海上采油平臺(tái)電脫水器及常見問題處理

劉佰森(中海石油(中國)有限公司秦皇島32-6作業(yè)公司，天津 300459)

0 引言

電脫水器是通過直流或交流電(或兩者的混合)所形成的電場強(qiáng)度使原油進(jìn)一步脫水，從而使原油含水降到0.5%以下的高效脫水電器設(shè)備，其脫水效果受溫度、壓力、原油性質(zhì)及電場強(qiáng)度等影響[1]。為了滿足生產(chǎn)對(duì)原油品質(zhì)的要求，必須加強(qiáng)電脫水器的應(yīng)用，采取有效的措施解決存在于電脫水器運(yùn)行過程中的不穩(wěn)定性因素[2]。

1 海上采油平臺(tái)電脫水器介紹

以Q油田P平臺(tái)為例，P平臺(tái)使用的是長江(揚(yáng)中)電脫鹽設(shè)備有限公司制造生產(chǎn)的智能響應(yīng)電脫水器，該電脫水器能根據(jù)原油乳化液的性質(zhì)自動(dòng)調(diào)整和優(yōu)化施加在原油乳化液上的電壓，使輸出的高壓更適合被處理原油的性質(zhì)，確保電脫水器的正常運(yùn)行和脫水效率。同時(shí)該電脫水器可以實(shí)現(xiàn)二次電壓的無極調(diào)整，即可根據(jù)現(xiàn)場需要將其輸出的二次電壓設(shè)定為0～25 kV內(nèi)的任意值，并且操作簡單在MCC就能完成，而目前海上部分平臺(tái)的電脫水器只能實(shí)現(xiàn)13 kV、16 kV、19 kV、22 kV、25 kV 5個(gè)固定電壓檔位的調(diào)換。

電脫水器內(nèi)沿罐體軸線方向依次垂直懸掛若干塊正負(fù)相間的電極板，通以半波整流的高壓電，正、負(fù)兩極同時(shí)引入罐內(nèi)，使垂直極板間上部形成直流強(qiáng)電場，下部為直流中電場，垂直電極板的下端與油水界面又形成交流弱電場。如圖1所示，原油、水、破乳劑組成的乳化液由下層水相進(jìn)入電脫水器，自下而上先后通過交流弱電場(脫除大水滴)、直流中電場(脫除較小的含鹽水滴)和直流強(qiáng)電場(脫除極小的水滴)。水滴在交流電場中，以偶極聚結(jié)和振蕩聚結(jié)為主；在直流電場中，以電泳聚結(jié)為主，偶極聚結(jié)為輔。

圖1 Q油田P平臺(tái)電脫水器電場分布圖

由于P平臺(tái)在投產(chǎn)初期主機(jī)耗油量不是太高，一臺(tái)電脫水器完全能夠滿足需求，投產(chǎn)初期使用電脫水器A，電脫水器B備用，二次電壓15 kV，運(yùn)行電流7.0 A左右，操作壓力可根據(jù)液量大小控制在700 KPa，溫度在105 ℃左右，出口原油化驗(yàn)含水小于0.3%。在燃油沉降罐液位穩(wěn)定(維持在4 500 mm左右)的情況下，燃油系統(tǒng)入口流量計(jì)每天的累計(jì)量在180 m3左右，即7.5 m3/h液體，按入口平均含水35%計(jì)算那么每小時(shí)處理油量為4.88 m3，除去通過燃油分離器水相去閉排的油量，估算進(jìn)入電脫的油量大概為3.5 m3/h，再減去通過電脫水相回流至二級(jí)的水中所含的原油量則進(jìn)入沉降罐的原油量大概為3 m3/h，一天72 m3左右，與主機(jī)的耗油量(大約50 m3/d)及平時(shí)原油日用罐和燃油沉降罐放殘情況基本吻合，燃油分離器出口含水按20%計(jì)算則電脫水器處理液量為4.375 m3/h，處理水量0.875 m3/h。通過一段時(shí)間的流程調(diào)整和參數(shù)優(yōu)化，電脫水器運(yùn)行狀態(tài)良好。

2 電脫水器的日常監(jiān)控

主要通過4個(gè)途徑對(duì)電脫水器運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，即中控壓力、溫度變送器、電脫電流、現(xiàn)場看窗觀察及化驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.1 看窗觀察

