FPSO閉排污油水治理實(shí)踐

張寧，趙威，梁波，王繼彬，校衛(wèi)偉，孟凡君

（中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司，天津 300452）

渤海某油田采用“FPSO+井口平臺(tái)”的工程模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)。井口平臺(tái)產(chǎn)出原油經(jīng)海管立管匯集到FPSO 進(jìn)行處理，合格原油經(jīng)穿梭油輪輸送到煉油廠，處理合格的生產(chǎn)水通過(guò)注水井回注地層。

FPSO 上閉排系統(tǒng)是油氣處理流程中的關(guān)鍵設(shè)備，由一個(gè)閉排罐、兩臺(tái)雙螺桿泵和閉排管線組成。原油脫水或生產(chǎn)水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污油水通過(guò)閉排管線進(jìn)入閉排罐，經(jīng)過(guò)閉排泵加壓后將污油水輸送至工藝水艙內(nèi)重力沉降，最后使用轉(zhuǎn)液泵將工藝水艙中分離出的污油部分可以輸送到原油處理系統(tǒng)進(jìn)行回?zé)捥幚韀1]。

工藝水艙內(nèi)污油水多為O/W 型乳狀含油污水，這種乳狀液狀態(tài)穩(wěn)定，含有各種固體雜質(zhì)、浮油、分散油、乳化油以及溶解油等污染成分[2]。這些污油水受到藥劑、機(jī)械雜質(zhì)、膠質(zhì)瀝青質(zhì)、細(xì)菌、空氣、循環(huán)剪切等因素影響形成乳化狀態(tài)穩(wěn)定的老化油，導(dǎo)致工藝水艙內(nèi)的污油水無(wú)法返流程處理。

1 FPSO 閉排系統(tǒng)基本介紹和面臨問(wèn)題

閉排系統(tǒng)通過(guò)閉排罐、閉排泵、閉排管線將生產(chǎn)和公用系統(tǒng)中帶壓排放的氣液棍合物進(jìn)行收集處理，并進(jìn)行氣液分離，分離出的氣體去火炬系統(tǒng)，分離出的含水污油通過(guò)閉排泵加壓進(jìn)入工藝水艙[3]，見(jiàn)圖1。

圖1 閉排系統(tǒng)流程

1.1 閉排系統(tǒng)面臨問(wèn)題

工藝水艙接收的污油水成分復(fù)雜，包含環(huán)烷酸鹽、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、聚合物、化學(xué)藥劑、污泥等機(jī)械雜質(zhì)[4]。閉排系統(tǒng)產(chǎn)生污油水直接進(jìn)入工藝水艙后，在大風(fēng)天氣引起的晃動(dòng)下，形成的老化油集中在工藝水艙內(nèi)，以油-水中間過(guò)渡層等形式存在，打回流程后，占用了分離器、電脫水器等脫水設(shè)備的有效容積，降低了原油脫水設(shè)備的利用率，其次，增大了原油沉降脫水的難度，影響原油電脫水器的安全運(yùn)行及其脫水效果，甚至出現(xiàn)電場(chǎng)不穩(wěn)定和垮電場(chǎng)的現(xiàn)象，使電脫水器無(wú)法運(yùn)行[5]。

2 原因排查及分析

為了確認(rèn)閉排系統(tǒng)進(jìn)入工藝水艙的污油水是生成老化油的原因之一，分別對(duì)閉排泵出口污油水和工藝水艙中的污油水進(jìn)行取樣，模擬在船體搖晃的條件下，觀察乳化的情況[6]。

通過(guò)對(duì)模擬船體搖晃條件下閉排出口污油水乳化分析，發(fā)現(xiàn)閉排產(chǎn)生的污油水在船體搖晃的情況下乳化基本穩(wěn)定，沒(méi)有隨著搖晃時(shí)間增加而增加；而對(duì)模擬船體搖晃條件下工藝水艙中污油水乳化分析，工藝水艙中的污油水在船體搖晃的情況下，乳化隨著搖晃時(shí)間的增加而增加。說(shuō)明閉排產(chǎn)生的污油水在與其他工藝水艙接收的污油水混合后導(dǎo)致污油水穩(wěn)定性增加，油水難以分離，在大風(fēng)天氣引起晃動(dòng)下，形成的老化油集中工藝水艙內(nèi)，以油-水中間過(guò)渡層等形式存在。

表1 模擬船體搖晃條件下閉排出口污油水乳化情況

表2 模擬船體搖晃條件下工藝水艙中污油水乳化情況

3 改造方案論證和實(shí)施

根據(jù)以上的分析，可以看出造成工藝水艙污油水難以處理的根本原因是閉排系統(tǒng)產(chǎn)生的污油水和其他工藝水艙接收的污油水混合。接下來(lái)就是考慮如何對(duì)流程進(jìn)行適當(dāng)改造了，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)研和討論分析，如果把閉排系統(tǒng)污油水直接轉(zhuǎn)至原油處理流程，不僅可以避免各類污油水相互混合產(chǎn)生反應(yīng)，還可以減少污油水對(duì)艙容空間的占用問(wèn)題。

