加氣浮選器收油自動化升級改造

董鵬林，柴 威，劉明宇

(中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業公司 天津300452)

加氣浮選器收油自動化升級改造

董鵬林，柴 威，劉明宇

(中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業公司 天津300452)

加氣浮選器利用在含油污水中通入的大量氣泡作為載體，使油珠和懸浮物與污水分離，除油效果十分明顯，眾多海洋石油平臺青睞于將其作為生產污水處理系統的二級設備。由于目前調整收油液位高度只能由人工攀爬到罐頂手動調節堰板高度實現，大大增加了現場員工的工作量，錦州25-1南油氣田對加氣浮選器上控制堰板高度的執行機構手輪進行了智能化改造，將人工調節變為中控電腦控制調節，極大減少了現場員工的工作量，收油效果也得到了明顯改善。

加氣浮選器 堰板收油 電動執行器 DCS系統

1 研究背景

錦州25-1南油氣田主要開發油氣層系為沙河街和太古界，由于其地層特征，因此對注水水質的要求十分嚴格。注水水質指標中的含油要求≤5,mg/mL，對污水處理設備的要求更高。但作為錦州25-1南油氣田生產污水處理系統二級設備的加氣浮選器，在實際應用中卻發現在設計上存在一定的缺陷，而且調節收油槽液位時，需人工頻繁爬上罐頂手動調節控制堰板的手輪，不僅降低了工作效率，而且收油效果也很不理想，為此錦州25-1南油氣田對控制調節堰板執行機構的手輪進行了自動化改造。

1.1 污水處理系統流程簡介

錦州25-1南油氣田的生產污水處理系統如圖1所示，來自原油處理系統的生產污水首先進入水力旋流器，經水力旋流器處理的含油污水與原油系統二、三級分離器分離出的含油污水一同匯合后進入加氣浮選器進行進一步除油，經生產水輸送泵輸送到核桃殼過濾器作進一步處理，與水源井來水一起進入纖維球快速過濾器，經快速過濾器處理后進入注水緩沖罐作為注水水源。

圖1 JZ25-1S油氣田污水處理流程簡圖Fig.1Schematic of JZ25-1S oil and gas field sewage treatment process

1.2 加氣浮選器問題分析(見圖2)

目前錦州25-1南油氣田氣浮入口來液來源主要是水力旋流器出口，二級分離器水相出口、三級分離器水相出口、污水泵出口、生產水輸送泵出口回流等幾路來液的匯合。根據圖2錦州25-1南油氣田加氣浮選器內部原理結構簡圖，可知生產污水水源從入口進入加氣浮選器后，通過一次收油槽、二次收油槽和清水室收油槽進行收油處理合格后，從出口經生產水輸送泵到下一級處理設備進行進一步處理。錦州25-1南油氣田加氣浮選器處理能力為300,m3/h，要求進口含油≤300,mg/mL，出口含油≤30,mg/mL。

圖2 錦州25-1南油氣田加氣浮選器內部結構簡圖Fig.2 Schematic of interior structure of the floatation cell of JZ25-1S oil and gas field

根據圖2可知，加氣浮選器內的一次收油槽為主要收油區，其收油的好壞直接影響該設備的處理效果，而要調節好污水室一次收油液位，就需要通過加氣浮選器罐頂的手輪2調整進清水室可調堰板的高度來實現。目前加氣浮選器入口各路來液中水力旋流器出口為手動控制，來液量較為穩定，但二級分離器水相來液因污油罐、污水罐、CEP及A平臺閉排罐的不定期轉液，使得氣浮選器混合室液位很不穩定，導致一次收油槽液位波動大，不能穩定收油效率，嚴重影響一次收油效果。當上游來液量不穩定時，污水室的液位過高或過低都影響一次收油效果。一次收油槽液位過高說明污水進入槽子，浮油仍然在污水上面，無法進行收集；若液位太低則無油進入收油槽，同樣無法起到收油效果。

因此每次在一次收油槽滿液或無液的情況下，都需要現場人員爬到罐頂手動控制手輪2調節液位，然后再從罐頂下來去取樣口觀察一次收油情況，往返數次后，才能使其達到一個穩定的收油液位。但是隨著油氣田的生產，生產污水量的上漲趨勢明顯，因而各級油水分離設備及除油設備負荷增加，各相關水泵轉液頻率也逐漸上升，混合室液位產生較大波動的頻率隨之加大，導致手輪2調節的頻率出現了明顯上升的態勢。一次收油液位調整不好，導致后面的二次和清水室收油效果也變差，造成現場操作人員往返加氣浮罐頂一天達數十次，一方面工作量繁重，另一方面增加了人員爬梯時跌落摔傷的風險，而注水水質不達標更是嚴重影響平臺生產的穩定。

2 解決方案

為了保證注水水質，降低人員工作量，保證安全，錦州25-1南油氣田創新性地提出將手輪2改造為自動控制模式，并響應公司降本增效的號召，將氣浮選器一次收油手輪電動執行機構改造列為自檢自修項目，利用自身專業知識以及油氣田庫房現存的物料，達到自己改造、自己測試，以實現全程自檢自修的目的。

現場改造過程中也克服了很多困難。首先是電動執行器與手輪的連接不配套，需要制作連接件；其次現場電動執行器與中控之間實現數據傳輸和控制，需要重新查找校線；另外根據工藝流程需求，工藝人員要對電動執行器的調試數據做反復對比總結，以實現電動執行器的參數設定。在反復鉆研和現場大量的調試后，完成了對電動執行器參數的設定，實現了污水室收油液位可以通過中控自動調控的功能。

