液-液型水力旋流器在錦州25-1油田污水處理中的應用

何 睿，張繼偉 （中海油 （中國）有限公司天津分公司，天津300452）

當前我國很多油田都進入了高含水開采期，井流液相含水達到80%～90%，處理后生產污水必須達標排放或回注。傳統的重力沉降法對采出液進行油水分離需要3～4h，而且常規分離器、斜板撇油器等占地面積大、工程造價高、系統壓力利用不充分。為改變上述狀況，中國海洋石油總公司的海上石油平臺應用了多種生產污水處理工藝，其中液-液型水力旋流器作為其中一種重要污水脫油設備，具有操作簡單、分離效率高、單位容積處理量大、設備成本低、體積和占地面積小等優點，在海上石油平臺生產工藝的油田產液預分離和含油污水處理中的發揮越來越大的作用。為此，筆者結合生產實際，對液-液型水力旋流器在海上石油平臺污水處理系統中的應用進行闡述。

1 工作原理

液-液型水力旋流器是重力聚結器的一種，其結構如圖1所示［1］。該裝置在工作時，含油污水沿切線方向進入圓筒渦旋段后形成旋流再進入縮徑段，由于縮徑段截面改變，使流速增大并形成螺旋流態，利用油和水的密度差，使水附著于旋流管壁而油滴向錐管中心移動。流體進入細錐段后，由于該段截面不斷縮小，流速繼續增加，離心力也隨著增大，小油滴被擠入錐管中心聚合形成油心，在凈化水沿著旋流管壁呈螺旋線向前流動的同時，低壓區的油心向后流動并從溢流口排出，而凈化水則由集水腔流出，從而完成油水分離。

圖1 液-液型水力旋流管結構原理圖

2 現場應用

2．1 施工工藝參數

錦州25-1油田通過熱化學分離、重力分離等方式將原油三相分離，分離出的污水進入污水處理系統。生產污水處理工藝流程為生產水脫氣罐→生產水增壓泵→水力旋流器→氣浮選器 （入口含油在300ppm以下）→核桃殼進料泵→核桃殼濾器→注水精細濾器→注水緩沖罐 （見圖2）。

圖2 錦州25-1油田生產污水處理工藝流程

根據生產污水不同流量跨度，將該裝置腔體內部設置3個處理能力相同的區域 （第1、2、3區），3個分區可以根據處理量的不同，既可單獨使用也可組合使用，同時還可以通過調整參與工作的旋流管數量來更好地適應不同生產污水處理量的需求。該設備具有反沖洗的功能，設計最大處理能力為256m3／h，最小處理能力15m3／h，要求含油水進口含油量大于2000mg／L，凈化水出口含油量小于100mg／L。

2．2 影響因素分析

1）化學藥劑的影響 該裝置的處理效果與生產污水中含油顆粒直徑大小有很大關系。如果顆粒太小 （小于20μm），則無法將其甩出；如果污水中的含油呈現乳化狀態，該裝置也不能將乳化油脫出。該裝置的處理效果與生產流程中加入的破乳劑的破乳效果有直接關系，破乳效果好，油水分層明顯，生產污水中不會有太多的絮狀物。為此，針對錦州25-1原油性質進行現場試驗來篩選適合的破乳劑。對比添加篩選的破乳劑前后生產污水處理效果，發現生產污水處理指標明顯好轉，排放檢測生產污水含油從添加化學藥劑前的300mg／L以上減至80mg／L以下。這說明使用合適破乳劑對于水力旋流器的分離效果非常關鍵。

2）差壓比及流量的影響 為了解不同差壓比和流量對生產污水處理效果的影響，分別按照手動控制和自動控制模式對水力旋流器進行調試，調試結果如表1所示。

表1 水力旋流器調試記錄表 （2011年）

從表2可以看出，如果生產污水流量為40～50m3／h，水力旋流器的水出口含油可以控制在300mg／L以下，滿足下游氣浮選器對入口含油的要求，但未達到設計要求 （小于100mg／L），而小流量 （15～30m3／h）的處理效果更是不理想，其原因在于水力旋流器的水出口壓力無法在現有流程下降低到理想設定值 （約為入口壓力的一半），導致油和水的2個出口的壓力高，差壓比的可調范圍太小，無法建立足夠的差壓來驅動含油生產水在旋流管內的旋轉，從而使油水分離效果差。此外，在生產污水流量合適的條件下，通過自動控制差壓比的污水處理效果也不理想。理論上通過動態追蹤水出口控制閥開度變化引起的水出口壓差的變化來控制油出口控制閥開度，從而保證設定的壓差比，但實際操作中很難實現，而且水出口的壓力無法降低到理論上需要的設定壓力，導致油和水出口的壓力高，差壓比的可調范圍太小，水出口的含油量不能達到設計要求。出現上述狀況的原因如下：雖然為滿足不同生產污水流量跨度對水力旋流器腔體內部設置3個分區，但使用1個分區 （18根旋流管）時還是多于最小排量所需的旋流管數量，導致旋流速度不足，最終使油水分離效果差。

根據上述分析，用9根堵頭更換了第1區的9根旋流管，并對水力旋流器反沖洗后進行調試，調試結果如表2所示。

表2 水力旋流器調試記錄表 （2011年）

從表2可以看出，在不同地生產污水流量條件下，凈化水含油量為30～80mg／L，水力漩流器的水出口含油可以控制在80mg／L以下，滿足下游氣浮選器對入口含油的要求，也達到設計要求。其原因在于減少旋流管數量之后，單位時間內經過單個旋流管的生產污水流量增加，流動速度加大，從而產生快速旋轉，使油水分離效果得到明顯改善。

2．3 應用效果

目前錦州25-1油田在使用液-液型水力旋流器處理生產污水時，流量控制在30m3／h，生產污水含油濃度在600mg／L左右，處理后凈化水含油濃度在70mg／L左右，達到了設計要求。

3 結論和建議

1）液-液型水力旋流器相對于常規的污水除油裝置，具有重量輕、占地面積小、成本低、處理時間短、分離效率高等優勢，非常適用于海上石油平臺作業。

2）水力旋流器具有較大生產污水流量使用范圍，但對于低流量處理效果不理想，可通過抽取或封堵旋流管來降低生產污水流量。

3）使用水力旋流器時必須設置好進出口差壓比，以此來保證足夠的壓差。

4）最好將水力旋流器與其他生產污水處理裝置配套使用，從而盡可能保證生產污水達標。

5）水力旋流器的自動控制系統操作困難，需要不斷摸索規律，掌握最佳的操作條件。

［1］倪玲英 ．水力旋流器的研究現狀及其在石油工業中的應用前景 ［J］．過濾與分離，1999（3）：1-4．