3.1 閉排系統(tǒng)產(chǎn)生的污油水對(duì)原油流程的影響

為了了解閉排系統(tǒng)產(chǎn)生的污油水直接進(jìn)流程對(duì)處理系統(tǒng)造成的影響，需要對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)。提前將閉排系統(tǒng)產(chǎn)生的污油水收集到污油罐中，通過(guò)臨時(shí)泵將污油水打入原油處理流程，測(cè)試流程的變化。

表3 閉排系統(tǒng)污油水直接回流程試驗(yàn)

通過(guò)試驗(yàn)可以知道原油處理系統(tǒng)在處理污油水量在90 m3·h-1以下時(shí)，水相出口含油和油相出口含水都略微上漲，但都在接受范圍內(nèi)；處理污油水量達(dá)到90 m3·h-1時(shí)，原油處理系統(tǒng)迅速紊亂，電脫水器出現(xiàn)垮電場(chǎng)情況。

3.2 新增第三臺(tái)閉排泵

FPSO 共兩臺(tái)閉排泵，采用一用一備工作模式，泵類型是雙螺桿泵，最大排量70 m3·h-1，出口壓力只有200 kPa。而原油處理流程操作壓力400 kPa，目前的兩臺(tái)雙螺桿閉排泵明顯不滿足需求。

針對(duì)FPSO 閉排使用工況及其閉排介質(zhì)大多情況為油水混合物及伴生氣，同時(shí)閉排系統(tǒng)來(lái)液量不穩(wěn)定等特點(diǎn)，結(jié)合多級(jí)離心泵相關(guān)特性，新增閉排泵可以通過(guò)選型使用多級(jí)離心泵搭配FV 流量控制閥以滿足閉排系統(tǒng)介質(zhì)輸送的需求。

在以往海洋工程的常規(guī)設(shè)計(jì)中，閉排系統(tǒng)一直采用臥式離心泵作為流體外輸?shù)闹饕ぞ?，離心泵具有很好的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性，以及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)[6]。多級(jí)離心泵通過(guò)利用葉輪的旋轉(zhuǎn)，使介質(zhì)產(chǎn)生離心力這個(gè)原理進(jìn)行工作的。啟動(dòng)前的離心泵，泵殼和吸水管捏需要充滿水，在啟動(dòng)電機(jī)后，使泵軸帶動(dòng)葉輪做高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，介質(zhì)由于離心力被甩向葉輪外緣，最終進(jìn)入壓水管路。在葉輪的中心處，由于離心力的作用形成真空，在大氣壓力的作用下吸水池中的介質(zhì)壓入泵殼內(nèi)。不停轉(zhuǎn)動(dòng)地葉輪使得介質(zhì)在葉輪的作用下不斷地流入與流出，從而達(dá)到了輸送介質(zhì)的目的[7]。

搭配的FV流量控制閥可以控制污油水處理量，根據(jù)原油處理流程的空間及工況，調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度，達(dá)到最大程度減少對(duì)原油處理流程的影響[8]。

表4 多級(jí)離心泵閉排泵參數(shù)

表5 配套防爆變頻電機(jī)參數(shù)

3.3 閉排流程改造

圖2 多級(jí)離心泵性能曲線

在原有閉排泵入口增加一個(gè)三通，引出一路管線增加球閥，并在新增第三臺(tái)泵入口低點(diǎn)處，增加低點(diǎn)排放閥門[9]。在距離原閉排罐15 m 左右安裝新增的第三臺(tái)閉排泵，泵出口一路連接到原油處理流程，另外一路和原來(lái)閉排系統(tǒng)去工藝水艙的管線相連[10]。

圖3 閉排流程改造

4 效益和影響分析

通過(guò)閉排系統(tǒng)改造，成功解決了閉排系統(tǒng)產(chǎn)生污油水進(jìn)入工藝水艙后，導(dǎo)致工藝水艙內(nèi)污油水無(wú)法返回流程處理的問(wèn)題。

1）閉排系統(tǒng)每天產(chǎn)生200 m3左右污油水全部進(jìn)入原油處理流程處理，節(jié)省了工藝水艙艙容，保證了FPSO 艙容安全性。

2）避免了不同來(lái)源的污油水在工藝水艙中摻混導(dǎo)致成分復(fù)雜的乳化油的生成，工藝水艙內(nèi)污油水含油量大幅降低，油-水中間過(guò)渡層從1 m 降低到0.5 m，產(chǎn)生老化油量大幅減少。

3）并新增了第三臺(tái)閉排泵提高了閉排系統(tǒng)的安全可靠性，增加了系統(tǒng)故障冗余程度[11]。