電脫水器故障分析與解決措施

王 昊，鄭慶軍，王 鵬，張文平，成清林

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)分公司，天津 300452）

1 電脫水器的主要作用

伴隨著原油生產(chǎn)過(guò)程中開采難度的持續(xù)加大，采出液的主要成分變得越來(lái)越復(fù)雜，固有的原油脫水裝置進(jìn)行脫水操作的難度日漸增大。電脫水器屬于原油生產(chǎn)過(guò)程中脫水轉(zhuǎn)油系統(tǒng)聯(lián)合站點(diǎn)的一項(xiàng)主要生產(chǎn)裝備，主要負(fù)擔(dān)著把一段含水量低于25%的原油液體進(jìn)行電脫水操作，進(jìn)而輸出達(dá)標(biāo)的凈化油。如果電脫水器裝置在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障將會(huì)造成原油內(nèi)部含水量超標(biāo)的不利后果，甚至?xí)斐稍鸵后w不能向外輸送，大大增加了生產(chǎn)水處理系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)以及收油作業(yè)的任務(wù)量，對(duì)于平臺(tái)的平穩(wěn)和安全生產(chǎn)帶來(lái)了非常不利的影響。為此，保障電脫水器裝置的正常穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于確保凈化油的品質(zhì)以及平臺(tái)的穩(wěn)定和安全生產(chǎn)具有非常關(guān)鍵的實(shí)際意義[1]。

2 電脫水器裝置的主要工作原理

交直流電脫水器內(nèi)部設(shè)置有三個(gè)不同強(qiáng)度的電場(chǎng)：弱電場(chǎng)、中電場(chǎng)和強(qiáng)電場(chǎng)。當(dāng)原油和水組成的乳化液經(jīng)過(guò)熱沉降后，經(jīng)電脫水泵升壓后進(jìn)入電脫水罐體內(nèi)，乳化液在電脫水罐下部的水層進(jìn)入，對(duì)乳化液中的泥沙、固體顆粒等進(jìn)行沖洗，除去固體雜質(zhì)。這時(shí)的原油含有大量的水，導(dǎo)電率比較高，在電極板和油水界位之間設(shè)計(jì)一個(gè)弱電場(chǎng)，在這個(gè)弱電場(chǎng)中大部分水被脫除掉，這時(shí)乳化液的導(dǎo)電率已經(jīng)很低了。然后進(jìn)入電極板之間的強(qiáng)電場(chǎng)，小或更小的水滴受到更強(qiáng)的電場(chǎng)力，聚積成大水滴從原油中沉降出來(lái)，達(dá)到脫水目的。罐體內(nèi)部電場(chǎng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 罐體內(nèi)部電場(chǎng)結(jié)構(gòu)

3 項(xiàng)目的背景介紹

某石油平臺(tái)配備有一套電脫水器處理系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)原油的脫水操作，處理過(guò)的原油的含水率合格以后才可以下艙以及向外輸送。該裝置采用的變壓器裝置為交流的三相防爆變壓器，容量為80 kVA，具備三檔的可調(diào)電壓。該設(shè)備在巡檢過(guò)程中出現(xiàn)了電脫水器的變壓器三相電壓不平衡的情況，單相的最大電流是105 A。如果電脫水器的變壓器在此種狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間工作，就能造成變壓器裝置的溫度升高、噪聲以及振動(dòng)加劇，絕緣性能加快老化，最終將造成各種事故的頻繁發(fā)生，比如外部出現(xiàn)起火、放電、套管位置處閃絡(luò)等等。

4 使用過(guò)程中存在的問(wèn)題

2020 年6 月8 日，相關(guān)人員在巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)電脫水器裝置現(xiàn)場(chǎng)控制盤的一次側(cè)電壓表三相電壓數(shù)值不平衡，特別是C 相的電壓數(shù)值下降至100 V，一次電流的數(shù)值大幅度增大。按照以往經(jīng)驗(yàn)，對(duì)電脫水罐排空，并重新進(jìn)液。送電測(cè)試，三相電壓仍然不平衡，且電流值在100 A左右。此時(shí)需要停電對(duì)變壓器裝置進(jìn)行進(jìn)一步檢查。

首先將電脫變壓器高壓側(cè)油箱的變壓器油放空，拆除三相負(fù)載，對(duì)電脫變壓器分別做空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示三相電壓平衡，因此排除電脫變壓器故障的可能性。

分別測(cè)量電脫變壓器的三相高壓引入棒的對(duì)地電阻和絕緣，發(fā)現(xiàn)C 相對(duì)地電阻約為2 Ω，對(duì)地絕緣為零。故判斷電脫水器罐內(nèi)可能存在電極板脫落，或C 相高壓引入棒故障的可能性。無(wú)論是檢查電脫電極板的狀況，還是更換高壓引入棒，都需要對(duì)電脫水器罐開罐。平臺(tái)隨即組織相關(guān)技術(shù)人員實(shí)施電脫水器裝置的開蓋、清罐操作以及電氣系統(tǒng)的檢修。電脫水器裝置進(jìn)罐檢修操作的步驟如下：

