某FPSO新型溶氣浮選裝置故障分析及研究

呂長亮 謝濤 張向彬 曹貴 劉哲

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江，524057）

引言

某FPSO原有生產(chǎn)水處理系統(tǒng)包括兩個生產(chǎn)水艙、四臺生產(chǎn)水泵、兩套水力旋流器和生產(chǎn)水脫氣罐組成。來自原油處理系統(tǒng)的生產(chǎn)污水，首先進入生產(chǎn)水艙，生產(chǎn)水在生產(chǎn)水艙中依靠重力沉降進行初步處理，污油通過污油收集管進入污油艙；污水由生產(chǎn)水泵增壓后進入水力旋流器，利用油水的密度差進行油水旋流分離。分離出的油進入污油艙，水進入改性纖維球過濾器過濾分離進一步深度處理，之后進入生產(chǎn)水脫氣罐進行脫氣處理，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)水艙進行進一步處理。

在油田群中上游的諸多井口平臺的新井投產(chǎn)和提液增效的戰(zhàn)略背景下，F(xiàn)PSO原有的生產(chǎn)水處理系統(tǒng)處理能力達到極限，因此油田新裝一套氣浮選裝置[1]，通過引入后滌氣罐的燃料氣進入一級和二級氣浮罐來進行上浮攜帶油滴，實現(xiàn)除油的目的，從而來提高生產(chǎn)水處理能力。工藝流程上氣浮選的主要處理的生產(chǎn)水來自包括中、輕質(zhì)三個一級分離器，在采用串聯(lián)的運行模式下，生產(chǎn)水依次進入一級和二級氣浮罐，處理合格后與脫氣罐出口生產(chǎn)水混合排海。

氣浮選裝置自投用以來一直實行滿罐操作，運行穩(wěn)定。近段時間，設(shè)備出現(xiàn)二級氣浮罐液位下降、運行壓力上漲、處理量下降等問題，生產(chǎn)水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行受到影響。嚴重影響油田生產(chǎn)水排海效果，給油田安全生產(chǎn)和健康環(huán)保帶來了極大隱患。

1 二級罐液位不滿罐問題分析

1.1 容氣浮選裝置介紹

氣浮選裝置主要由兩個氣浮罐和相關(guān)水路、氣路和污油路的管線控制閥等組成，運行模式包括并聯(lián)和串聯(lián)兩種模式，串聯(lián)模式下來自三個一級分離器的生產(chǎn)水首先由一級氣浮罐的底部進入，同時燃料氣作為氣浮氣在入口處經(jīng)過氣泡發(fā)生器與生產(chǎn)水混合一同進入一級氣浮罐，在管線前段設(shè)計有化學(xué)藥劑注入管線。生產(chǎn)水在氣泡上浮攜帶的作用下使得污油在上部聚集，污油和氣浮氣從上部出口排出至氣液分離筒，經(jīng)過兩相分離后氣體通過放空管線至閉排，污油等液體排放至污油左艙。而經(jīng)過一級氣浮罐處理后的生產(chǎn)水從一級氣浮罐底部流出，同樣與經(jīng)過氣泡發(fā)生器的氣浮氣混合進入二級氣浮罐，污油和氣浮氣從上部排出與一級排出的氣液回合一同進入氣液分離筒，處理合格的生產(chǎn)水直接排海，不合格則可倒回生產(chǎn)水艙。生產(chǎn)水的進行出口和一二級罐污油管線均安裝有控制閥分別控制流量和壓力。

一二級氣浮罐內(nèi)部完全相同，內(nèi)部存在一個混合內(nèi)腔，生產(chǎn)水和氣浮氣混合斜向進入氣浮罐的混合內(nèi)腔，油相在上部過濾板處聚集，由上部管線排出，干凈的生產(chǎn)水則溢流至水相環(huán)形外腔由底部管線排出，同時罐頂裝有安全閥作為超壓保護。

圖1 新型溶氣氣浮選裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 氣浮罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 采用因果鏈和思維導(dǎo)圖的方法分析故障節(jié)點

由上面的介紹可知氣浮裝置的所有關(guān)鍵節(jié)點，通過因果鏈和思維導(dǎo)圖的方法可得出如下分析結(jié)果：

圖3 二級氣浮罐不滿罐原因思維導(dǎo)圖

2 故障節(jié)點的驗證和解決辦法

2.1 針對分析的故障節(jié)點進行實際驗證

經(jīng)過系統(tǒng)的分析過后決定，按照從簡單到復(fù)雜、從外部管線到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原則，將可能的故障節(jié)點[2]按照排查方法進行歸類，然后進行逐一排查驗證。

(1) 液位計故障：先后多次對二級氣浮罐液位計進行清洗，未發(fā)現(xiàn)異常。之后協(xié)調(diào)儀表部門對液位計進行詳細拆卸檢查后，徹底排除液位計本身故障的原因。

(2) 流量、壓力等參數(shù)的影響：測試首先將進口流量與現(xiàn)場實際流量計進行的對比，確保流量在正常值，同時保證兩個罐壓力位置為正常設(shè)定值，進而排除總進口流量和兩個壓力罐壓力參數(shù)的影響。

