浅析某FPSO注水缓冲罐高液位预控措施

万泊宏(中海石油(中国)有限公司秦皇岛32-6/渤中作业公司，天津 300459)

1 工艺流程现状分析

来自井口平台的物流经海底管道输送至FPSO进行处理。FPSO原油工艺流程脱出的生产污水经水工艺舱T-301A/B、气浮选器、核桃壳滤器处理合格后，进入注水缓冲罐，再由注水增压泵输送至井口平台完成回注。注水缓冲罐T-401尺寸为6000 mm*5000 mm*5100 mm，容积132方，操作压力5kpa，液位低低1000 mm，无液位高高保护。当罐内液位超过4500 mm时会通过16寸管线溢流，汇入下舱总管进一级水工艺舱T-301A，正常生产时其液位一般维持在3000 mm至4000 mm之间。

注水缓冲罐T-401日常操作压力为微正压，随着油田开发时间延长，采取大泵提液、油田增注等措施保障产量，随之而来的是油田生产水量的大幅增加，进而导致原油工艺系统一级分离器和二级分离器下舱水量增多，但受限于下舱管线过流能力，背压不断上升，进一步导致注水缓冲罐T-401液位超过4500 mm时无法溢流进入T-301A，甚至下舱总管的液体会反压至注水缓冲罐T-401，造成其液位上升，一方面存在冒罐风险，另一方面注水缓冲罐内的水质也受到污染。因此采取临时措施，关闭注水缓冲罐T-401溢流回舱管线上的阀门，但同时也失去了一道保护功能，增加了注水缓冲罐的冒罐风险。

在日常生产操作过程中我们观察到，如果核桃壳正处于反洗或者注水缓冲罐T-401处于收油等高液位状态时，出现三级生产关断及注水增压泵P-401关停等紧急情况，中控需要关小上游生产水泵P-301出口阀降低注水缓冲罐T-401液位，防止出现冒罐。但是此操作方式会有延迟，主要是因为生产水增压泵P-302泵仍在运转，注水缓冲罐T-401液位短时间内仍将快速上涨，因此，需要将注水缓冲罐入口管线的旁通阀门(回流至T-301A)打开以降低注水缓冲罐T-401液位。同样受限于下舱总管的过液能力，经过现场验证，此操作仍然不能快速有效降低注水缓冲罐T-401液位。此外，如果需要降低下舱总管线的背压，中控需要将一级分离器下舱水自动调节阀门的开度手动控制在60%以下，此操作会导致一级分离器油相液位升高，进而可能触发三级生产关断。综上，在发生三级生产关断及注水增压泵P-401泵突然停泵的情况下，注水缓冲罐T-401有发生冒罐的风险较高。

易导致注水缓冲罐T-401冒罐的风险情况分析：

(1)注水泵突然关停(自身故障、分级卸载、三级关断等)，特别是注水缓冲罐T-401高液位收油时关停；

(2)平台注水关停，中控未及时调整上游生产水泵P-301出口开度；

(3)注水泵增压泵出口液位自动控制阀门LV-7411故障全关；

(4)生产水泵增压泵P-302出口自动控制阀门LV-7301(控制气浮液位)故障全开(该故障情况发生过)；

(5)核桃壳滤器反洗完毕后未及时手动关小生产水泵P-301出口开度；

(6)溢流回舱管线阀门未关时，一级分离器水室放空时，大量气体进入下舱水总管，将液体反顶进入注水缓冲罐T-401；

(7)注水缓冲罐T-401液位上涨至4500 mm以上中控人员未及时发现并调整。

注水缓冲罐T-401冒罐风险及后果分析：由于罐内水温达到72 ℃左右，顶部有较多浮油，发生冒罐可能造成人员烫伤以及造成甲板污染，严重时甚至有原油入海风险。

在目前没有液位高高保护及溢流回舱流程情况下，一旦发生上述情况，就可能造成冒罐，后果较为严重。

2 注水缓冲罐防冒罐优化思路

有效降低T-401液位方法及防冒罐处理分析：

(1)考虑通过对核桃壳控制程序进行优化，当注水缓冲罐T-401液位达到4500m异常情况时，现场核桃壳反洗泵自动启动(图1)，该泵排量230方/时，并设置一套核桃壳滤器的过滤进出口阀关闭，反洗进出口阀打开(图2)，反洗流程跳过搅拌过程直接进入反洗状态，程序设置成高级别优先进入，以避免被其他核桃壳滤器的反洗影响；

