乙二醇再生装置中离心机的设计与应用

2023-08-19赵迎涛李春辉

现代工业经济和信息化 2023年6期

赵迎涛，杨勇，李春辉

（中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳 518000）

0 引言

在深海气田开发中，向海管内注入乙二醇是防治水合物的一种有效手段。为了降低气田开发成本，乙二醇的再生利用成为了水下生产系统运行的关键环节[1]。乙二醇再生装置（MEG RECOVERY UNIT）包括预闪蒸、预处理、脱水再生及脱盐四个单元，可依次除去富乙二醇中的轻烃、CO2、腐蚀杂质、部分水和盐[2]。在脱盐再生阶段，为了尽可能地提高乙二醇的回收率，设置有一套离心机系统，将脱盐再生系统来的盐泥进行固液分离，从而能够循环利用乙二醇溶液，减少生产作业中化学药剂的消耗量。

1 工艺流程

脱盐系统主要接收来自上游（脱水原）的贫乙二醇溶液，通过降压、升温，使来液中的乙二醇和水从液态变为气态，从溶液中分离，从而达到净化的目的。溶液中的盐则逐步达到过饱和状态，形成盐泥，沉积在系统最底部的盐罐中。当盐罐中盐泥密度达到设定值之后，通过盐泵将盐泥输送至离心机进行固液分离。离心出的乙二醇重新回到脱盐单元，实现对乙二醇的回收目标。分离出的盐颗粒则在重力作用下排放至离心机下方的盐溶解罐，在罐中重新溶解，排至生产水处理系统[3]。脱盐及离心机工艺流程如图1 所示。

图1 脱盐及离心机工艺流程示意图

2 离心机概述

乙二醇再生装置中离心机多选用垂直篮式滤器。含乙二醇的盐泥进入离心机后，通过高速离心力的作用下，使乙二醇溶液和盐颗粒分开。乙二醇直接通过篮式离心机设置的内部和外部滤布后，进入脱盐系统，盐颗粒则在离心力的作用下均匀分布在篮式离心机的内部滤布上。通过电机驱动刮刀的进退，将盐颗粒刮落，掉入到盐溶解罐中，从而实现离心机对盐泥的间歇分离[4]。通过程序控制，生产水可对离心机内部进行自动清洗。图2 所示为离心机控制人机界面（HMI）。

图2 离心机HMI

2.1 功能简介

2.1.1 离心机自检功能

离心机在进行生产或者清洗前，需要完成一系列的自检过程，主要包括锁紧盖子、密封性检查、含氧分析仪自检、吹扫、继续吹扫和再吹扫等步骤。每一步合格后，方能继续进行下一步骤。

2.1.2 离心机运转

离心机接收来自一价盐系统盐罐中的盐泥，通过离心作用，将含有一定量的乙二醇的离心滤液回收至盐罐中。最后，将盐饼排放至盐溶解罐，溶解后排放至生产水处理系统。

2.1.3 自清洗

离心机具有自动清洗功能。在离心机生产结束后，可以选择CIP 模式，离心机自动清洗附着在内部结构上的盐颗粒。清洗液来自再生塔回流水。清洗后的液体全部排放至盐溶解罐，最后进入生产水处理。

2.2 控制逻辑

离心机启动设有三个模式，分别为乙二醇再生装置的LCP 远程自动模式、离心机现场LCP 就地自动模式和主开关间HMI 手动模式[5]。在远程自动模式下，离心机可以在乙二醇再生装置LCP 的逻辑控制下，完成所有功能步骤，无需人为干预操作，控制过程可在HMI 上进行实时监控。图3 为离心机自动模式控制下的逻辑图。

图3 离心机自动模式控制逻辑图

2.3 安全技术特性

2.3.1 多种振动监测设计

为了保证离心机在运行过程中振动处于可控范围，设计了Softwire 监测保护系统和冗余的Hardwire监测保护系统。Softwire 监测保护系统通过设置在主轴承上的轴系仪表对离心机振动进行实时监测和数据收集，当振动达到40 mm/s 时，只提供报警，为high报警；当振动达到60 mm/s 时，提供报警，同时转速降至预先设置的转速，为high high 报警；当振动达到70 mm/s 时，提供报警同时关停离心机，为high high high trip 报警；冗余Hardwire 监测保护系统如图4 所示，通过输出数字信号对离心机进行控制。

图4 离心机Hardwire 监测保护系统

2.3.2 启动互锁开关及盖子关闭检测

离心机顶部有个D 形状的盖子可以打开。通过7个夹子和1 个气动开关将活动端锁住，气动开关通过2 个电磁阀实现开关转换。当盖子为打开状态时，离心机无法启动，离心机启动中该阀始终处于关闭状态。

2.3.3 盐颗粒厚度物理监测开关

离心机内部设置有盐颗粒厚度监测开关，如图5所示。当盐颗粒积累到一定厚度后，将与厚度检测开关接触，旋转的离心机将带动厚度监测开关动作，从而干扰触发停止进料信号，以保证离心机的正常运行。

