水力旋流器設備及流程優化改造與應用

崔大勇(中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300457)

水力旋流器設備及流程優化改造與應用

崔大勇(中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300457)

水力旋流器是一種應用于非均勻相混合物分離的設備,通常應用于污水處理系統的一級除油設備，利用油水密度差在離心力的作用下將油水進行分離。由于其理論處理效率高、占地空間小的優點在海上采油平臺中廣泛使用。但目前在渤海地區內無成功使用的案例，在實際應用當中發現其處理效果不明顯，而且含油污水的排量較大對平臺的排放系統產生巨大的壓力，增加現場工作量，大多數基本處于停用狀態。錦州25-1南油氣田通過對水力旋流器現場調試和數據分析找出影響水力旋流器處理效果的因素，對水力旋流器系統進行了優化改造，通過現場調試，大幅提高了水力旋流器的處理效率。

水力旋流器排氣墊片化學藥劑濃度

1 研究背景

1.1 設備簡介

水力旋流器是重力聚結器的一種，它利用兩種液體的密度差，借助于離心力，使油滴從水中分離出去。水力旋流器的主要部件有：殼體、旋流管、支撐板，固定板、底流口、溢流口等。

錦州25-1南的水力旋流器86根旋流管分為三個區域，一區為18根旋流管，二區為34根旋流管，三區為34根旋流管。三個區域的旋流管共用一個入口（此處不能將三個區域分別隔離），而在旋流管的溢流口（水力旋流器排油口）和旋流器的底流口（水力旋流器水相出口）分別將三個區域設置了閥門。此分區設計的目的是，單根旋流管有一個處理液量的范圍，理論值是0.68-4 m3/h，建議在3 m3/h的工況下運行，為了使油田生產污水產量在不斷變化的工況下盡量滿足旋流管的處理量要求，可根據油田產水量的變化選用不同數量的旋流管組合，使每個投用的旋流管都處在最佳的工作狀態。

1.2 水力旋流器現場使用情況

目前渤海地區QK18-1油田、JZ9-3油田、BZ26-2油田均使用了水力旋流器，但目前均無法正常使用，具體為：

2 設備問題分析

一般水力旋流器在使用過程中需要保證幾個參數：進出口壓差、油水相壓差比、單根處理量、入口含油濃度等，在現場調試過程中發現，油水相兩端的三個分區通過“T型”凸臺機械密封，但由于密封面貼合不精密，水力旋流器油相三個分區和水相三個分區間分別存在內漏現象，例如在投用18根旋流管區域處理污水時，其它兩個34根旋流管的油、水竄入18根油水腔室，這樣看來，雖然投用的是18根旋流管區，但是實際上三個區都在使用，由于分區間的內漏存在，導致水力旋流器進出口壓差小，影響旋流效果。

同時通過現場調試發現水力旋流器入口污水中溶解氣對水力旋流器處理效率影響較大。由于溶解氣隨著壓力的降低脫出自由氣體，大量自由氣體在旋流場中不進行旋流直接從出口竄出破壞流體的流動形態（呈段塞狀），同時攜帶污油從水相出口流出降低處理效率。

3 設計思路與方案

3.1 問題解決思路

水力旋流器油相三個分區和水相三個分區間分別存在內漏問題，根據設備結構設計新型墊片進行密封，通過現場測繪數據制作“O/T”石墨纏繞墊片進行安裝。根據溶解氣降壓后脫氣原理，對水力旋流器入口污水流程設計脫氣流程，由于現場空間小無法添加新的脫氣設備，考慮在原有流程中增加排氣流程，與此同時對油相出口流向進行改造，減少對污油排放系統負擔。

3.2 排氣流程改造方案

根據平臺現場實際情況，增加排氣流程，由于壓降使污水中的自由溶解氣析出并排出。與此同時，將水力旋流器的油相出口一同引入三級分離器，大大減輕了污油罐T-3004的負擔，減少現場操作人員頻繁啟泵轉液的工作量。

4 現場調試分析

4.1 水力旋流器及流程優化前后數據對比

目前本平臺污水處理量為900m3/d，一級分離器水相處理量穩定在30 m3/h，一級分離器溫度為47℃。以下三組數據針對于相同工況，不同條件下的調試結果。

對以上三組數據進行對比分析：

數據一（綠色區域）:在未安裝O/T墊片時降壓排氣時數據，由于油相三個分區和水相三個分區間存在內漏現象，在小排量條件下未經處理的污水直接進出口，影響除油效率，于此同時由于內漏現象油水相壓差較小，經過處理區域的污水旋流效果差，綜合兩種原因共同影響了水力旋流器的處理效果。

數據二（黃色區域）：安裝O/T墊片后并對入口污水進行降壓脫氣，減小了自由溶解氣對水力旋流器的影響，與數據一相比進出口壓差上漲明顯，同時處理效率明顯提高。

數據三（藍色區域）：未進行降壓排氣，在使用18根旋流管時，經過旋流管壓差較大脫氣嚴重，氣體影響了水力旋流器的工作效率，在取樣點取樣時也明顯排氣量較大；但是在此工況下投用34根旋流管時壓差較小，影響旋流效果。

綜上所述：通過對水力旋流器O/T墊片的安裝與流程排氣流程的改造大大提高了水力旋流器的處理效果。

5 實施效果

在前期調試使用過程中由于水力旋流器的制造缺陷直接導致水力旋流器的處理效率低下，調試過程中發現溶解氣影響其處理效果，除此之外溫度也是重要的影響因素，但是由于本平臺水力旋流器水相進口之前無加熱器，無法通過提高或降低溫度進行試驗，因此本文不對溫度因素進行分析。錦州25-1南油氣田通過對設備和流程的優化改造將水力旋流器處理效率由30%提高至85%以上，達到了理想的使用效果，具有一定的推廣意義。