乙二醇再生裝置中離心機的設(shè)計與應(yīng)用

趙迎濤， 楊 勇， 李春輝

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司， 廣東 深圳 518000）

0 引言

在深海氣田開發(fā)中，向海管內(nèi)注入乙二醇是防治水合物的一種有效手段。為了降低氣田開發(fā)成本，乙二醇的再生利用成為了水下生產(chǎn)系統(tǒng)運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。乙二醇再生裝置（MEG RECOVERY UNIT）包括預(yù)閃蒸、預(yù)處理、脫水再生及脫鹽四個單元，可依次除去富乙二醇中的輕烴、CO2、腐蝕雜質(zhì)、部分水和鹽[2]。在脫鹽再生階段，為了盡可能地提高乙二醇的回收率，設(shè)置有一套離心機系統(tǒng)，將脫鹽再生系統(tǒng)來的鹽泥進行固液分離，從而能夠循環(huán)利用乙二醇溶液，減少生產(chǎn)作業(yè)中化學(xué)藥劑的消耗量。

1 工藝流程

脫鹽系統(tǒng)主要接收來自上游（脫水原）的貧乙二醇溶液，通過降壓、升溫，使來液中的乙二醇和水從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，從溶液中分離，從而達到凈化的目的。溶液中的鹽則逐步達到過飽和狀態(tài)，形成鹽泥，沉積在系統(tǒng)最底部的鹽罐中。當鹽罐中鹽泥密度達到設(shè)定值之后，通過鹽泵將鹽泥輸送至離心機進行固液分離。離心出的乙二醇重新回到脫鹽單元，實現(xiàn)對乙二醇的回收目標。分離出的鹽顆粒則在重力作用下排放至離心機下方的鹽溶解罐，在罐中重新溶解，排至生產(chǎn)水處理系統(tǒng)[3]。脫鹽及離心機工藝流程如圖1 所示。

圖1 脫鹽及離心機工藝流程示意圖

2 離心機概述

乙二醇再生裝置中離心機多選用垂直籃式濾器。含乙二醇的鹽泥進入離心機后，通過高速離心力的作用下，使乙二醇溶液和鹽顆粒分開。乙二醇直接通過籃式離心機設(shè)置的內(nèi)部和外部濾布后，進入脫鹽系統(tǒng)，鹽顆粒則在離心力的作用下均勻分布在籃式離心機的內(nèi)部濾布上。通過電機驅(qū)動刮刀的進退，將鹽顆粒刮落，掉入到鹽溶解罐中，從而實現(xiàn)離心機對鹽泥的間歇分離[4]。通過程序控制，生產(chǎn)水可對離心機內(nèi)部進行自動清洗。圖2 所示為離心機控制人機界面（HMI）。

圖2 離心機HMI

2.1 功能簡介

2.1.1 離心機自檢功能

離心機在進行生產(chǎn)或者清洗前，需要完成一系列的自檢過程，主要包括鎖緊蓋子、密封性檢查、含氧分析儀自檢、吹掃、繼續(xù)吹掃和再吹掃等步驟。每一步合格后，方能繼續(xù)進行下一步驟。

2.1.2 離心機運轉(zhuǎn)

離心機接收來自一價鹽系統(tǒng)鹽罐中的鹽泥，通過離心作用，將含有一定量的乙二醇的離心濾液回收至鹽罐中。最后，將鹽餅排放至鹽溶解罐，溶解后排放至生產(chǎn)水處理系統(tǒng)。

2.1.3 自清洗

離心機具有自動清洗功能。在離心機生產(chǎn)結(jié)束后，可以選擇CIP 模式，離心機自動清洗附著在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的鹽顆粒。清洗液來自再生塔回流水。清洗后的液體全部排放至鹽溶解罐，最后進入生產(chǎn)水處理。

2.2 控制邏輯

離心機啟動設(shè)有三個模式，分別為乙二醇再生裝置的LCP 遠程自動模式、離心機現(xiàn)場LCP 就地自動模式和主開關(guān)間HMI 手動模式[5]。在遠程自動模式下，離心機可以在乙二醇再生裝置LCP 的邏輯控制下，完成所有功能步驟，無需人為干預(yù)操作，控制過程可在HMI 上進行實時監(jiān)控。圖3 為離心機自動模式控制下的邏輯圖。