图5 盐颗粒厚度监测开关

2.3.4 从内至外的防腐设计

为了保证离心机的稳定性和使用寿命，针对高溶解盐的腐蚀特性，全套装置采用高强度、耐腐蚀性更好的双相不锈钢材质，而防止盐泥通过的滤衣骨架则采用耐腐蚀效果更好的超级双相不锈钢材质。同时，为了尽可能减少离心机和脱盐系统的腐蚀，离心机配备了一套N2吹扫系统和含氧分析仪，以尽可能减少离心机内部的含氧量，保证回收的乙二醇中含氧量在允许范围之内。

2.3.5 先进的含氧分析仪自检系统

含氧分析仪设置在离心机放空管线上，对离心机内的放空气体进行实时监测，从而获得离心机内的含氧量。为了保证含氧分析仪的可靠性，含氧分析仪配置了一套先进的自检系统，自检系统将在离心机启动前和离心机连续运行24 h 时自动运行。自检系统启动时，含氧分析仪探头将从管道中自动抽出至检测室，再分别向检测室通入N2和仪表气，对其进行低含氧量（φ（O2）＜1%）和高含氧量（φ（O2）＞19%）的检测，每个值能稳定5 s 为测试合格[10]。若测试不通过，将无法启动离心机，或者离心机将报警停止运行。

2.4 离心机故障分析及解决措施

2.4.1 离心机启机后氧含量高

初始吹扫主要是利用N2将离心机内的φ（O2）降低至5%以下，同时，需要满足吹扫时间＞60 s，吹扫体积＞3 倍离心机体积，并且含氧量降低过程，时间不超过600 s。初始吹扫完成后，离心机主马达启动。当马达启动后，含氧分析仪检测到含氧量逐步上升，超过8%时，发生高报关断，从而进入再吹扫阶段。再吹扫阶段中需要在600 s 内将含氧量降低至2%，方可不停机。在运行过程中不能成功将含氧量降低，主要原因在于离心机吹扫的N2管线由顶部进入，放空阀也是从顶部引出。N2的密度比O2密度小，在底部会聚集一定的O2而无法吹扫干净。当主电机启动时，搅动内部气体，从而使φ（O2）上升至8%以上。现场检查无外漏现象，因此，进行如下修改试验，最终采用了试验二的修改方案。

实验一：将再吹扫指标从2%修改为4%后，可以完成再吹扫过程。

实验二：将初始吹扫指标从5%修改为3%，测试发现，主马达刚启动时氧含量上升但不会报警，随后氧含量一直处于下降趋势。

2.4.2 进料期间易发生离心机振动高报警

为了解决进料时离心机振动高报警，现场收集了离心机在加料最低转速为200 r/min 时，不同进料速度下对应的离心机振动数据，如表1 所示。

表1 离心机运行实测数据

在保障离心机正常运行的前提下，相同启停密度和离心机转速下，加料速度为3.5 m3/h、加料时间600 s 时，离心机效率最高。同时，解决了进料时离心机振动问题。

2.4.3 自动阀门故障卡滞

离心机相关流程上共设计有21 个自动阀门，在调试和运行过程中，自动阀门出现了开关故障、反馈异常、HMI 与现场不一致等现象。经过现场测试和维修，分析为阀门反馈开关与阀芯脱落、仪表气压力偏低以及锈蚀等问题，需要定期对阀门和仪表进行预防性维护，并加强阀门执行机构的防腐保养。

2.4.4 含氧分析仪故障

含氧分析仪具有自检功能，活动部件较多，由于长期处于海上恶劣环境中，导致含氧分析仪出现密封件性能下降、检测室内窜气、压力开关未能及时监测到压力、探针无法全部进入检测室和动作时间超时等一系列故障。为了解决上述问题，对含氧分析仪检测室垫片进行材质优选、程序优化、延长检测及反馈时间（由3 s 提高至5 s）以及适当优化PCV 设点等，增加测试旁通功能。在含氧分析仪自检故障期间旁通测试功能，直接进入监测功能，保留含氧分析仪监测数据报警及关断功能，以确保离心机可以安全正常运转，彻底解决了含氧分析仪故障。

3 实际运行情况

目前，在国内南海海域已经有2 套成熟的带脱盐单元的乙二醇回收装置，在该装置中均采用了离心机提高乙二醇的回收率。近几年的运行数据表明，各项工艺指标均达到设计要求。以其中1 套乙二醇回收装置实测数据为例，该装置平均每天回收约75 000 kg乙二醇，离心机可提高约1%的回收率，回收量将达到750 kg/d，全年可产生经济效益300 余万元。

3.1 有效降低外排生物毒性

某平台生产初期，离心机一直处于故障停机状态，盐罐排盐一直采用无离心机流程，由于盐泥中含有乙二醇，导致初期外排生产水的生物毒性一直较高。为了保证生物毒性合格，平台将盐泥排放至废盐罐，送往陆地进行处理。离心机投用后，盐罐排盐采用有离心机流程，外排水中化学药剂含量较之前采用离心机旁通时，降低了63.7 倍。

3.2 增加了乙二醇的回收率

离心机因故障未投用时，由于盐泥经盐溶解罐溶解后进入生产水处理系统，经处理后直接外排，盐泥中混合的乙二醇无法回收，造成了化学药剂的浪费，增加了化学药剂费用。离心机投用后，盐泥经离心机处理后，干盐饼排放至盐溶解罐进入下游，离心出的液体返回盐罐，盐泥中的乙二醇被回收。MRU 脱盐系统乙二醇的单元回收率显著提高，从原来的94%提高到98%。