某油田FPSO水力旋流器性能分析及影響因素評價

范懷勇,朱一能,陳小剛（中海石油（中國）有限公司深圳分公司,廣東　深圳　518000）

某油田FPSO水力旋流器性能分析及影響因素評價

范懷勇,朱一能,陳小剛
（中海石油（中國）有限公司深圳分公司,廣東深圳518000）

摘要：某油田FPSO的水利旋流器是油田污水處理系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，關(guān)系到整個油田的生產(chǎn)運行。本文從介紹水力旋流器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理入手，對其涉及的影響因素逐一進行分析，并根據(jù)油田的實際生產(chǎn)狀況，對突出的影響因素，如：水力旋流器的操作參數(shù)、平臺的來液量、油田的油水性質(zhì)以及平臺來液的攜沙量進行分析并歸納總結(jié)，掌握其規(guī)律，從而使水力旋流器實現(xiàn)最大最好的處理效果，保證油田生產(chǎn)的正常運行。

關(guān)鍵詞：水力旋流器；分離性能；影響因素

0　背景

某油田FPSO污水處理系統(tǒng)中水力旋流器是最關(guān)鍵設(shè)備，所以更好的認識水力旋流器的設(shè)備性能及影響因素，對于我們海上的工作人員有著非常重要的意義。含油污水是一種量大又面廣的污染源，人們一直努力研究開發(fā)分離效率高的油水分離設(shè)備。水力旋流器恰恰可以滿足這種要求。

1　水力旋流器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

（1）水力漩流器設(shè)備參數(shù)。水力漩流器FPSO-1＆2HC-3001A/ B。1）處理量：115770BFPD(每臺)；2）尺寸：1118mm（I.D）×2500mm（每個）；3）設(shè)計參數(shù)：1100kPaG/130℃；4）操作參數(shù)：550kPaG/67℃。

（2）基本機構(gòu)和工作原理。FPSO水力旋離器是由兩組對稱的旋流管組成，每組旋流管121根，對稱分布。旋流管是由帶雙密封圈的特殊加工的錐形管組成，液體首先通過切線型入口進入錐形管的頭部，流速從入口進入后轉(zhuǎn)化成切線速度，運用相對運動原理在流體中就會產(chǎn)生一個離心力。當(dāng)流體延錐型體部分向下游流動時，由于圓周半徑越來越小，所以切線速度越來越大，從而離心力也逐漸增加，較重的水相受到較高的離心力，所以靠向旋流管的外端，而比較輕的顆粒，主要是油滴，則流向旋流管的中心。水相從管體的細端排出，被稱為“底流及UNDERFLOW”。通過維持在底流上足夠的回壓，管體中心的油相就受到一個反作用力，被推向“溢流及OVERFLOW”口,高速旋轉(zhuǎn)的流體產(chǎn)生的離心力較重力大數(shù)倍乃至數(shù)萬倍。

2　水力旋流器的性能及影響因素

含油污水型旋流器的分離性能通常用分離效率ε表示,其定義如下:

ε=1-Cd/Ci

式中:Cd—底流中的含油量；Ci—進料中的含油量；ε的大小直接顯示分離性能的高低，ε越大，分離性能越好。

（1）影響水力旋流器分離性能的內(nèi)在因素。影響水力旋流器分離性能的因素許多，其中包括物料的性質(zhì)、操作參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式等。而對于我們現(xiàn)場工作人員來說，設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)完全確定，無法改變，為能使設(shè)備更好的運行，我們需控制好物料的性質(zhì)、操作參數(shù)，我們就從這兩方面著重分析。

1）物料性質(zhì)的影響。物料顆粒在旋流場中的沉降速度

式中：x——顆粒的大小；Δρ——密度差；μ——粘度。

物性常數(shù)值小的顆粒不僅沉降速度小，湍流對它的影響也很大，即使顆粒已經(jīng)沉降了，很容易被卷起，對顆粒的分離影響比較大。水力旋流器所需的分離時間和進液中所含油滴的直徑有直接關(guān)系。進液中油滴直徑愈大,分離所需的時間越少，相反沉降速度越大。

2）操作參數(shù)的影響。操作參數(shù)包括進口壓力pi、溢流壓力po、底流壓力pu和進口流量Qi、溢流流量Qo、底流流量Qu,

下面分別進行分析討論：

①影響離心加速度的因素。離心加速度a=v2/r，由于v∝vi=4Qi/πD2，故：

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

②影響旋流器內(nèi)流體停留時間的因素。水力旋流器內(nèi)流體停留時間。

從式（4）可知：加大D和L/D或減小Qi都能延長停留時間，使更小的顆粒完成沉降，從而提高分離效率，而我們開篇就以提到設(shè)備的參數(shù)是固定的，所以我們只能減小Qi來延長停留時間。但是，如前所述，減小Qi會顯著地降低加速度，使顆粒沉降的驅(qū)動力下降。因此，如何掌握Qi的量便成為分離效率的關(guān)鍵。

FPSO的水力旋流器設(shè)計處理量約為11000桶/天,可是經(jīng)過多年的生產(chǎn)經(jīng)驗告訴我們，當(dāng)處理量超過80000桶時其分離效率便大打折扣，對于我們來說80000桶就是極限，所以我們生產(chǎn)過程中必須跟平臺做好溝通，保證來液量保持在處理范圍之內(nèi)。

（2）影響水力旋流器性能的外在因素。1）含油污水的含油絕對值。我們說水力旋流器的分離效率越高分離性能越好，但是并不是說污水經(jīng)過高效率的水力旋流器就能完全達到排放標(biāo)準(zhǔn)，這還得取決于含油污水的含油量。比如說分離效率ε=0.98，含油污水中的含油為2000ppm,那么經(jīng)水力旋流器的污水其含油仍然高達40ppm，這顯然達不到我們的排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然水力旋流器也沒有那么高的分離效率。這就要求我們必須做好上游污水的分離工作，比如破乳劑、清水劑的合理使用，使從高壓分離器出來的污水含油＜500ppm，這樣經(jīng)過水力旋流器的污水含油就會小于16ppm，達到排放標(biāo)準(zhǔn)；2）污水中的含砂。影響水力旋流器分離性能的很重要的因素——砂。砂，對于采油工業(yè)來說一直就是難于解決的問題，由于比重比較大在分離的過程中往往會沉積于管壁，久而久之甚至產(chǎn)生阻塞，嚴(yán)重影響水力旋流器的分離效果。由于砂的粒徑非常小，如果加裝濾網(wǎng)，那么濾孔必須更小，能否濾掉砂暫且不論（由于高壓水流的攜帶，穿透力比較強），勢必會對來液的壓頭造成不小的影響。為減小砂對水力旋流器分離性能的影響，一般運行12小時就要反洗一次，可是，對于砂的影響，暫時沒有找到徹的解決方法，只能定期對其拆開清洗。

3　結(jié)論

（1）在一定的流量范圍內(nèi),旋流分離器的分離效率隨流量的增加而增加,分離效率與含油濃度關(guān)系不大，但來液的含油濃度直接影響處理后的污水質(zhì)量；（2）在一定范圍內(nèi)增大來液壓頭，降低壓力的損耗，可以提高分離效率；（3）如何更好的解決防砂問題對水力旋流器的分離效率起到關(guān)鍵作用。

作者簡介：范懷勇（1982-），男，山東省人，主要從事：安全監(jiān)督。