圖3 離心機自動模式控制邏輯圖

2.3 安全技術(shù)特性

2.3.1 多種振動監(jiān)測設(shè)計

為了保證離心機在運行過程中振動處于可控范圍，設(shè)計了Softwire 監(jiān)測保護系統(tǒng)和冗余的Hardwire監(jiān)測保護系統(tǒng)。Softwire 監(jiān)測保護系統(tǒng)通過設(shè)置在主軸承上的軸系儀表對離心機振動進行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)收集，當振動達到40 mm/s 時，只提供報警，為high報警；當振動達到60 mm/s 時，提供報警，同時轉(zhuǎn)速降至預(yù)先設(shè)置的轉(zhuǎn)速，為high high 報警；當振動達到70 mm/s 時，提供報警同時關(guān)停離心機，為high high high trip 報警；冗余Hardwire 監(jiān)測保護系統(tǒng)如圖4 所示，通過輸出數(shù)字信號對離心機進行控制。

圖4 離心機Hardwire 監(jiān)測保護系統(tǒng)

2.3.2 啟動互鎖開關(guān)及蓋子關(guān)閉檢測

離心機頂部有個D 形狀的蓋子可以打開。通過7個夾子和1 個氣動開關(guān)將活動端鎖住，氣動開關(guān)通過2 個電磁閥實現(xiàn)開關(guān)轉(zhuǎn)換。當蓋子為打開狀態(tài)時，離心機無法啟動，離心機啟動中該閥始終處于關(guān)閉狀態(tài)。

2.3.3 鹽顆粒厚度物理監(jiān)測開關(guān)

離心機內(nèi)部設(shè)置有鹽顆粒厚度監(jiān)測開關(guān)，如圖5所示。當鹽顆粒積累到一定厚度后，將與厚度檢測開關(guān)接觸，旋轉(zhuǎn)的離心機將帶動厚度監(jiān)測開關(guān)動作，從而干擾觸發(fā)停止進料信號，以保證離心機的正常運行。

圖5 鹽顆粒厚度監(jiān)測開關(guān)

2.3.4 從內(nèi)至外的防腐設(shè)計

為了保證離心機的穩(wěn)定性和使用壽命，針對高溶解鹽的腐蝕特性，全套裝置采用高強度、耐腐蝕性更好的雙相不銹鋼材質(zhì)，而防止鹽泥通過的濾衣骨架則采用耐腐蝕效果更好的超級雙相不銹鋼材質(zhì)。同時，為了盡可能減少離心機和脫鹽系統(tǒng)的腐蝕，離心機配備了一套N2吹掃系統(tǒng)和含氧分析儀，以盡可能減少離心機內(nèi)部的含氧量，保證回收的乙二醇中含氧量在允許范圍之內(nèi)。

2.3.5 先進的含氧分析儀自檢系統(tǒng)

含氧分析儀設(shè)置在離心機放空管線上，對離心機內(nèi)的放空氣體進行實時監(jiān)測，從而獲得離心機內(nèi)的含氧量。為了保證含氧分析儀的可靠性，含氧分析儀配置了一套先進的自檢系統(tǒng)，自檢系統(tǒng)將在離心機啟動前和離心機連續(xù)運行24 h 時自動運行。自檢系統(tǒng)啟動時，含氧分析儀探頭將從管道中自動抽出至檢測室，再分別向檢測室通入N2和儀表氣，對其進行低含氧量（φ（O2）＜1%）和高含氧量（φ（O2）＞19%）的檢測，每個值能穩(wěn)定5 s 為測試合格[10]。若測試不通過，將無法啟動離心機，或者離心機將報警停止運行。

2.4 離心機故障分析及解決措施

2.4.1 離心機啟機后氧含量高

初始吹掃主要是利用N2將離心機內(nèi)的φ（O2）降低至5%以下，同時，需要滿足吹掃時間＞60 s，吹掃體積＞3 倍離心機體積，并且含氧量降低過程，時間不超過600 s。初始吹掃完成后，離心機主馬達啟動。當馬達啟動后，含氧分析儀檢測到含氧量逐步上升，超過8%時，發(fā)生高報關(guān)斷，從而進入再吹掃階段。再吹掃階段中需要在600 s 內(nèi)將含氧量降低至2%，方可不停機。在運行過程中不能成功將含氧量降低，主要原因在于離心機吹掃的N2管線由頂部進入，放空閥也是從頂部引出。N2的密度比O2密度小，在底部會聚集一定的O2而無法吹掃干凈。當主電機啟動時，攪動內(nèi)部氣體，從而使φ（O2）上升至8%以上?，F(xiàn)場檢查無外漏現(xiàn)象，因此，進行如下修改試驗，最終采用了試驗二的修改方案。

