斜板除油器除油效率下降原因分析及收油装置改造实践

田庆林，尹旭明，王伟铭，薛春芳，刘富有

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司工程建设中心 天津 300459； 2.海洋石油工程股份有限公司设计公司 天津 300459)

0 引 言

某海上采油平台生产污水处理系统由斜板除油器、气浮选机、生产水缓冲罐、核桃壳过滤器等设备组成。斜板除油器日处理量为8640m3/d，设计压力为650kPa，设计温度为90℃，操作压力为300kPa，操作温度为50～65℃。斜板除油器处理能力为入口含油小于1000mg/L，出口含油小于100mg/L。目前油田运行工况为：处理生产污水总量1800m3/d，操作压力320kPa，温度51℃，入口污水含油200～250mg/L，出口含油140mg/L。

1 斜板除油器工作原理

斜板除油器采用重力分离技术进行油水分离[1]，内部一般分为缓冲区、斜板区、清水区和污油室，稳流后的污水由缓冲区进入斜板区，经过波纹板处理后从底部进入清水区。斜板区设置了许多角度为45～60°的波纹板，波纹板通常由玻璃钢制成，这种材料有良好的亲油性，有利于在表面形成油膜，进而使油珠粒径进一步增大[2]。经过波纹板浮起的污油被收油槽收集流入污油室，再由污油室底部排放至外部污油罐完成污油回收。

2 运行效率下降原因分析及验证

①现场人员经过查阅近6个月的化验数据记录发现，斜板入口含油从未出现过大于1000mg/L的工况，排除了上游流程含油过高导致斜板除油器除油效果不佳的可能性。

②将污水系统化学药剂送回做配伍实验，实验结果证明清水剂辅助除油效果良好，排除了药剂选型错误的问题。

③厂家设计资料中收油液位高于现场实际操作液位1000mm左右，减去液位计显示误差，依然存在可观的偏差，初步判断收油槽挡板故障。

为了验证以上分析结论，现场人员对斜板除油器隔离泄压开盖进行了检查。打开入孔后发现斜板区上方收油槽聚集了大量稠油，收油槽已严重堵塞。

除此之外，对比图1所示的设计构造简图和图2所示的实际构造简图，收油槽和污油室的位置与高度均存在较大差异。经过现场试验发现，斜板除油器液位提升到3200mm左右后，斜板污油室先开始进液，再提高液位至3300mm左右后斜板区主收油槽才开始进液。这表明污油室挡板高度低于收油槽挡板高度，致使大量没有经过斜板区处理的污水先从混合区进入污油室，而斜板区收集的污油在此液位下，无法顺利外排不断堆积导致堵塞，收油槽功能基本失效，收油效率大幅下降，最终导致出口含油量增加。

图1 斜板除油器设计构造简图 Fig.1 Design structure drawing of corrugated plate interceptor

图2 斜板除油器实际构造简图 Fig.2 Real structure drawing of corrugated plate interceptor

随着对斜板除油器内部结构的进一步研究，现场人员认为清水区的生产水虽然已经脱除了大部分的原油液滴，但长时间运行后污油依然会在顶部积聚，由于清水区上方未设置收油装置，积聚的污油会导致清水二次污染，最终水相出口含油量逐渐增加。

由上述原因分析和验证得出，导致斜板除油器出口含油量增加、除油效率下降有2个原因：

①斜板除油器内部收油装置布置方案与原设计方案不同，收油槽收油功能失效；

②斜板除油器清水区未设置收油装置，清水区顶部污油逐渐积聚无法排除，使水区二次污染。

3 优化改造实施及效果验证

斜板除油器优化改造分为两部分：第一部分的改造目标是降低收油槽挡板高度，使斜板区的污油优先被收集进入收油槽；第二部分是增加清水区收油装置，使现场人员可以定期手动对清水区顶部聚集的污油进行清理。

3.1 斜板除油器斜板区收油槽改造

经过测量，收油槽挡板最上部与污油室挡板高度差为500mm左右，因此将收油槽挡板处收油口向下切割900mm，图3展示了改造过程，图4展示了收油槽改造成果。改造后斜板区的收油槽最低处的高度略低于缓冲区的收油槽高度，保证斜板区收油槽优先进液，以便有效排出经过波纹板处理后的污油，提高收油效率。

图3 斜板区收油槽改造过程 Fig.3 Transformation process of oil collector tank in corrugated plate area

图4 斜板区收油槽改造成果 Fig.4 Transformation result of oil collection tank in corrugated plate area

3.2 斜板除油器清水区新增收油装置

清水区新增收油装置针对斜板除油器水室无收油装置的状况进行设计和制作，图5为收油装置简图。收油装置主要由收油槽、收油管线、传动装置、密封填料、外排管线等组成，将收油装置固定在斜板除油器内部清水区上方，出油管线向外引出至收油桶，现场人员需要对清水区收油时，将清水区液位提升到收油装置收油高度即可收油。除此之外，还可以通过旋转收油装置上部螺纹，调整收油槽的高度，以便适应不断变化的生产工况。

图5 清水区收油装置简图 Fig.5 Drawing of oil collection device in clean water area

3.3 斜板除油器改造效果验证

3.3.1 效果验证一

斜板除油器改造完成后，在未投用清水区收油装置的条件下，先对斜板区收油槽改造效果进行检验。连续一周化验斜板除油器水相出口含油，从图6含油曲线可见，出口平均含油从120mg/L降至80mg/L，出口含油明显下降，收油效果得到显著提高，收油槽改造效果良好。

图6 未投用收油装置时水相出口含油曲线图 Fig.6 Oil content curve of water phase outlet without oil collection device

3.3.2 效果验证二

将清水区收油装置投入使用后，现场人员每日对清水区顶部进行收油，收油装置出口取样发现排出部分污油。

由图7曲线可知，清水区收油装置投用后，水相出口含油化验数值明显降低，出口含油由80mg/L左右降至40mg/L左右，且持续观察数日数值稳定，表明清水区收油装置收油效果良好。

图7 投用收油装置后水相出口含油曲线图 Fig.7 Oil content curve of water phase outlet with oil collection device

4 总 结

斜板除油器作为油田污水处理核心设备，处理污水能力的好坏将直接影响油田的产量[3]。随着“零排放”标准的持续推进，海上油田生产污水处理指标日渐严格，为保证“注好水、注够水、精细注水”，油田对症下药，对生产污水处理流程中多个设备进行优化改造，其中斜板除油器收油槽优化改造和新增清水区收油装置投入运行后均收效良好，有效降低了水相出口含油，解决了斜板除油器除油效率下降的难题，为其他油田提供了成功借鉴。■