油田水处理剂生产装置扩能改造及研究

唐世旺

（中海油能源发展股份有限公司采油技术服务公司，天津塘沽300452）

油田水处理剂生产装置扩能改造及研究

唐世旺

（中海油能源发展股份有限公司采油技术服务公司，天津塘沽300452）

根据现有水处理剂生产装置的生产情况，确定造成产量不足的“瓶颈”设备，增加部分设备，制定改造方案，扩大水处理药剂生产能力，缩短药剂供应周期，缓解生产压力，保证海上平台正常供料。

合成釜；产能；改造；节能

1 概述

作为海上用于油田油气水处理主要的化学药剂，水处理药剂特别是清水剂的供应至关重要，直接影响到原油处理量、生产水处理效果和回注水水质。随着海上平台的不断投产、油田开采的延续，各油田产水量越来越多，水处理药剂需求量相应的也越来越大。目前生产中心的水处理药剂生产装置于2002年投入使用，随着药剂需求量的逐渐增加，药剂合成釜的运转时间越来越长，并逐渐成为化学药剂生产瓶颈，海上药剂供应周期越来越短，供货压力也越来越大，水处理剂生产装置改造工作势在必行。2009年，油田化学生产中心对水处理剂生产装置进行了扩能改造，将原有1m3釜扩成3m3釜，并将1m3釜进行改造，大大提高了油田化学生产中心水处理剂的产能，解决了水处理剂的供货紧张问题。

2 水处理剂生产装置现状

图1是水处理剂生产装置工艺流程图，从图1可以看出：水处理剂车间在用的主要生产设备包括1m3合成釜，2m3合成釜，5m3复配釜三个设备，其中1m3合成釜和2m3合成釜用来化学药剂合成，合成后的半成品被移到5m3复配釜内进行复配，但由于部分清水剂1#（使用2方釜）合成反应后，需要“熟化”过程，之后才能进入5m3复配釜，“熟化”过程需要时间较长，平均下来每天只能生产1釜（5t左右），其余时间5m3复配釜处于不饱和运转状态，而当前清水剂1#需求量很大，为此每月需要生产30天左右才能满足海上需求。如果海上出现油井酸化或新油井投产等特殊作业造成海上油气水处理流程波动时必然会加大药剂用量，造成清水剂供不应求，直接影响到原油生产量，造成严重后果。

如果要达到扩能目的，必须打破当前的设备“瓶颈”，即增加新合成釜，使之与5m3复配釜匹配，不仅能够提高合成中间体产量，同时可以充分利用5m3复配釜，提高其利用率。

3 水处理剂生产装置改造方案

3.1 设备的选型

参考生产中心在用合成反应釜，本着与其它设备匹配的原则，预计将来可能出现的化工原材料类型和实际生产需要，本次改造根据几个重点考虑因素对设备及各部件进行了选型：

3.1.1 釜体材质

此釜用于有机中间体的制造，根据原材料及生产过程要求合成釜具备耐酸碱，耐温差急变性和耐机械冲击性强的特点，釜体材质选择为搪玻璃。

3.1.2 体积

根据实际生产需求，同时考虑到要与5m3复配釜匹配，选择合成釜体积为3m3。

3.1.3 搅拌装置的选型（包括搅拌器、传动装置及搅拌轴的选型）

搅拌器的选型主要从以下几方面进行考虑：（1）保证从反应器壁或浸入式热交换装置到反应混合物能有高的给热系数。（2）具有显著的搅拌效果。（3）搅拌所消耗的能量应尽可能小。

表1 常用搅拌器选型对照表

依照表1，结合研发过程以及我们所生产水处理剂的特性，我们选择的搅拌器如下：

（1）形式：锚式。（2）尺寸：搅拌器直径 dj=(2/3～9/10)Di；桨叶宽度 b=(0.07～0.1)dj；h=(0.5～1.0)dj。（3）固定方式：与浆式类似，浆叶之间用螺栓连接。（4）材料：扁钢。

传动装置的选择：（1）根据产品粘度和产品研发时搅拌速度，选择电机转速为：1440r/min。（2）减速机要求选择电动机及配套的减速机，由于产品为高粘度（最高动力粘度26000 Pa.s），故选择摆线针齿行星减速机：减速比87～9，转速16～160r/min，功率0.6～30KW，其特点是传动效率高，结构紧凑，拆装方便，寿命长，承载能力高，工作平稳，允许正反转。此合成釜选择使用大减速比减速机：1：17，搅拌转速：85r/min，功率5.5KW。（3）搅拌轴的选择：搅拌轴工作时，主要受扭转、弯曲和冲击作用，故轴的材质应有足够的强度、刚度和韧性。同时结合化学生产时需要耐腐蚀，故此选搅拌轴的材质为45#钢，外附搪瓷。（4）为满足不同产品的生产要求，同时起到节能减排的效果，我们在新合成釜增加了变频控制。