實驗一：將再吹掃指標從2%修改為4%后，可以完成再吹掃過程。

實驗二：將初始吹掃指標從5%修改為3%，測試發(fā)現(xiàn)，主馬達剛啟動時氧含量上升但不會報警，隨后氧含量一直處于下降趨勢。

2.4.2 進料期間易發(fā)生離心機振動高報警

為了解決進料時離心機振動高報警，現(xiàn)場收集了離心機在加料最低轉(zhuǎn)速為200 r/min 時，不同進料速度下對應(yīng)的離心機振動數(shù)據(jù)，如表1 所示。

表1 離心機運行實測數(shù)據(jù)

在保障離心機正常運行的前提下，相同啟停密度和離心機轉(zhuǎn)速下，加料速度為3.5 m3/h、加料時間600 s 時，離心機效率最高。同時，解決了進料時離心機振動問題。

2.4.3 自動閥門故障卡滯

離心機相關(guān)流程上共設(shè)計有21 個自動閥門，在調(diào)試和運行過程中，自動閥門出現(xiàn)了開關(guān)故障、反饋異常、HMI 與現(xiàn)場不一致等現(xiàn)象。經(jīng)過現(xiàn)場測試和維修，分析為閥門反饋開關(guān)與閥芯脫落、儀表氣壓力偏低以及銹蝕等問題，需要定期對閥門和儀表進行預(yù)防性維護，并加強閥門執(zhí)行機構(gòu)的防腐保養(yǎng)。

2.4.4 含氧分析儀故障

含氧分析儀具有自檢功能，活動部件較多，由于長期處于海上惡劣環(huán)境中，導(dǎo)致含氧分析儀出現(xiàn)密封件性能下降、檢測室內(nèi)竄氣、壓力開關(guān)未能及時監(jiān)測到壓力、探針無法全部進入檢測室和動作時間超時等一系列故障。為了解決上述問題，對含氧分析儀檢測室墊片進行材質(zhì)優(yōu)選、程序優(yōu)化、延長檢測及反饋時間（由3 s 提高至5 s）以及適當優(yōu)化PCV 設(shè)點等，增加測試旁通功能。在含氧分析儀自檢故障期間旁通測試功能，直接進入監(jiān)測功能，保留含氧分析儀監(jiān)測數(shù)據(jù)報警及關(guān)斷功能，以確保離心機可以安全正常運轉(zhuǎn)，徹底解決了含氧分析儀故障。

3 實際運行情況

目前，在國內(nèi)南海海域已經(jīng)有2 套成熟的帶脫鹽單元的乙二醇回收裝置，在該裝置中均采用了離心機提高乙二醇的回收率。近幾年的運行數(shù)據(jù)表明，各項工藝指標均達到設(shè)計要求。以其中1 套乙二醇回收裝置實測數(shù)據(jù)為例，該裝置平均每天回收約75 000 kg乙二醇，離心機可提高約1%的回收率，回收量將達到750 kg/d，全年可產(chǎn)生經(jīng)濟效益300 余萬元。

3.1 有效降低外排生物毒性

某平臺生產(chǎn)初期，離心機一直處于故障停機狀態(tài)，鹽罐排鹽一直采用無離心機流程，由于鹽泥中含有乙二醇，導(dǎo)致初期外排生產(chǎn)水的生物毒性一直較高。為了保證生物毒性合格，平臺將鹽泥排放至廢鹽罐，送往陸地進行處理。離心機投用后，鹽罐排鹽采用有離心機流程，外排水中化學(xué)藥劑含量較之前采用離心機旁通時，降低了63.7 倍。

3.2 增加了乙二醇的回收率

離心機因故障未投用時，由于鹽泥經(jīng)鹽溶解罐溶解后進入生產(chǎn)水處理系統(tǒng)，經(jīng)處理后直接外排，鹽泥中混合的乙二醇無法回收，造成了化學(xué)藥劑的浪費，增加了化學(xué)藥劑費用。離心機投用后，鹽泥經(jīng)離心機處理后，干鹽餅排放至鹽溶解罐進入下游，離心出的液體返回鹽罐，鹽泥中的乙二醇被回收。MRU 脫鹽系統(tǒng)乙二醇的單元回收率顯著提高，從原來的94%提高到98%。

4 結(jié)論

本文對籃式離心機在乙二醇回收裝置中的原理、安全技術(shù)特性等多方面的設(shè)計和操作進行了闡述，實踐證明，在乙二醇回收裝置中運用離心機，可以顯著提高乙二醇的回收率效果、可靠性、安全性、自動化和經(jīng)濟效益。