現(xiàn)場通過看窗放樣觀察，能夠了解電脫水器的油水界面位置及乳化情況。而穩(wěn)定的油水界面對(duì)電脫水器平穩(wěn)運(yùn)行十分關(guān)鍵。因?yàn)榻缑孢^高時(shí)，運(yùn)行電流較大，可能導(dǎo)致電脫短路甚至擊穿電極板；界面低時(shí)，根據(jù)電場強(qiáng)度公式E=U/d，界面越低，d值越大，電場強(qiáng)度就越弱，當(dāng)電脫不存在油水界面時(shí)d趨向于無窮大，那么底部弱電場的作用根本就發(fā)揮不出來。另外上游來液通過電脫底部的布液管線首先進(jìn)入水層，由于油滴在水中的上浮速度比水滴快，原油中攜帶的部分大水滴會(huì)直接停留在水層，從而起到一定的油水分離作用。另外，通過看窗觀察可以了解電脫水器的乳化情況從而采取藥劑調(diào)整及排乳化等措施保證電脫水器正常運(yùn)行。

2.2 電流監(jiān)控

電脫水器的電流也是一個(gè)十分重要的參數(shù)，平時(shí)所監(jiān)控的電流通過現(xiàn)場電流表能夠直觀的展示，主要是在弱電場中產(chǎn)生的，所以它能間接反映出油水界面的變化情況。當(dāng)油水界面低時(shí)，電流小；而界面高時(shí)，運(yùn)行電流大。另外乳化液增多運(yùn)行電流也相對(duì)增大。

2.3 化驗(yàn)數(shù)據(jù)

目前海上采油平臺(tái)每天都會(huì)對(duì)電脫水器的油相出口原油進(jìn)行化驗(yàn)，主要化驗(yàn)數(shù)據(jù)是含水和乳化。它能夠直觀的反映出電脫水器處理效果的好壞。

2.4 壓力、溫度變送器

電脫水器的壓力和溫度通過變送器直接傳入中控DCS系統(tǒng)，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究表明，在低溫以及常溫的狀態(tài)下，原油乳狀液粘度與溫度之間的關(guān)系與原油材料基本上相同，其穩(wěn)定性都會(huì)隨著溫度的升高而下降，這樣將對(duì)于脫水與集輸產(chǎn)生有利的影響。同時(shí)，由于脫水的溫度處于升高的狀態(tài)，這時(shí)油水混合液的粘度將會(huì)下降，油水的混合液流動(dòng)性進(jìn)而會(huì)增加，對(duì)于油水分離有著一定的促進(jìn)性作用[3]。

電脫水器壓力一旦出現(xiàn)大幅降低的情況，原油中存在的溶解性氣體將會(huì)大量析出，進(jìn)而導(dǎo)致電脫水器進(jìn)氣性問題的出現(xiàn)，對(duì)電脫水器運(yùn)行的穩(wěn)定性造成不利影響，甚至對(duì)人員設(shè)備安全都會(huì)造成威脅。相反一旦出現(xiàn)壓力過高的情況下，油水將很難有效的進(jìn)行分離。因此電脫水器壓力需要控制在合理的范圍內(nèi)。

3 電脫水器常見問題分析與處理

3.1 油品不合格

油品不合格將對(duì)原油外輸和平臺(tái)主機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行造成不利影響。遇到該問題，需要結(jié)合上下游流程實(shí)際情況以及設(shè)備本身全面排查，可能出現(xiàn)的問題及處理方法如下：

(1)油水界面較高。表現(xiàn)為電流較高，高位看窗放樣為白水或乳化，現(xiàn)場可以可開大水相出口閥門使水相盡可能多的回流從而降低油水界面。

(2)流程溫度降低。通過逐級(jí)排查各加熱器或換熱設(shè)備進(jìn)出口流體的溫度，判斷問題具體出現(xiàn)在哪一級(jí)設(shè)備，并采取相應(yīng)措施處理(檢查伴熱及提高加熱溫度設(shè)定值等)。

