斜板除油器除油效率下降原因分析及收油裝置改造實踐

田慶林，尹旭明，王偉銘，薛春芳，劉富有

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司工程建設(shè)中心 天津 300459； 2.海洋石油工程股份有限公司設(shè)計公司 天津 300459)

0 引 言

某海上采油平臺生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)由斜板除油器、氣浮選機、生產(chǎn)水緩沖罐、核桃殼過濾器等設(shè)備組成。斜板除油器日處理量為8640m3/d，設(shè)計壓力為650kPa，設(shè)計溫度為90℃，操作壓力為300kPa，操作溫度為50～65℃。斜板除油器處理能力為入口含油小于1000mg/L，出口含油小于100mg/L。目前油田運行工況為：處理生產(chǎn)污水總量1800m3/d，操作壓力320kPa，溫度51℃，入口污水含油200～250mg/L，出口含油140mg/L。

1 斜板除油器工作原理

斜板除油器采用重力分離技術(shù)進行油水分離[1]，內(nèi)部一般分為緩沖區(qū)、斜板區(qū)、清水區(qū)和污油室，穩(wěn)流后的污水由緩沖區(qū)進入斜板區(qū)，經(jīng)過波紋板處理后從底部進入清水區(qū)。斜板區(qū)設(shè)置了許多角度為45～60°的波紋板，波紋板通常由玻璃鋼制成，這種材料有良好的親油性，有利于在表面形成油膜，進而使油珠粒徑進一步增大[2]。經(jīng)過波紋板浮起的污油被收油槽收集流入污油室，再由污油室底部排放至外部污油罐完成污油回收。

2 運行效率下降原因分析及驗證

①現(xiàn)場人員經(jīng)過查閱近6個月的化驗數(shù)據(jù)記錄發(fā)現(xiàn)，斜板入口含油從未出現(xiàn)過大于1000mg/L的工況，排除了上游流程含油過高導(dǎo)致斜板除油器除油效果不佳的可能性。

②將污水系統(tǒng)化學(xué)藥劑送回做配伍實驗，實驗結(jié)果證明清水劑輔助除油效果良好，排除了藥劑選型錯誤的問題。

③廠家設(shè)計資料中收油液位高于現(xiàn)場實際操作液位1000mm左右，減去液位計顯示誤差，依然存在可觀的偏差，初步判斷收油槽擋板故障。

為了驗證以上分析結(jié)論，現(xiàn)場人員對斜板除油器隔離泄壓開蓋進行了檢查。打開入孔后發(fā)現(xiàn)斜板區(qū)上方收油槽聚集了大量稠油，收油槽已嚴(yán)重堵塞。

除此之外，對比圖1所示的設(shè)計構(gòu)造簡圖和圖2所示的實際構(gòu)造簡圖，收油槽和污油室的位置與高度均存在較大差異。經(jīng)過現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)，斜板除油器液位提升到3200mm左右后，斜板污油室先開始進液，再提高液位至3300mm左右后斜板區(qū)主收油槽才開始進液。這表明污油室擋板高度低于收油槽擋板高度，致使大量沒有經(jīng)過斜板區(qū)處理的污水先從混合區(qū)進入污油室，而斜板區(qū)收集的污油在此液位下，無法順利外排不斷堆積導(dǎo)致堵塞，收油槽功能基本失效，收油效率大幅下降，最終導(dǎo)致出口含油量增加。

圖1 斜板除油器設(shè)計構(gòu)造簡圖 Fig.1 Design structure drawing of corrugated plate interceptor

圖2 斜板除油器實際構(gòu)造簡圖 Fig.2 Real structure drawing of corrugated plate interceptor

隨著對斜板除油器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進一步研究，現(xiàn)場人員認(rèn)為清水區(qū)的生產(chǎn)水雖然已經(jīng)脫除了大部分的原油液滴，但長時間運行后污油依然會在頂部積聚，由于清水區(qū)上方未設(shè)置收油裝置，積聚的污油會導(dǎo)致清水二次污染，最終水相出口含油量逐漸增加。