為了進一步驗證二級罐進口流量的影響，將進水方式改為單獨進二級罐的模式，保證相同流量單獨進入二級罐，從未排除了二級罐進口流量過小的原因。

(3) 氣體影響：因初期安裝的遺留問題，二級氣體流量計一直未安裝，氣體流量計故障的節(jié)點自然排除。因此，為驗證氣體對氣浮罐的影響，首先將氣源壓力調(diào)整至正常值，按照進氣閥門開度100%、50%、0%進行測試。實驗結(jié)果表明，閥門開度即使降低至全關(guān)的情況下，二級液位基本無明顯變化依舊不滿罐，從而排除了由于氣浮氣量過大引起不滿罐的原因。

此外，通過調(diào)取三個一級分離器的氣路壓力控制閥開度記錄曲線可知，氣浮選故障發(fā)生前后三個一分的壓力控制閥開度無明顯增大，油田燃料氣流量計記錄也為發(fā)現(xiàn)氣量明顯增大，從而排除三個一分去氣浮選的生產(chǎn)水中溶解氣量增大的原因。

(4) 一級污油路和污油艙背壓的影響：為進一步排查二級罐進口流量和二級污油路背壓的影響，將一級罐污油路全關(guān)，打開安全閥的旁通，使得一級罐的污油和氣體單獨從安全閥旁通管線排出，同時將污油左艙的艙壓控制在正常值，測試結(jié)果二級仍然不滿罐，從而排除一級污油路及背壓的影響。

(5) 二級污油路堵塞影響：將二級罐污油路全關(guān)，打開安全閥的旁通，使得二級罐的污油和氣體單獨從安全閥旁通管線排除，一級罐的污油和氣正常走污油管線和分離筒流程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣路去閉排的液位有明顯上漲，去污油左艙管線明顯發(fā)熱有流體經(jīng)過，說明二級去污油管線以及分離筒至閉排和污油艙路無堵塞。

結(jié)合以上驗證分析，充分證明不是不是二級罐本身以外的部件出現(xiàn)問題（上部出口直至下游管線、氣路管線和氣量、液位計、流量和壓力等參數(shù)）導(dǎo)致的不滿罐現(xiàn)象。最終問題聚焦在二級罐本身內(nèi)部。

二級罐內(nèi)部有兩種可能，一是上部濾網(wǎng)堵塞，二是內(nèi)腔人孔泄露導(dǎo)致氣體直接進入外腔。驗證內(nèi)腔人孔需要進行開罐檢查，而驗證濾網(wǎng)堵塞只需從罐體上部拆開小口徑法蘭即可，因此首先采取拆卸頂部小法蘭，用內(nèi)窺鏡觀察上部濾網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)嚴重臟堵。

2.2 采取的解決方法

為了徹底解決氣浮選二級罐濾網(wǎng)臟堵的問題，同時進一步檢查罐體內(nèi)部腔體人孔的狀況，工藝部門決定對二級氣浮罐進行開罐清洗。

經(jīng)過隔離、泄放排空和惰化合格后，機械部門完成對二級氣浮罐的開罐，發(fā)現(xiàn)內(nèi)腔人孔狀態(tài)完好，自此完全確認濾網(wǎng)臟堵是二級氣浮罐不滿罐的主要原因。之后工藝部門對濾網(wǎng)進行了徹底細致的清洗，恢復(fù)二級氣浮罐的人孔及附件，再次惰化合格后進行測試，最后恢復(fù)投用，氣浮設(shè)備各項參數(shù)恢復(fù)正常。

3 技術(shù)成果與推廣建議

3.1 技術(shù)成果

(1) 充分運用頭腦風(fēng)暴、因果鏈分析和思維導(dǎo)圖等科學(xué)的分析方法來解決油田現(xiàn)場在生產(chǎn)過程中遇到的實際問題；

(2) 針對分析的結(jié)果按照從簡單到復(fù)雜、從外部管線到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原則，將可能的故障節(jié)點按照排查方法進行歸類，然后進行逐一排查驗證，便于理清思路，提高排查效率；

(3) 在8小時的連續(xù)工作中，油田員工運用自制的專用清洗工具，高效完成對故障氣浮選處理罐的開罐清洗，使得氣浮設(shè)備各項參數(shù)恢復(fù)正常，成功消除影響生產(chǎn)水處理效果的隱患。

3.2 推廣建議

(1) 充分發(fā)揮技師在油田現(xiàn)場解決問題的重要作用，同時開展頭腦風(fēng)暴、因果鏈分析和思維導(dǎo)圖等科學(xué)的分析方法的培訓(xùn)普及；

(2) 針對分析的結(jié)果要結(jié)合實際進行總結(jié)歸納，制定合理高效的驗證排查方法；

(3) 針對氣浮選裝置要制定相應(yīng)的反洗操作規(guī)程，減輕或消除內(nèi)部油泥附著造成的臟堵，延長運行時間從而改善排海效果，保障油田的健康、安全、環(huán)保的生產(chǎn)