(3)藥劑問題。通知藥劑崗標(biāo)定藥劑，若下藥量不正常，及時(shí)調(diào)整為正常值，另外根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，通過聯(lián)系油田其他設(shè)施確認(rèn)電脫水器是否有類似情況出現(xiàn)，若有該情況，則仔細(xì)核對(duì)各設(shè)施的具體加藥時(shí)間和流程出現(xiàn)問題的時(shí)間是否一致，若一致則有可能是藥劑批次問題，需要及時(shí)更換藥劑。

(4)乳化嚴(yán)重?？创坝^察乳化嚴(yán)重，首先考慮標(biāo)定破乳劑注入量，同時(shí)適當(dāng)進(jìn)行注入量調(diào)整，觀察幾個(gè)小時(shí)進(jìn)行化驗(yàn)，若無效則進(jìn)行電脫排乳化操作，極端情況可將電脫水器排空重新投用。

(5)上游來液問題。聯(lián)系上游平臺(tái)確認(rèn)是否由于修井，調(diào)剖等作業(yè)導(dǎo)致異常流體進(jìn)入流程，如有，告知其減少異常流體的流量或者暫時(shí)停止進(jìn)液，并通過調(diào)節(jié)藥劑下藥量觀察流程是否好轉(zhuǎn)，同時(shí)可以通過將兩個(gè)電脫水器進(jìn)行串聯(lián)的方式增強(qiáng)脫水效果。

(6)上游分離器問題?；?yàn)生產(chǎn)分離器及燃油分離器油相出油原油含水，若某級(jí)含水異常，則重點(diǎn)排查該級(jí)設(shè)備問題并及時(shí)處理。

(7)上游換熱器管殼層互竄。換熱器管殼層互竄導(dǎo)致不合格原油竄進(jìn)了管層中的合格原油中，可通過從電脫水器出口管線上的原取樣點(diǎn)取樣化驗(yàn)，若化驗(yàn)合格則說明是此問題，可及時(shí)將合格原油導(dǎo)入換熱器的旁通流程；

(8)電脫水器本身故障導(dǎo)致脫水效果變差。通過倒運(yùn)備用電脫水器進(jìn)行驗(yàn)證，若是，則及時(shí)斷電報(bào)電氣部門維修。

3.2 電脫水器壓力波動(dòng)

當(dāng)電脫水器出現(xiàn)壓力波動(dòng)時(shí)不能單從設(shè)備本身找原因，因?yàn)樗膲毫χ饕怯善湎掠蔚膲毫φ{(diào)節(jié)閥控制并受上游的電脫供給泵影響。

(1)通知現(xiàn)場檢查電脫供給泵運(yùn)行狀態(tài)是否正常，有無異常聲響，如有可立即切換為備用泵；

(2)檢查電脫供給泵出口壓力調(diào)節(jié)閥的PID設(shè)定值有無被修改，同時(shí)通知現(xiàn)場對(duì)該閥門進(jìn)行測試，確認(rèn)有無卡滯現(xiàn)象，如有及時(shí)處理；

(3)檢查電脫水器下游壓力調(diào)節(jié)閥的 PID設(shè)定值有無被修改，同時(shí)通知現(xiàn)場對(duì)該閥門進(jìn)行測試，如有及時(shí)處理；

(4)確認(rèn)上游二級(jí)分離器界面，若界面較高，有可能使油相含水增加致使電脫供給泵出口壓力發(fā)生波動(dòng)(因?yàn)殡娒摴┙o泵為螺桿泵，輸油比輸水泵效好)，需立即降低二級(jí)分離器界面；

(5)二級(jí)分離器油相出口原油含氣較多。通知現(xiàn)場從取樣口觀察是否氣泡較多，若是則立即標(biāo)定消泡劑下藥量，并可適當(dāng)提高二級(jí)分離器消泡劑注入量；

(6)電脫壓力變送器故障。將PCS和ESD壓力變送器以及現(xiàn)場壓力表進(jìn)行對(duì)比，如是變送器問題及時(shí)通知儀表人員處理。

4 結(jié)語

電脫水器作為海上采油平臺(tái)原油脫水處理的最后一級(jí)設(shè)備，其處理效果的好壞對(duì)外輸原油的質(zhì)量和主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)有著直接影響。加強(qiáng)對(duì)電脫水器運(yùn)行過程中的參數(shù)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定因素并結(jié)和上下游流程全面分析，最終采取合理措施進(jìn)行處理，對(duì)保證電脫水器穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的意義。