（1）進(jìn)罐檢查，發(fā)現(xiàn)第三組電極板的絕緣吊掛，四個(gè)中有兩個(gè)腐蝕斷裂，導(dǎo)致電極板傾斜，與鄰近的負(fù)極搭接，故測(cè)量第3 組高壓引入棒的對(duì)地絕緣為零。其余未斷裂的絕緣吊掛以及高壓引入棒，均有不同程度的腐蝕。隨后工作人員將罐內(nèi)的12 根絕緣吊掛部件進(jìn)行了更換處理，并且為所有的螺釘以及圓鋼部位都增加了一個(gè)螺帽，將2 個(gè)螺帽緊固，防止下次出現(xiàn)螺帽在此位置脫落的情況發(fā)生[2]。罐內(nèi)電極板脫落及更換絕緣吊掛如圖2 所示。

圖2 罐內(nèi)電極板脫落

（2）在檢查高壓引入棒位置的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)C 相的高壓引入棒表面發(fā)生了明顯爬電情況，已經(jīng)在表面發(fā)現(xiàn)裂痕，隨后對(duì)3 根高壓引入棒以及相關(guān)的軟連接部件全部進(jìn)行更換處理。再次對(duì)更換后的高壓引入棒對(duì)地測(cè)量絕緣，測(cè)量絕緣均在正常范圍內(nèi)。

（3）完成了電脫變壓器高壓負(fù)載的接線，進(jìn)行變壓器油的加注操作，檢查完成以后對(duì)變壓器裝置進(jìn)行空載試驗(yàn)，三相電壓分別為400 V，電流為0 A。隨后生產(chǎn)專業(yè)完成對(duì)電脫水器罐進(jìn)水、排進(jìn)空氣、重新進(jìn)液的工作，在確認(rèn)電脫各個(gè)視窗無(wú)乳化液和水后，送電測(cè)試。電脫變壓器三相電壓均在400 V 左右，電流5.6 A，電脫變壓器三相電壓不平衡的問(wèn)題得到解決。

5 電脫水器常見故障原因及分析

5.1 電脫水器罐內(nèi)緊固件（螺栓及螺母）松動(dòng)掉落

導(dǎo)致電脫水器罐內(nèi)緊固件（螺栓及螺母）出現(xiàn)松動(dòng)掉落的原因是因?yàn)槠脚_(tái)是4 樁腿升降式插拔樁類型的可移動(dòng)式平臺(tái)，對(duì)比于固定型式的平臺(tái)擺動(dòng)幅度較大，特別是在遇到極端天氣的過(guò)程中，電脫水器罐內(nèi)的電極板擺動(dòng)幅度會(huì)非常大，因此導(dǎo)致電脫水器罐內(nèi)緊固件（螺栓及螺母）出現(xiàn)了松動(dòng)掉落的現(xiàn)象。

5.2 電脫水器絕緣吊掛出現(xiàn)腐蝕狀況

當(dāng)電脫水器絕緣吊掛出現(xiàn)腐蝕狀況時(shí)，可能存在化學(xué)藥劑腐蝕及油品腐蝕的情況。電脫水器絕緣吊掛工作周期通常狀況下是非常長(zhǎng)的，因?yàn)殡娒撍飨嚓P(guān)工程技術(shù)人員始終未能編制停產(chǎn)檢修相關(guān)計(jì)劃，導(dǎo)致到目前為止一直沒有更換電脫水器絕緣吊掛的情況發(fā)生。

5.3 電脫水器變壓裝置進(jìn)行空載短路相關(guān)試驗(yàn)

電脫水器相關(guān)工程技術(shù)人員進(jìn)行電脫水器變壓裝置空載短路試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)電脫水器變壓裝置及罐內(nèi)電極板是否能夠正常工作，空載試驗(yàn)指的是將電脫水器罐內(nèi)電極板、電極棒及變壓裝置三者進(jìn)行連接，在通常狀況下一次側(cè)三相電壓均在400 V，一次側(cè)電流數(shù)值非常微小，幾乎沒有產(chǎn)生電流。然而電脫水器變壓裝置在配電的過(guò)程中，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果和出現(xiàn)故障時(shí)相同。當(dāng)這種狀況出現(xiàn)時(shí)，將電脫水器罐內(nèi)電極板進(jìn)行接地處理，絕緣吊掛絕緣性能沒有滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)，導(dǎo)致電極板出現(xiàn)短接現(xiàn)象[3]。

5.4 油水界位過(guò)高影響電脫水器的使用壽命

電脫水器來(lái)液要求含水率在30%以內(nèi)，當(dāng)游離水脫除后含水原油含水不達(dá)標(biāo)，進(jìn)入電脫水器會(huì)造成電場(chǎng)極間導(dǎo)電率增加，放水量過(guò)大，放水不及時(shí)會(huì)造成油水界面過(guò)高水淹電極，引起電流升高現(xiàn)象。

