采用高度2.1～2.5 m可調(diào)形式，可適用于排量大范圍變化的工況，為后期油田增產(chǎn)提液提供保障。

4.2 推廣建議

(1)脫氣罐在實(shí)際正常運(yùn)行中，由于處理后的生產(chǎn)水含油濃度很低，進(jìn)水區(qū)油膜厚度小，很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)撇油功能，建議結(jié)合實(shí)際情況定期手動(dòng)控制精準(zhǔn)除油，提高除油效率。

(2)對(duì)于投產(chǎn)年限久、規(guī)模擴(kuò)大或產(chǎn)液量大幅提高的終端油田，要及時(shí)對(duì)生產(chǎn)水處理設(shè)備的能力進(jìn)行排查與核算，防止生產(chǎn)水排放不達(dá)標(biāo)。