田慶林,尹旭明,王偉銘,薛春芳,劉富有
(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司工程建設(shè)中心 天津 300459; 2.海洋石油工程股份有限公司設(shè)計公司 天津 300459)
某海上采油平臺生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)由斜板除油器、氣浮選機、生產(chǎn)水緩沖罐、核桃殼過濾器等設(shè)備組成。斜板除油器日處理量為8640m3/d,設(shè)計壓力為650kPa,設(shè)計溫度為90℃,操作壓力為300kPa,操作溫度為50~65℃。斜板除油器處理能力為入口含油小于1000mg/L,出口含油小于100mg/L。目前油田運行工況為:處理生產(chǎn)污水總量1800m3/d,操作壓力320kPa,溫度51℃,入口污水含油200~250mg/L,出口含油140mg/L。
斜板除油器采用重力分離技術(shù)進行油水分離[1],內(nèi)部一般分為緩沖區(qū)、斜板區(qū)、清水區(qū)和污油室,穩(wěn)流后的污水由緩沖區(qū)進入斜板區(qū),經(jīng)過波紋板處理后從底部進入清水區(qū)。斜板區(qū)設(shè)置了許多角度為45~60°的波紋板,波紋板通常由玻璃鋼制成,這種材料有良好的親油性,有利于在表面形成油膜,進而使油珠粒徑進一步增大[2]。經(jīng)過波紋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。
①現(xiàn)場人員經(jīng)過查閱近6個月的化驗數(shù)據(jù)記錄發(fā)現(xiàn),斜板入口含油從未出現(xiàn)過大于1000mg/L的工況,排除了上游流程含油過高導(dǎo)致斜板除油器除油效果不佳的可能性。
②將污水系統(tǒng)化學(xué)藥劑送回做配伍實驗,實驗結(jié)果證明清水劑輔助除油效果良好,排除了藥劑選型錯誤的問題。
③廠家設(shè)計資料中收油液位高于現(xiàn)場實際操作液位1000mm左右,減去液位計顯示誤差,依然存在可觀的偏差,初步判斷收油槽擋板故障。
為了驗證以上分析結(jié)論,現(xiàn)場人員對斜板除油器隔離泄壓開蓋進行了檢查。打開入孔后發(fā)現(xiàn)斜板區(qū)上方收油槽聚集了大量稠油,收油槽已嚴(yán)重堵塞。
除此之外,對比圖1所示的設(shè)計構(gòu)造簡圖和圖2所示的實際構(gòu)造簡圖,收油槽和污油室的位置與高度均存在較大差異。經(jīng)過現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn),斜板除油器液位提升到3200mm左右后,斜板污油室先開始進液,再提高液位至3300mm左右后斜板區(qū)主收油槽才開始進液。這表明污油室擋板高度低于收油槽擋板高度,致使大量沒有經(jīng)過斜板區(qū)處理的污水先從混合區(qū)進入污油室,而斜板區(qū)收集的污油在此液位下,無法順利外排不斷堆積導(dǎo)致堵塞,收油槽功能基本失效,收油效率大幅下降,最終導(dǎo)致出口含油量增加。
圖1 斜板除油器設(shè)計構(gòu)造簡圖 Fig.1 Design structure drawing of corrugated plate interceptor
圖2 斜板除油器實際構(gòu)造簡圖 Fig.2 Real structure drawing of corrugated plate interceptor
隨著對斜板除油器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進一步研究,現(xiàn)場人員認(rèn)為清水區(qū)的生產(chǎn)水雖然已經(jīng)脫除了大部分的原油液滴,但長時間運行后污油依然會在頂部積聚,由于清水區(qū)上方未設(shè)置收油裝置,積聚的污油會導(dǎo)致清水二次污染,最終水相出口含油量逐漸增加。
由上述原因分析和驗證得出,導(dǎo)致斜板除油器出口含油量增加、除油效率下降有2個原因:
①斜板除油器內(nèi)部收油裝置布置方案與原設(shè)計方案不同,收油槽收油功能失效;
②斜板除油器清水區(qū)未設(shè)置收油裝置,清水區(qū)頂部污油逐漸積聚無法排除,使水區(qū)二次污染。
斜板除油器優(yōu)化改造分為兩部分:第一部分的改造目標(biāo)是降低收油槽擋板高度,使斜板區(qū)的污油優(yōu)先被收集進入收油槽;第二部分是增加清水區(qū)收油裝置,使現(xiàn)場人員可以定期手動對清水區(qū)頂部聚集的污油進行清理。
經(jīng)過測量,收油槽擋板最上部與污油室擋板高度差為500mm左右,因此將收油槽擋板處收油口向下切割900mm,圖3展示了改造過程,圖4展示了收油槽改造成果。改造后斜板區(qū)的收油槽最低處的高度略低于緩沖區(qū)的收油槽高度,保證斜板區(qū)收油槽優(yōu)先進液,以便有效排出經(jīng)過波紋板處理后的污油,提高收油效率。
圖3 斜板區(qū)收油槽改造過程 Fig.3 Transformation process of oil collector tank in corrugated plate area
圖4 斜板區(qū)收油槽改造成果 Fig.4 Transformation result of oil collection tank in corrugated plate area
清水區(qū)新增收油裝置針對斜板除油器水室無收油裝置的狀況進行設(shè)計和制作,圖5為收油裝置簡圖。收油裝置主要由收油槽、收油管線、傳動裝置、密封填料、外排管線等組成,將收油裝置固定在斜板除油器內(nèi)部清水區(qū)上方,出油管線向外引出至收油桶,現(xiàn)場人員需要對清水區(qū)收油時,將清水區(qū)液位提升到收油裝置收油高度即可收油。除此之外,還可以通過旋轉(zhuǎn)收油裝置上部螺紋,調(diào)整收油槽的高度,以便適應(yīng)不斷變化的生產(chǎn)工況。
圖5 清水區(qū)收油裝置簡圖 Fig.5 Drawing of oil collection device in clean water area
3.3.1 效果驗證一
斜板除油器改造完成后,在未投用清水區(qū)收油裝置的條件下,先對斜板區(qū)收油槽改造效果進行檢驗。連續(xù)一周化驗斜板除油器水相出口含油,從圖6含油曲線可見,出口平均含油從120mg/L降至80mg/L,出口含油明顯下降,收油效果得到顯著提高,收油槽改造效果良好。
圖6 未投用收油裝置時水相出口含油曲線圖 Fig.6 Oil content curve of water phase outlet without oil collection device
3.3.2 效果驗證二
將清水區(qū)收油裝置投入使用后,現(xiàn)場人員每日對清水區(qū)頂部進行收油,收油裝置出口取樣發(fā)現(xiàn)排出部分污油。
由圖7曲線可知,清水區(qū)收油裝置投用后,水相出口含油化驗數(shù)值明顯降低,出口含油由80mg/L左右降至40mg/L左右,且持續(xù)觀察數(shù)日數(shù)值穩(wěn)定,表明清水區(qū)收油裝置收油效果良好。
圖7 投用收油裝置后水相出口含油曲線圖 Fig.7 Oil content curve of water phase outlet with oil collection device
斜板除油器作為油田污水處理核心設(shè)備,處理污水能力的好壞將直接影響油田的產(chǎn)量[3]。隨著“零排放”標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)推進,海上油田生產(chǎn)污水處理指標(biāo)日漸嚴(yán)格,為保證“注好水、注夠水、精細(xì)注水”,油田對癥下藥,對生產(chǎn)污水處理流程中多個設(shè)備進行優(yōu)化改造,其中斜板除油器收油槽優(yōu)化改造和新增清水區(qū)收油裝置投入運行后均收效良好,有效降低了水相出口含油,解決了斜板除油器除油效率下降的難題,為其他油田提供了成功借鑒。■