原油沉降罐油水界面控制的研究

張依弛

(北京興油工程項(xiàng)目管理有限公司 北京 100000）

1 沉降罐結(jié)構(gòu)與工作原理

原油沉降罐分為罐體、進(jìn)液管、中心匯管和配液管，集油槽，出液管，出油管等結(jié)構(gòu)。

原油沉降罐主要是依靠油水密度不同和下部水層的水洗作用以及上部原油中水滴的沉降作用使油水分離。油水混合物經(jīng)配液管中心匯管和輻射狀配液管流入沉降罐，當(dāng)油水混合物向上通過(guò)水層時(shí)，由于水的表面張力較大，使原油中破乳后粒徑較大的水滴與親水固體雜物進(jìn)入水層，水洗過(guò)程至沉降罐中部油水界面處終止。由于水洗過(guò)程中原油含水量減少，原油從油水界面處沿罐截面向上緩慢流動(dòng)。在此期間細(xì)小水滴逐漸從原油中沉降到管底。當(dāng)原油上升到沉降罐上部液面時(shí)，其含水率已大大減少。沉降后的原油經(jīng)收油裝置收集后由出油管排出。分離出的污水沉降到罐底由出液管排出[1]。

2 油水界面對(duì)原油處理效果的影響

當(dāng)油水界面過(guò)低時(shí)，油層厚度過(guò)高，水洗層所占區(qū)域很淺。這就導(dǎo)致含水原油的沉降時(shí)間和距離大幅度降低，沉降罐的有效容積不足。為保證沉降罐沉降時(shí)間和除油效率符合要求，要降低待處理原油的注入速度，被動(dòng)地使處理時(shí)間增加，導(dǎo)致沉降罐處理量大幅度降低，造成沉降罐空間利用不足。

當(dāng)油水界面過(guò)高，雖然此時(shí)沉降層厚度滿足要求，但是翻油槽距離水層過(guò)近，且由于油水兩層間存在過(guò)渡帶[2]，一旦過(guò)渡帶高度超過(guò)翻油槽，油水混合物會(huì)從溢流口流出，造成溢流口原油含水率超標(biāo)，影響脫水效果。

因此可以看出，油水界面對(duì)于沉降罐的處理量和脫水效果有很大的影響。在滿足脫水要求的前提下，為提高處理量，將油水界面控制在合理且準(zhǔn)確的位置是十分必要的。

3 油水界面調(diào)節(jié)儀

3.1 油水界面調(diào)節(jié)儀結(jié)構(gòu)

根據(jù)沉降罐工作原理，在沉降罐外壁增設(shè)油水界面調(diào)節(jié)儀以精確調(diào)整油水界面高度，保證其處于合理位置，以達(dá)到最佳脫水效果，示意圖如下圖所示。油水界面調(diào)節(jié)儀由油水界面平衡管8、出水調(diào)節(jié)器7和出水管9組成。通過(guò)調(diào)節(jié)出水管9的出水流速，控制出水調(diào)節(jié)器7中水面高度從而精確調(diào)節(jié)控制罐內(nèi)油水界面高度。

圖1 立式沉降罐平面圖

3.2 油水界面調(diào)節(jié)儀原理

油水界面調(diào)節(jié)儀原理為U型管連通器原理。即沉降罐與罐內(nèi)集水管線、調(diào)節(jié)器以及污水出水管線可以抽象成一個(gè)U型管連通器。其抽象圖如下所示。

圖2 儲(chǔ)罐抽象示意圖

根據(jù)連通器原理，在同一大氣壓力下，沉降罐內(nèi)油水的總壓強(qiáng)與出水調(diào)節(jié)器內(nèi)水壓強(qiáng)相等。且當(dāng)罐體固定時(shí)，油層高度與水層高度固定，為集油槽高度。公式如下：

可以得到油水界面高度Hw與出水調(diào)節(jié)器高度h的關(guān)系：

式中

ρw-水層密度，kg/m3；ρo-油層密度，kg/m3

可以看出，油水界面高度與出口調(diào)節(jié)器高度呈線性關(guān)系。在原油物性和罐體結(jié)構(gòu)確定時(shí)，可得到不同油水界面高度所對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)器內(nèi)水面高度，從而實(shí)現(xiàn)油水界面的精準(zhǔn)控制。

3.3 油水界面調(diào)節(jié)儀操作

當(dāng)需調(diào)低油水界面時(shí)，操作前計(jì)算出對(duì)應(yīng)的出水調(diào)節(jié)器水位高度。調(diào)快出水管的流速，使調(diào)節(jié)器中液面下降，此時(shí)為保持壓強(qiáng)相等，罐底污水通過(guò)平衡管壓至調(diào)節(jié)器中，油水界面下降。反復(fù)數(shù)次，使操作器內(nèi)液面保持在計(jì)算所得位置。

當(dāng)需調(diào)高油水界面時(shí)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)器水位高度。調(diào)慢出水管的流速，使出水調(diào)節(jié)器中液面上升，此時(shí)為保持壓強(qiáng)相等，調(diào)節(jié)器中水反壓回罐底，增加水層厚度至所需位置。

4 油水界面調(diào)節(jié)儀對(duì)沉降罐處理量的影響

油水界面的高度會(huì)直接影響含油污水可在沉降罐進(jìn)行水洗的區(qū)域體積，即沉降罐的有效容積。結(jié)合公式（3），可得到出口調(diào)節(jié)器高度對(duì)有效容積的影響情況如下。

為保證沉降罐除油率，水驅(qū)自然沉降罐的沉降時(shí)間不低于20個(gè)小時(shí)。因此沉降罐需根據(jù)進(jìn)油量的不同，調(diào)節(jié)罐的油水界面高度，以滿足不同處理量時(shí)的所需容積。

在有效容積滿足需要的條件下，可得到不同處理量時(shí)，油水界面及出口調(diào)節(jié)器所需要的高度如下：

式中：ρw-水層密度，kg/m3；ρo油層密度，kg/m3；D-沉降罐內(nèi)壁直徑，m；G-含油污水處理量，kg/天；t-沉降時(shí)間，h

因此，可以通過(guò)控制出口調(diào)節(jié)器的高度，實(shí)現(xiàn)沉降罐有效容積的實(shí)時(shí)調(diào)整，以滿足在不同來(lái)液流量下原油脫水的需求。

5 結(jié)論

通過(guò)在沉降罐外壁增設(shè)油水界面調(diào)節(jié)儀，可實(shí)現(xiàn)利用出口調(diào)節(jié)器線性精確調(diào)節(jié)油水界面高度，使其保持在合理位置。且可對(duì)沉降罐有效容積進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足不同工況下原油處理的要求。