3 主要部件簡介

3.1 ABB ONTRAC多轉式電動執行器

ABB ONTRAC多轉式電動執行器(見圖3)結構堅固耐用，適用于操作端控制元件，廣泛應用于能源、化工、石油與天然氣、水與污水處理等行業。附加的齒輪傳動裝置(用于有限轉角、直線運動)能與各種類型的閥門相互匹配適用。智能型多轉式執行器具有多種擴展功能，如自診斷功能，大大簡化了調試工作。MME800系列執行器可以通過使用方便的紅外通訊接口或任選的總線接口進行通訊。

圖3 ABB ONTRAC多轉式電動執行器Fig.3 ABB ONTRAC multi-turn electric actuator

3.2 連接件

電動執行器與氣浮手輪之間連接件由車床制作，其中傳動部分恰好可與電動執行器相連，底座可安放在氣浮手輪傳動桿上。為了增加連接件與手輪旋轉部分的接觸面積，考慮在連接件上焊接與手輪旋轉部分尺寸大小相當的六角形擋板，這樣即可在連接件尺寸合適的基礎上增加電動執行器旋轉部分與氣浮手輪受力旋轉部分的接觸面積，減小轉動扭矩，保證使用過程中的穩定性(見圖4)。

圖4 連接件-開槽螺母Fig.4 Fittings-slotted nuts

3.3 支架

為避免電動執行器直接與氣浮一次手輪執行機構接觸、電動執行器重量壓迫密封件導致密封件損壞，考慮焊接支架對電動執行機構進行固定，支撐其重量，支架頂端焊接鋼板以使固定電動執行器和支架(見圖5)保持穩定。

圖5 支撐電動執行機構的支架形式圖Fig.5 Support of the execution mechanism of electric actuator

4 改造過程

4.1 對連接件進行制作

根據解決方案，油氣田員工首先對現場手輪2的執行機構連接部件進行測繪，并利用油氣田機修間的設備進行連接件的制作。

4.2 對電動執行器支架進行制作

完成對執行機構連接件的制作之后，根據電動執行器的現場安裝位置，對其支架的尺寸進行測量和制作。

4.3 對電動執行器及附件現場安裝

在完成對電動執行器連接件以及支架的制作之后，現場對電動執行器及其附件進行安裝就位。

4.4 對電動執行器進行調試

在完成對電動執行器及其附件的安裝后，現場開始對其進行調試，經過調試使得電動執行器可以實現對手輪2的自動調節功能。

5 改造后效果(見圖6)

圖6 加氣浮選器電動執行器中控調控畫面Fig.6View of the central control interface of actuator of the floatation cell

經過上述一系列的工作之后，在中控就可以通過控制回路對電動執行器進行控制(見圖6)，從而對可調堰板的高度進行控制，實現了加氣浮選器一次收油液位調控的自動化，不僅大大節省了現場操作人員的工作量，提高了工作效率，同時成功解決了由于上游來液量波動給加氣浮選器收油液位帶來的沖擊，保證了收油液位的穩定性，使得加氣浮選器的污水除油效果有了明顯的改善。

6 總 結

錦州25-1南油氣田現場人員通過對現場實際情況進行分析，積極主動地進行現場改造，實現了加氣浮選器可調堰板的自動控制。隨著加氣浮選器收油效率的提高，其對下游設備核桃殼過濾器的污染率降低了30%,，延長了濾料的使用壽命，從而增加了核桃殼濾料更換周期，節約了污水處理成本；較好的水質減輕了對地層的二次污染，減少各油水井的解堵頻次(估算每年至少2次)，大幅降低作業費用，保證了油氣田的高產穩產。同時人員的工作效率提高，單純由此節省3,h/人天，效果顯著。規避了人員頻繁上下罐體帶來的風險。此次改造通過自檢自修，全程由平臺人員完成，為平臺節約了外委費用，也為其他海上生產單元解決類似問題提供了寶貴的經驗。■

［1］ 崔大勇. 錦州25-1南油氣田加氣浮選器設備內部優化與應用(內部資料)[Z].

［2］ 凌志浩. 工業自動化儀表系列叢書[M]. 1版，北京：機械工業出版社，2007：165.

［3］ 污水氣浮處理工程技術規范[S]. HJ 2007—2010，北京：中國環境科學出版社，2011.

［4］ 高東. 工業廢水處理之“氣浮法”[J]. 科技傳播，2010(8)：147-148.

The Upgrading and Transformation for Automatic Oil Skimming of Floatation Cell

DONG Penglin，CHAI Wei，LIU Mingyu
(CNOOC China Ltd. Tianjin Branch Liaodong Operating Co.，Tianjin 300452，China)

Floatation cell depends on making bubbles into oily water to effectively skim oil and suspended matters from sewage. Many offshore oil platforms usually use it as the second sewage facility. However, in order to adjust the liquid level, operators have to climb to the top of the facility and manually carry out height adjustment of weir-plate, which increases the workload. The handwheel actuator on flotation cell of JZ25-1S Oil Field was transformed from manual control to the CCR computer control, which greatly reduces the workload of operators and considerably improves skimming efficiency.

floatation cell；weir-plate oil skimming；electric actuator；distributed control system

TE953

：A

：1006-8945(2016)10-0008-03

2016-09-09