電脫水罐內(nèi)的油水界位將成為電脫水器的“心臟”，在電脫水設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，這是因?yàn)橛退缥慌c電極之間形成了一個(gè)弱電場(chǎng)，在操作中，必須保持油水界位低于電極的高度，不過(guò)也不要使其過(guò)低，否則將影響夾帶油量。如果油水界位升高到電極區(qū)，電極就會(huì)發(fā)生短路，嚴(yán)重降低電脫水器變壓裝置的使用壽命。

6 針對(duì)電脫水器常見故障及問(wèn)題的解決措施

6.1 加速新型變壓器的采辦工作效率

電脫水器相關(guān)工程技術(shù)人員必須加快新型變壓器的采辦工作效率，在電脫水器的變壓裝置到貨以后，必須在第一時(shí)間實(shí)施安裝調(diào)試及應(yīng)用，其中施工技術(shù)人員已經(jīng)針對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)變壓裝置的安裝調(diào)試工作進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，督辦施工企業(yè)加速備料相關(guān)工作。

6.2 電脫水器相關(guān)事項(xiàng)的詳細(xì)評(píng)估

電脫水器相關(guān)工程技術(shù)人員對(duì)于電脫水器在石油挖掘開采作業(yè)的過(guò)程中，電脫水器相關(guān)生產(chǎn)制造廠家的技術(shù)人員針對(duì)電脫水器變壓器進(jìn)行全方位地評(píng)估，能夠在這種運(yùn)行狀態(tài)下減少運(yùn)行時(shí)間，把電壓檔調(diào)節(jié)至最低檔電壓（16 kV）進(jìn)行工作。

6.3 電脫水器變壓裝置控溫措施

此類電脫水器變壓裝置在工作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)油溫持續(xù)升高的狀況，然而此時(shí)正處在炎熱的夏季，電脫水器相關(guān)工程技術(shù)人員必須確保電脫水器變壓裝置在工作的過(guò)程中溫度不超過(guò)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于此類問(wèn)題采取以下三點(diǎn)措施：

（1）電脫水器變壓裝置頂部安裝遮陽(yáng)棚，避免由于陽(yáng)光直射導(dǎo)致溫度升高。

（2）給電脫水器變壓裝置安裝防爆型軸流風(fēng)機(jī)，針對(duì)電脫水器變壓裝置實(shí)施降溫及通風(fēng)。

（3）電脫水器相關(guān)工程技術(shù)人員必須對(duì)于電脫水器變壓裝置進(jìn)行定時(shí)的巡檢并且記錄相關(guān)重要的參數(shù)信息，一旦電脫水器變壓裝置的油溫不斷升高直到接近85.5℃時(shí)，電脫水器相關(guān)工程技術(shù)人員必須在第一時(shí)間對(duì)電脫水器變壓裝置的散熱片實(shí)施噴水降溫工作，假如溫度仍然持續(xù)升高，此時(shí)電脫水器變壓裝置必須立即停止運(yùn)行，觀察電脫水器變壓裝置油溫的變化情況，當(dāng)油溫降至60.5℃時(shí)再啟動(dòng)電脫水器變壓裝置使其進(jìn)行工作?，F(xiàn)階段電脫水器變壓裝置油溫始終保持在60.5～71.5℃區(qū)間范圍內(nèi)。

7 結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)階段電脫水器普遍存在的缺陷，電脫水器相關(guān)工程技術(shù)人員必須從源頭上徹底解決相關(guān)問(wèn)題，彌補(bǔ)電脫水器的產(chǎn)品質(zhì)量缺陷，針對(duì)電脫水器實(shí)施創(chuàng)新及技術(shù)改造，因?yàn)橄嚓P(guān)設(shè)備正處于生產(chǎn)作業(yè)的周期，基于施工的影響建議實(shí)施電脫水器的升級(jí)與技術(shù)改造。

依據(jù)平臺(tái)電脫及新型電脫水器變壓裝置的實(shí)際狀況，由相關(guān)電脫水器工程技術(shù)人員編制相關(guān)技術(shù)升級(jí)與改造方案見下述兩點(diǎn)：

（1）電脫水器相關(guān)工程技術(shù)人員可以將電脫水器的變壓裝置換成智能型直流防爆型變壓裝置，該裝置的優(yōu)點(diǎn)一般具有節(jié)能及降低能源損耗，電脫水器在日常運(yùn)行過(guò)程中依據(jù)流程的實(shí)際狀況自動(dòng)調(diào)整電壓級(jí)別，進(jìn)而達(dá)到最大限度地降低能耗的目的。

（2）電脫水器罐內(nèi)改造工作指的是相關(guān)電脫水器工程技術(shù)人員針對(duì)電脫水器罐內(nèi)的正、負(fù)極梁分別實(shí)施固定連接，并且針對(duì)極梁進(jìn)行斜拉筋加強(qiáng)固定，避免發(fā)生脫落現(xiàn)象。去掉電脫水器的負(fù)極梁和罐壁連接，使用絕緣附件與罐壁進(jìn)行連接，防止發(fā)生導(dǎo)通狀況。