某油田FPSO水力旋流器性能分析及影响因素评价

2015-07-27范怀勇朱一能陈小刚中海石油中国有限公司深圳分公司广东深圳518000

山东工业技术 2015年19期

范怀勇,朱一能,陈小刚（中海石油（中国）有限公司深圳分公司,广东　深圳　518000）

范怀勇,朱一能,陈小刚
（中海石油（中国）有限公司深圳分公司,广东深圳518000）

摘要：某油田FPSO的水利旋流器是油田污水处理系统的关键设备，关系到整个油田的生产运行。本文从介绍水力旋流器的基本结构和工作原理入手，对其涉及的影响因素逐一进行分析，并根据油田的实际生产状况，对突出的影响因素，如：水力旋流器的操作参数、平台的来液量、油田的油水性质以及平台来液的携沙量进行分析并归纳总结，掌握其规律，从而使水力旋流器实现最大最好的处理效果，保证油田生产的正常运行。

关键词：水力旋流器；分离性能；影响因素

0　背景

某油田FPSO污水处理系统中水力旋流器是最关键设备，所以更好的认识水力旋流器的设备性能及影响因素，对于我们海上的工作人员有着非常重要的意义。含油污水是一种量大又面广的污染源，人们一直努力研究开发分离效率高的油水分离设备。水力旋流器恰恰可以满足这种要求。

1　水力旋流器的基本结构和工作原理

（1）水力漩流器设备参数。水力漩流器FPSO-1＆2HC-3001A/ B。1）处理量：115770BFPD(每台)；2）尺寸：1118mm（I.D）×2500mm（每个）；3）设计参数：1100kPaG/130℃；4）操作参数：550kPaG/67℃。

（2）基本机构和工作原理。FPSO水力旋离器是由两组对称的旋流管组成，每组旋流管121根，对称分布。旋流管是由带双密封圈的特殊加工的锥形管组成，液体首先通过切线型入口进入锥形管的头部，流速从入口进入后转化成切线速度，运用相对运动原理在流体中就会产生一个离心力。当流体延锥型体部分向下游流动时，由于圆周半径越来越小，所以切线速度越来越大，从而离心力也逐渐增加，较重的水相受到较高的离心力，所以靠向旋流管的外端，而比较轻的颗粒，主要是油滴，则流向旋流管的中心。水相从管体的细端排出，被称为“底流及UNDERFLOW”。通过维持在底流上足够的回压，管体中心的油相就受到一个反作用力，被推向“溢流及OVERFLOW”口,高速旋转的流体产生的离心力较重力大数倍乃至数万倍。

2　水力旋流器的性能及影响因素

含油污水型旋流器的分离性能通常用分离效率ε表示,其定义如下:

ε=1-Cd/Ci

式中:Cd—底流中的含油量；Ci—进料中的含油量；ε的大小直接显示分离性能的高低，ε越大，分离性能越好。

（1）影响水力旋流器分离性能的内在因素。影响水力旋流器分离性能的因素许多，其中包括物料的性质、操作参数及结构形式等。而对于我们现场工作人员来说，设备的结构形式已经完全确定，无法改变，为能使设备更好的运行，我们需控制好物料的性质、操作参数，我们就从这两方面着重分析。

1）物料性质的影响。物料颗粒在旋流场中的沉降速度

式中：x——颗粒的大小；Δρ——密度差；μ——粘度。

物性常数值小的颗粒不仅沉降速度小，湍流对它的影响也很大，即使颗粒已经沉降了，很容易被卷起，对颗粒的分离影响比较大。水力旋流器所需的分离时间和进液中所含油滴的直径有直接关系。进液中油滴直径愈大,分离所需的时间越少，相反沉降速度越大。

2）操作参数的影响。操作参数包括进口压力pi、溢流压力po、底流压力pu和进口流量Qi、溢流流量Qo、底流流量Qu,

下面分别进行分析讨论：

①影响离心加速度的因素。离心加速度a=v2/r，由于v∝vi=4Qi/πD2，故：

由式（3）可以看出：增加Qi、减小D或Di都可以增大加速度，可以提高分离效率。

②影响旋流器内流体停留时间的因素。水力旋流器内流体停留时间。

从式（4）可知：加大D和L/D或减小Qi都能延长停留时间，使更小的颗粒完成沉降，从而提高分离效率，而我们开篇就以提到设备的参数是固定的，所以我们只能减小Qi来延长停留时间。但是，如前所述，减小Qi会显著地降低加速度，使颗粒沉降的驱动力下降。因此，如何掌握Qi的量便成为分离效率的关键。

FPSO的水力旋流器设计处理量约为11000桶/天,可是经过多年的生产经验告诉我们，当处理量超过80000桶时其分离效率便大打折扣，对于我们来说80000桶就是极限，所以我们生产过程中必须跟平台做好沟通，保证来液量保持在处理范围之内。

（2）影响水力旋流器性能的外在因素。1）含油污水的含油绝对值。我们说水力旋流器的分离效率越高分离性能越好，但是并不是说污水经过高效率的水力旋流器就能完全达到排放标准，这还得取决于含油污水的含油量。比如说分离效率ε=0.98，含油污水中的含油为2000ppm,那么经水力旋流器的污水其含油仍然高达40ppm，这显然达不到我们的排放标准。当然水力旋流器也没有那么高的分离效率。这就要求我们必须做好上游污水的分离工作，比如破乳剂、清水剂的合理使用，使从高压分离器出来的污水含油＜500ppm，这样经过水力旋流器的污水含油就会小于16ppm，达到排放标准；2）污水中的含砂。影响水力旋流器分离性能的很重要的因素——砂。砂，对于采油工业来说一直就是难于解决的问题，由于比重比较大在分离的过程中往往会沉积于管壁，久而久之甚至产生阻塞，严重影响水力旋流器的分离效果。由于砂的粒径非常小，如果加装滤网，那么滤孔必须更小，能否滤掉砂暂且不论（由于高压水流的携带，穿透力比较强），势必会对来液的压头造成不小的影响。为减小砂对水力旋流器分离性能的影响，一般运行12小时就要反洗一次，可是，对于砂的影响，暂时没有找到彻的解决方法，只能定期对其拆开清洗。