原油沉降罐機(jī)械式調(diào)節(jié)水箱調(diào)節(jié)范圍的設(shè)計(jì)

摘 要：機(jī)械式調(diào)節(jié)水箱是原油沉降罐上用于進(jìn)行油水界面控制的最常用的裝置，通過(guò)水箱操縱桿上下移動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)溢水高度，從而控制油水界面的上下移動(dòng)。

關(guān)鍵詞：原油沉降罐；機(jī)械式調(diào)節(jié)水箱；油水界面；調(diào)節(jié)范圍

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.066

1 概述

原油沉降罐主要是依靠水洗段的水洗作用和沉降段的重力沉降作用，實(shí)現(xiàn)原油和含油污水的分離。由于原油與水的密度不同，其密度差，使得水向下沉，油上浮，從理論上來(lái)講，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的沉降，可以得到一個(gè)清晰的油水界面。在油田原油、污水處理過(guò)程中，為滿足工藝對(duì)出水、出油指標(biāo)的不同要求，需控制沉降罐中的油水界面在合適的高度處，機(jī)械式調(diào)節(jié)水箱就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)這一要求的。

沉降罐機(jī)械式調(diào)節(jié)水箱（見(jiàn)圖1）主要由通氣管、水箱操縱桿、水箱殼體、水箱內(nèi)部構(gòu)件及降液管組成。它主要功能是調(diào)節(jié)溢油高度，從而控制油水界面的位置，保證工藝流程。操作時(shí)，要想油水界面上移，轉(zhuǎn)動(dòng)水箱操縱桿手輪使絲杠向上移動(dòng)，反之想要油水界面下移，轉(zhuǎn)動(dòng)水箱操縱桿手輪使絲杠向下移動(dòng)。

2 設(shè)計(jì)思想及公式推導(dǎo)

如果考慮到沉降罐油水界面處有復(fù)雜的乳化層存在，會(huì)使整個(gè)設(shè)計(jì)變得更為復(fù)雜。設(shè)計(jì)時(shí)，一般不考慮罐體內(nèi)復(fù)雜的液體存在體系及液體的流動(dòng)，而是簡(jiǎn)化沉降罐中油水存在形式，即假設(shè)沉降罐中的原油和污水完全分離，存在有一個(gè)清晰的油水界面（見(jiàn)圖2）。這時(shí)可以把沉降罐和調(diào)節(jié)水箱看作一個(gè)連通器。

設(shè)原油的密度為ρ油；水的密度ρ水；溢油處到油水界面的高度為h油（即油層厚度）；溢水處到油水界面的高度為h水；溢油與溢水高差為Δh。

依據(jù)U型連通管原理（見(jiàn)圖3），同一介質(zhì)同一高度處等壓的原則可得到：

ρ油h油=ρ水h水

h水=h油-Δh

解上述方程可得：Δh=（ρ水-ρ油）h油/ρ水，即可得到溢油溢水高差Δh與油層厚度h油的關(guān)系。

3 調(diào)節(jié)水箱調(diào)節(jié)范圍的確定

沉降罐機(jī)械式調(diào)節(jié)水箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，一般為定型尺寸，調(diào)節(jié)范圍一般取400mm、600mm、800mm。上述公式中油層的控制高度一般根據(jù)工藝要求確定，油、水的密度可檢測(cè)出來(lái)，故可以得出理論的油水高度差Δh，即可得到調(diào)節(jié)水箱所需的調(diào)節(jié)范圍。

實(shí)際應(yīng)用中，還應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)墓こ淌┕ふ`差會(huì)使調(diào)節(jié)水箱的理論調(diào)節(jié)范圍與實(shí)際的有一定偏差。以寧海聯(lián)合站工程中的3000m3加高一次沉降罐調(diào)節(jié)水箱為例：

原油密度ρ油=0.9344g/cm3；

水密度取ρ水=1.0 g/cm3；

溢油高度經(jīng)流程計(jì)算確認(rèn)為12m，油水界面最低在5m處，即油層厚度要求控制最高為h油=7m。

按照理論的計(jì)算，可得Δh=459mm，一般可取600mm的調(diào)節(jié)水箱范圍，但把最大高差600mm代入公式，反推出能實(shí)現(xiàn)的最大油層厚度為h油=9146mm。考到施工存在著一定的施工誤差、及后期原油密度的變化，工藝需做極限考慮，即可能出現(xiàn)極限12m厚油層，的故選擇了800mm，取水箱到達(dá)最大調(diào)節(jié)范圍的時(shí)候液面與溢流油液面等高，再根據(jù)水箱固定筒的高度及罐體焊縫的位置最終確定出h出水的位置。

4 誤差產(chǎn)生因素分析

本方法誤差產(chǎn)生的原因一般有以下幾個(gè)方面：

（1）因推導(dǎo)公式是先假設(shè)沉降罐內(nèi)的油水是在靜止?fàn)顟B(tài)下運(yùn)用連通管原理推導(dǎo)而得到的，而實(shí)際上沉降罐內(nèi)部的含水原油及污水是波動(dòng)的，不穩(wěn)定的，油水界面本身控制很難；

（2）工程施工中會(huì)存在一定的施工誤差，使得實(shí)際中的油水高差與理論有一定的差別，從而會(huì)影響到油水界面的控制；

（3）由于進(jìn)入沉降罐的原油密度與設(shè)計(jì)值存在差異，密度的取值會(huì)影響界面的變化，導(dǎo)致水箱操作桿調(diào)節(jié)的存在一定的偏差；

5 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)際應(yīng)用中選取的調(diào)節(jié)范圍因考慮到各個(gè)誤差的存在，選取的范圍一般都考慮了各種因素，故能滿足工程實(shí)際應(yīng)用。機(jī)械式調(diào)節(jié)控制原油沉降罐油水界面的方法也在新疆油田、勝利油田等各大油田得到了廣泛的應(yīng)用，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用反饋，這種調(diào)節(jié)控制出油出水指標(biāo)的方式計(jì)算簡(jiǎn)單、易于操作、運(yùn)行方便。通過(guò)理論設(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)械式調(diào)節(jié)水箱的調(diào)節(jié)范圍能有效的滿足了生產(chǎn)的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮叔初，郭揆常等.油氣集輸與礦場(chǎng)加工[J].2006（05）.

[2]趙千鎖等.短波油水界面檢測(cè)儀及應(yīng)用[J].煉油化工自動(dòng)化，1996

（04）：56.

[3]喬偉熊.礦場(chǎng)油氣計(jì)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].科技資訊，2008

（24）：53.

作者簡(jiǎn)介：馮勛驕（1990-），男，山東巨野人，本科，助理工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造。