由上述原因分析和驗證得出，導(dǎo)致斜板除油器出口含油量增加、除油效率下降有2個原因：

①斜板除油器內(nèi)部收油裝置布置方案與原設(shè)計方案不同，收油槽收油功能失效；

②斜板除油器清水區(qū)未設(shè)置收油裝置，清水區(qū)頂部污油逐漸積聚無法排除，使水區(qū)二次污染。

3 優(yōu)化改造實施及效果驗證

斜板除油器優(yōu)化改造分為兩部分：第一部分的改造目標(biāo)是降低收油槽擋板高度，使斜板區(qū)的污油優(yōu)先被收集進入收油槽；第二部分是增加清水區(qū)收油裝置，使現(xiàn)場人員可以定期手動對清水區(qū)頂部聚集的污油進行清理。

3.1 斜板除油器斜板區(qū)收油槽改造

經(jīng)過測量，收油槽擋板最上部與污油室擋板高度差為500mm左右，因此將收油槽擋板處收油口向下切割900mm，圖3展示了改造過程，圖4展示了收油槽改造成果。改造后斜板區(qū)的收油槽最低處的高度略低于緩沖區(qū)的收油槽高度，保證斜板區(qū)收油槽優(yōu)先進液，以便有效排出經(jīng)過波紋板處理后的污油，提高收油效率。

圖3 斜板區(qū)收油槽改造過程 Fig.3 Transformation process of oil collector tank in corrugated plate area

圖4 斜板區(qū)收油槽改造成果 Fig.4 Transformation result of oil collection tank in corrugated plate area

3.2 斜板除油器清水區(qū)新增收油裝置

清水區(qū)新增收油裝置針對斜板除油器水室無收油裝置的狀況進行設(shè)計和制作，圖5為收油裝置簡圖。收油裝置主要由收油槽、收油管線、傳動裝置、密封填料、外排管線等組成，將收油裝置固定在斜板除油器內(nèi)部清水區(qū)上方，出油管線向外引出至收油桶，現(xiàn)場人員需要對清水區(qū)收油時，將清水區(qū)液位提升到收油裝置收油高度即可收油。除此之外，還可以通過旋轉(zhuǎn)收油裝置上部螺紋，調(diào)整收油槽的高度，以便適應(yīng)不斷變化的生產(chǎn)工況。

圖5 清水區(qū)收油裝置簡圖 Fig.5 Drawing of oil collection device in clean water area

3.3 斜板除油器改造效果驗證

3.3.1 效果驗證一

斜板除油器改造完成后，在未投用清水區(qū)收油裝置的條件下，先對斜板區(qū)收油槽改造效果進行檢驗。連續(xù)一周化驗斜板除油器水相出口含油，從圖6含油曲線可見，出口平均含油從120mg/L降至80mg/L，出口含油明顯下降，收油效果得到顯著提高，收油槽改造效果良好。

圖6 未投用收油裝置時水相出口含油曲線圖 Fig.6 Oil content curve of water phase outlet without oil collection device

3.3.2 效果驗證二

將清水區(qū)收油裝置投入使用后，現(xiàn)場人員每日對清水區(qū)頂部進行收油，收油裝置出口取樣發(fā)現(xiàn)排出部分污油。

由圖7曲線可知，清水區(qū)收油裝置投用后，水相出口含油化驗數(shù)值明顯降低，出口含油由80mg/L左右降至40mg/L左右，且持續(xù)觀察數(shù)日數(shù)值穩(wěn)定，表明清水區(qū)收油裝置收油效果良好。

圖7 投用收油裝置后水相出口含油曲線圖 Fig.7 Oil content curve of water phase outlet with oil collection device

4 總 結(jié)

斜板除油器作為油田污水處理核心設(shè)備，處理污水能力的好壞將直接影響油田的產(chǎn)量[3]。隨著“零排放”標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)推進，海上油田生產(chǎn)污水處理指標(biāo)日漸嚴(yán)格，為保證“注好水、注夠水、精細(xì)注水”，油田對癥下藥，對生產(chǎn)污水處理流程中多個設(shè)備進行優(yōu)化改造，其中斜板除油器收油槽優(yōu)化改造和新增清水區(qū)收油裝置投入運行后均收效良好，有效降低了水相出口含油，解決了斜板除油器除油效率下降的難題，為其他油田提供了成功借鑒。■