含H2S深水導(dǎo)管架平臺(tái)生產(chǎn)污水處理工藝流程優(yōu)化

張 斌，陳文峰，陳 賓，張春娥，張振友

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 前言

海洋石油平臺(tái)含油生產(chǎn)污水一般是指從油氣水三相分離器分離出來(lái)的污水，并且通常是水包油(O/W)分散體系。含油污水中的油大部分呈分散油滴存在于水中，并伴隨有少量乳化油和溶解油[1]。據(jù)調(diào)研，一些油田通常采用水力旋流器+緊湊式氣浮選機(jī)(CFU)的含油生產(chǎn)污水處理工藝，處理后的含油污水濃度≤30 mg/L，但是此種水處理工藝所涉及的設(shè)備設(shè)施占地面積較大、重量也較大，對(duì)于深水導(dǎo)管架平臺(tái)而言，重量控制要求十分嚴(yán)苛，文章主要考慮采用新型聚結(jié)脫氣除油罐代替緊湊式氣浮選機(jī)，從工藝流程的角度對(duì)含油污水處理設(shè)備設(shè)施的重量控制提出優(yōu)化解決方案。另外，新型聚結(jié)脫氣除油罐運(yùn)行一段時(shí)間后罐內(nèi)油泥沉積較多，如果開罐清洗聚結(jié)件，對(duì)于含H2S油田而言，開罐作業(yè)時(shí)會(huì)析出H2S氣體，嚴(yán)重威脅操作人員身體健康，因此，提出無(wú)需開罐清洗作業(yè)的反沖洗工藝流程。

2 現(xiàn)有含油生產(chǎn)污水處理工藝流程及遇到的問題

2.1 現(xiàn)有含油生產(chǎn)污水處理工藝流程描述

以南海某含H2S深水導(dǎo)管架平臺(tái)為例，含油生產(chǎn)污水處理工藝流程如圖1。

圖1 現(xiàn)有含油生產(chǎn)污水處理工藝流程圖

來(lái)自井口的油氣水混合物流首先進(jìn)入到生產(chǎn)分離器進(jìn)行三相分離，分離器水相出口含油量(OIW)約為1 000 mg/kg，分離后的含油污水進(jìn)入水力旋流器進(jìn)行第一級(jí)脫油處理，水力旋流器利用油水兩相液體之間的密度差，通過(guò)離心的作用將油相從水相中分離出來(lái)，水力旋流器水相出口含油量(OIW)可降低至200 mg/kg。然后再進(jìn)入緊湊式氣浮選機(jī)進(jìn)行第二級(jí)脫油處理，緊湊式氣浮選機(jī)利用微氣泡，在氣泡上浮過(guò)程中攜帶油滴，同時(shí)來(lái)水切向進(jìn)入形成旋流，加速油滴上浮，從而將油相從水相中分離出來(lái)，緊湊式氣浮選機(jī)水相出口含油量(OIW)最終降低到30 mg/kg及以下，達(dá)標(biāo)排海。

2.2 存在問題

緊湊式氣浮選機(jī)中微氣泡的穩(wěn)定性將直接影響油水分離效果，因此含油污水在進(jìn)入緊湊式氣浮選機(jī)處理過(guò)程中需要額外加入化學(xué)藥劑——浮選劑，目的是利用浮選劑提高氣泡的表面張力與韌性，打破油水乳化，并穩(wěn)定氣泡，促進(jìn)氣泡之間的聚結(jié)作用[1]，對(duì)此需要額外配備一臺(tái)化學(xué)藥劑儲(chǔ)罐與化學(xué)藥劑泵。

另外，緊湊式氣浮選機(jī)還需要引用伴生氣在浮選機(jī)上部空間進(jìn)行覆蓋，形成微正壓，以防止含油生產(chǎn)污水中殘余天然氣散逸而造成事故。因此還需配套增加一套低壓螺桿壓縮機(jī)系統(tǒng)用于回收這部分低壓伴生氣。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)方反饋，在浮選氣加氣點(diǎn)和噴嘴處較容易堵塞，日常維護(hù)工作量較大。

綜上可知，水力旋流器+緊湊式氣浮選機(jī)的含油生產(chǎn)污水處理工藝需要額外增加配套輔助設(shè)備設(shè)施，這將導(dǎo)致占用平臺(tái)甲板面積增大，重量也將隨之增大。因此在對(duì)重量控制要求嚴(yán)苛的深水導(dǎo)管架海洋石油平臺(tái)應(yīng)用中受到嚴(yán)重制約。

3 解決方案

3.1 引用新型聚結(jié)脫氣除油罐

針對(duì)深水導(dǎo)管架平臺(tái)對(duì)重量控制嚴(yán)格限制的問題，文章考慮將含油生產(chǎn)污水工藝流程調(diào)整為水力旋流器+新型聚結(jié)脫氣除油罐。具體流程如圖2。

圖2 水力旋流器+新型聚結(jié)脫氣除油罐工藝流程圖

新型聚結(jié)脫氣除油罐是在傳統(tǒng)除油罐基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)加入新型高效聚結(jié)內(nèi)件，利用重力沉降，借助新型聚結(jié)內(nèi)件提供的較大比表面積，增強(qiáng)油滴聚并，可將1 μm～20 μm的油滴聚并至200 μm[2]，從而將油相從水相中高效分離出來(lái)，大大縮小聚結(jié)脫氣除油罐尺寸。此工藝流程正常工況下幾乎無(wú)低壓氣需要回收，不用額外增加壓縮機(jī)回收系統(tǒng)，也無(wú)需額外使用化學(xué)藥劑。此種做法有效減少了平臺(tái)占地面積，降低了設(shè)備設(shè)施重量。并且新型聚結(jié)脫氣除油罐內(nèi)外無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)組件，日常維護(hù)工作量較小。