(2)目前注水缓冲罐T-401只有液位高报警，超过4300 mm以后直至冒罐没有报警提醒，因此考虑增加一个液位高高紧急报警(不触发关断)再次提醒中控操作人员，及时采取措施避免冒罐；

图1 反洗泵出口

图2 反洗进出口

(3)在发生应急情况中控操作人员来不及采取措施、以及中控人员未注意到液位过高时，考虑通过控制系统将流程关键节点的自动阀进行自动干预，即在T-401液位到达4500 mm(4770 mm即开始冒罐)，系统自动将P-301泵出口阀、P-302泵出口阀关至5%，同时给出紧急报警通知，中控操作人员再根据T-401液位手动调节以上两个节点阀门开度，保证水系统正常运行；

(4)如果T-401处于高液位无法通过自动启动反洗泵经过核桃壳进污油舱流程，无法有效降低液位的话可以考虑工艺管线改造，将核桃壳泵P-303出口增加管线连接至核桃壳反洗管线出口，此方案由于涉及管线改造施工成本较高，将根据第1条验证结果再决定是否实施。

3 可行性分析

通过以上对风险情况额分析以及针对性地进行了思路优化，严谨的工艺专业与维修专业讨论得出以上方案在技术上可以实现，并确定了基本技术路线。(图3)注水缓冲罐T-401液位超过4500 mm后，P-301泵出口自动阀LV-7301和P-302泵出口自动阀LV-7331由自动模式到手动模式，并且设定开度为5%，给出报警提醒后，中控人员再根据注水缓冲罐T-401实际液位进行手动控制。由于LV-7301平时即为手动控制，中控根据实际情况将其开度恢复，将LV-7331恢复自动即可。在注水缓冲罐T-401液位计上安装控制反洗泵的液位开关，当液位高于4500 mm时反洗泵启动，并现场将一台核桃壳进入反洗状态跳过搅拌过程，过滤进出口阀关闭，反洗进口阀打开，同时该核桃壳的程序不受其他罐影响，且级别高于其他罐优先进入。

图3 基本技术路线

4 风险分析及预控措施

虽然经综合讨论得出以上可行性分析，但是设备操控仍不可轻视，还是要考虑到后续可能出现的问题，并做好预防措施，确保注水缓冲罐在失去溢流功能后能基本保持液位稳定。根据实际情况做好风险评估和预防控制措施，具体如下：

(1)泵出口憋压。由于生产水泵P-301及生产水增压泵P-302均为离心泵，可以短时间内进行憋压，并且阀门留有一定开度，短时间内不会对泵体造成机械损坏；

(2)LV-7331关小后，可能会导致气浮液位不断上涨甚至罐顶溢流。在优化过程中进行试验，摸索出较为合理的开度，避免气浮罐顶溢流；

(3)LV-7301、LV-7331自动关小后，中控人员未及时进行控制，导致注水缓冲罐T-401液位低，注水关停。在LV-7301、LV-7331关小后，仪表给出至少五个紧急报警，提醒操作人员及时干预调整。此外，由于T-401有液位低保护，不会造成注水泵损坏。此外，改造后一定做好交接班，更改相关操作程序并进行内部培训，此外做好生产工艺流程变更管理。

5 结语

通过实施以上一系列措施，取得了良好的主动保护效果，确保了注水缓冲罐在失去溢流功能后能基本保持液位稳定，消除了注水缓冲罐冒罐的风险，并有效保障了FPSO水工艺流程的稳定运行。同时，现场操作人员也在被动防护方面采取了相应措施，将注水缓冲罐T-401罐顶的透气管线通过简易改造下降高度，并在管口下方设置防溢油槽，即使主动保护失效，也可防止含油污水污染甲板。