由于清水剂1#原材料粘度较大（最高动力粘度26000 Pa.s），我们让变频器运行至65Hz，频率提高了1/3，相应地电机转速也提高了30%，节约反应时间，提高工作效率，让反应更充分，提高了产品质量；针对粘度较低的反应物料，若电机仍工频运行，势必浪费电能，造成不必要的消耗，因而我们采用降低转速的方式，降低转速，将变频器的频率运行至35-40Hz之间，可以起到节能的作用。

3.1.4 夹套类型的选择

根据产品研发部门提供的产品研发实验时的反应条件，正常情况下生产时的釜压在0.1MPa以下，最高温度在100℃以下，以下表2是各种夹套的使用范围。

表2 几种夹套的使用范围

在釜体积较小时采用整体夹套的形式具备很多优点，更能均匀地保温，增加换热面积，换热效果好，同时从表2可以看出，低压状态下可以满足生产使用，参照类似设备选型情况，我们采用整体夹套中最常用的典型结构，即圆筒的一部分和下封头包有夹套。

3.1.5 合成釜密封装置的选型

由于在合成釜内存在化学反应，反应过程中存在着气体和液体，而釜用机械密封采用垂直于轴的两个密封元件相互贴合（依靠介质压力或弹性力），并作相对运动达到密封效果，适用于气体和液体介质，可以保持设备内的压力（或真空度），防止反应物料逸出和杂质渗入，故合成釜选用机械密封。转轴转速高，搅拌轴采用活动联轴器（对半结构）连接于传动轴上，方便搅拌轴与传动轴间拆装，机械密封采用短轴联轴器（使用于所选用的摆线针轮减速机）。

3.2 设备的布置

考虑到水处理剂车间空间以及公用工程管线的连接，同时考虑新釜与原有设备连接方便等因素，我们对设备的摆放采取如下方式：

1）拆除原有1m3釜及相应配套设施。2）改造平台，并将1m3釜移到酯化釜和原1m3釜之间。3）对原有1m3釜位置平台进行改造，安装新3m3搪玻璃釜及相应配套设施，原1m3釜自控设施全部安装到新3m3搪玻璃釜，1m3釜改为手动操作。4）3m3搪玻璃釜釜底口径可以与5m3釜实现对接。

3.3 改造后设备的分工

1）将3m3釜替代1m3釜用来合成清水剂1#；2）将2m3釜替代原来的1m3釜合成其它的化学药剂；3）1m3釜改成手动后，用于产品简单复配。

4 改造效果

表3 改造前后产量对比表（以专门用3m3釜生产清水剂1#为例）

4.1 从以上表3可以看出，改造后清水剂1#的产量比改造前提高了一倍，夏季配方日产量甚至超过一倍；

4.2 合成釜扩能后，5m3复配釜的利用率大大提高；

4.3 变频器的使用，使电机转速下降30%，节电率可达25左右，而且提高了功率因数，减少了无功消耗，据不完全统计，每年可以节约用电5000KW.h，达到节能减排的效果。

4.4 充分使用旧设备附属设施（仪表、气动阀等），实现设备设施的废旧立新，实现设备设施利用率最大化；

4.5 原有1m3合成釜通过手动控制可以用来生产简单复配产品，有效地利用了设备资源；

4.6 从实际运行情况来看，人员的频繁加班状况也得到缓解。

总之，改造后的水处理剂生产装置已经运行半年有余，通过运行效果观察，达到甚至超过预期效果，满足当前清水剂1#供应需求，基本解决了海上药剂供应紧张状况，缩短了药剂供应周期，并为实现产品全面自主化提供了重要条件。

［1］史子瑾.聚合反应工程基础[M]，北京：化学工业出版社，2004.

［2］吴忠智，吴加林.变频器应用手册[M]，北京：机械工业出版社，2007.

［3］《化工厂机械手册》编辑委员会.化工厂机械手册——化工设备的维护检修[M].化学工业出版社，1993.

10.3969/j.issn.1008-1267.2010.05.013

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1008-1267（2010）05-037-03

2010-04-09

唐世旺（1973-），男，工程师，设备监督，1997年毕业于河北工业大学化工工艺专业，天津理工大学在读硕士，主要从事化工生产以及化工机电仪设备改造维修与维护保养工作。