但是新型聚結(jié)脫氣除油罐在運(yùn)行一段時(shí)間后，罐內(nèi)油泥沉積較多，聚結(jié)內(nèi)件會(huì)出現(xiàn)堵塞的情況，需要定期清洗聚結(jié)內(nèi)件，對(duì)此文章提出兩種清洗工藝，分別為開罐清洗與在線反沖洗工藝。

3.2 開罐清洗工藝流程

開罐清洗工藝是指在新型聚結(jié)脫氣除油罐停車的工況下，將罐體打開，取出聚結(jié)內(nèi)件，將聚結(jié)內(nèi)件進(jìn)行清洗處理的過(guò)程。對(duì)于含H2S海洋石油平臺(tái)，由于含油生產(chǎn)污水中含有H2S氣體，在開罐清洗作業(yè)之前必須進(jìn)行安全性惰化處理。即在新型聚結(jié)脫氣除油罐停車的工況下，首先利用罐體上的泄壓閥泄壓放空，然后向罐內(nèi)連續(xù)充入大量氮?dú)?，通過(guò)氮?dú)獯祾邔2S進(jìn)行徹底置換，以確保作業(yè)人員安全。

但是此種開罐清洗工藝一方面會(huì)消耗大量氮?dú)?，因而?huì)造成氮?dú)庀到y(tǒng)的空氣壓縮機(jī)和氮?dú)鈨?chǔ)罐尺寸較大、重量較大；另一方面惰化處理耗時(shí)較長(zhǎng)，對(duì)海洋石油平臺(tái)油氣生產(chǎn)會(huì)造成一定程度的不利影響，并且一旦出現(xiàn)罐體安全惰化不徹底的情形，將會(huì)嚴(yán)重威脅現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的身體健康。

3.3 在線反沖洗工藝流程

在線反沖洗工藝是指在新型聚結(jié)脫氣除油罐停車的工況下，無(wú)需開罐作業(yè)，利用新型聚結(jié)脫氣除油罐處理后的較為清潔的生產(chǎn)水，通過(guò)一臺(tái)反沖洗泵打入新型聚結(jié)脫氣除油罐中，通過(guò)水流逆向沖擊實(shí)現(xiàn)將聚結(jié)內(nèi)件進(jìn)行清洗處理的過(guò)程。在線反沖洗工藝具體流程如圖3。

圖3 新型聚結(jié)脫氣除油罐反沖洗工藝流程圖

第一步。關(guān)閉所需反沖洗清洗處理的新型聚結(jié)脫氣除油罐液相進(jìn)出口閥門。

第二步。打開罐底常設(shè)排污閥，將罐內(nèi)液體由正常液位排放至低低液位，排放過(guò)程中需充入一定量氮?dú)庖源_保脫氣除油罐壓力維持在1.5barg左右，排放的含油生產(chǎn)污水進(jìn)入閉式排放罐。

第三步。關(guān)閉罐底常設(shè)排污閥，打開反沖洗泵，將脫氣除油罐處理后的較為清潔的生產(chǎn)水(以下簡(jiǎn)稱“反沖洗水”)打入罐內(nèi)，直至液位恢復(fù)到正常液位。

第四步。打開罐底反洗污水出口處閥門，在罐內(nèi)帶壓條件下，將罐內(nèi)液體由正常液位快速排放至低低液位，此時(shí)反沖洗水將以較高流速逆向沖擊聚結(jié)內(nèi)件，在流體高沖擊力作用下將附著在聚結(jié)內(nèi)件上的油泥剝離開來(lái)，此部分油泥將隨水流排放進(jìn)入污油緩沖罐，然后通過(guò)污油泵將反洗污水打回生產(chǎn)分離器再進(jìn)行油水分離。

第五步。重復(fù)上述步驟直至聚結(jié)內(nèi)件清洗干凈。

第六步。打開脫氣除油罐進(jìn)水閥，待脫氣除油罐液位正常后打開液相出口閥，恢復(fù)正常生產(chǎn)。

綜上可知，對(duì)于含H2S油田，在線反沖洗工藝實(shí)現(xiàn)了不開罐清洗聚結(jié)內(nèi)件作業(yè)，相比開罐清洗工藝，不但降低了H2S氣體的危害，而且也縮短了脫氣除油罐的停車時(shí)間，更加有利于海洋石油平臺(tái)的油氣生產(chǎn)。

4 結(jié)論

文章主要從含H2S深水導(dǎo)管架平臺(tái)含油生產(chǎn)污水處理流程遇到的重量控制問題入手，通過(guò)引用新型聚結(jié)脫氣除油罐，降低了含油生產(chǎn)污水處理工藝設(shè)備設(shè)施占地面積與重量；對(duì)比了兩種新型聚結(jié)脫氣除油罐聚結(jié)內(nèi)件清洗工藝，在線反沖洗工藝流程在清洗脫氣除油罐聚結(jié)內(nèi)件時(shí)可以實(shí)現(xiàn)不開罐作業(yè)，在降低H2S危害并確保操作人員人身安全方面更為有利，為今后含H2S深水導(dǎo)管架平臺(tái)含油生產(chǎn)污水處理工藝設(shè)計(jì)提供了一定參考。