原油沉降罐機械式調(diào)節(jié)水箱調(diào)節(jié)范圍的設(shè)計

摘 要：機械式調(diào)節(jié)水箱是原油沉降罐上用于進行油水界面控制的最常用的裝置，通過水箱操縱桿上下移動來調(diào)節(jié)溢水高度，從而控制油水界面的上下移動。

關(guān)鍵詞：原油沉降罐；機械式調(diào)節(jié)水箱；油水界面；調(diào)節(jié)范圍

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.066

1 概述

原油沉降罐主要是依靠水洗段的水洗作用和沉降段的重力沉降作用，實現(xiàn)原油和含油污水的分離。由于原油與水的密度不同，其密度差，使得水向下沉，油上浮，從理論上來講，經(jīng)過一定時間的沉降，可以得到一個清晰的油水界面。在油田原油、污水處理過程中，為滿足工藝對出水、出油指標(biāo)的不同要求，需控制沉降罐中的油水界面在合適的高度處，機械式調(diào)節(jié)水箱就是用來實現(xiàn)這一要求的。

沉降罐機械式調(diào)節(jié)水箱（見圖1）主要由通氣管、水箱操縱桿、水箱殼體、水箱內(nèi)部構(gòu)件及降液管組成。它主要功能是調(diào)節(jié)溢油高度，從而控制油水界面的位置，保證工藝流程。操作時，要想油水界面上移，轉(zhuǎn)動水箱操縱桿手輪使絲杠向上移動，反之想要油水界面下移，轉(zhuǎn)動水箱操縱桿手輪使絲杠向下移動。

2 設(shè)計思想及公式推導(dǎo)

如果考慮到沉降罐油水界面處有復(fù)雜的乳化層存在，會使整個設(shè)計變得更為復(fù)雜。設(shè)計時，一般不考慮罐體內(nèi)復(fù)雜的液體存在體系及液體的流動，而是簡化沉降罐中油水存在形式，即假設(shè)沉降罐中的原油和污水完全分離，存在有一個清晰的油水界面（見圖2）。這時可以把沉降罐和調(diào)節(jié)水箱看作一個連通器。

設(shè)原油的密度為ρ油；水的密度ρ水；溢油處到油水界面的高度為h油（即油層厚度）；溢水處到油水界面的高度為h水；溢油與溢水高差為Δh。

依據(jù)U型連通管原理（見圖3），同一介質(zhì)同一高度處等壓的原則可得到：

ρ油h油=ρ水h水

h水=h油-Δh

解上述方程可得：Δh=（ρ水-ρ油）h油/ρ水，即可得到溢油溢水高差Δh與油層厚度h油的關(guān)系。

3 調(diào)節(jié)水箱調(diào)節(jié)范圍的確定

沉降罐機械式調(diào)節(jié)水箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，一般為定型尺寸，調(diào)節(jié)范圍一般取400mm、600mm、800mm。上述公式中油層的控制高度一般根據(jù)工藝要求確定，油、水的密度可檢測出來，故可以得出理論的油水高度差Δh，即可得到調(diào)節(jié)水箱所需的調(diào)節(jié)范圍。

實際應(yīng)用中，還應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)墓こ淌┕ふ`差會使調(diào)節(jié)水箱的理論調(diào)節(jié)范圍與實際的有一定偏差。以寧海聯(lián)合站工程中的3000m3加高一次沉降罐調(diào)節(jié)水箱為例：

原油密度ρ油=0.9344g/cm3；

水密度取ρ水=1.0 g/cm3；

溢油高度經(jīng)流程計算確認為12m，油水界面最低在5m處，即油層厚度要求控制最高為h油=7m。

按照理論的計算，可得Δh=459mm，一般可取600mm的調(diào)節(jié)水箱范圍，但把最大高差600mm代入公式，反推出能實現(xiàn)的最大油層厚度為h油=9146mm?？嫉绞┕ご嬖谥欢ǖ氖┕ふ`差、及后期原油密度的變化，工藝需做極限考慮，即可能出現(xiàn)極限12m厚油層，的故選擇了800mm，取水箱到達最大調(diào)節(jié)范圍的時候液面與溢流油液面等高，再根據(jù)水箱固定筒的高度及罐體焊縫的位置最終確定出h出水的位置。

4 誤差產(chǎn)生因素分析

本方法誤差產(chǎn)生的原因一般有以下幾個方面：

（1）因推導(dǎo)公式是先假設(shè)沉降罐內(nèi)的油水是在靜止?fàn)顟B(tài)下運用連通管原理推導(dǎo)而得到的，而實際上沉降罐內(nèi)部的含水原油及污水是波動的，不穩(wěn)定的，油水界面本身控制很難；

（2）工程施工中會存在一定的施工誤差，使得實際中的油水高差與理論有一定的差別，從而會影響到油水界面的控制；

（3）由于進入沉降罐的原油密度與設(shè)計值存在差異，密度的取值會影響界面的變化，導(dǎo)致水箱操作桿調(diào)節(jié)的存在一定的偏差；

5 結(jié)束語

實際應(yīng)用中選取的調(diào)節(jié)范圍因考慮到各個誤差的存在，選取的范圍一般都考慮了各種因素，故能滿足工程實際應(yīng)用。機械式調(diào)節(jié)控制原油沉降罐油水界面的方法也在新疆油田、勝利油田等各大油田得到了廣泛的應(yīng)用，經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用反饋，這種調(diào)節(jié)控制出油出水指標(biāo)的方式計算簡單、易于操作、運行方便。通過理論設(shè)計出來的機械式調(diào)節(jié)水箱的調(diào)節(jié)范圍能有效的滿足了生產(chǎn)的需要。

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作者簡介：馮勛驕（1990-），男，山東巨野人，本科，助理工程師，研究方向：機械設(shè)計制造。