海洋平臺含油含水污泥無害化處理設計方案研究

陳 希，蘆紅威

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300451）

在油田的生產中，出砂問題廣泛存在且不可避免，目前海洋平臺鉆采工藝主要采用適度出砂的理念，產液及產水中均帶有大量泥沙。目前常用工藝是通過旋流除砂器，對產液及產水進行固液分離。同時，因為分離后的污泥砂中含油，無法直接排海，因此，需要采用特殊工藝，將分離出的濕泥沙進一步處理后，通過船運方式運回陸地，進行進一步的無害化處理。

傳統海洋平臺由于產砂量較小，通常采用人工除砂和人工倒運方式，但是對于熱采稠油油田開發，這種方式并不適用。由于原油黏度較高，為保證采收率，出砂量會放大至0.08%～0.1%。因此，需要專門設計一套進行除砂裝置對系統中的污泥沙進行無害化處理。

本文結合海上平臺特點選用逆流臥式螺旋卸料沉降離心機，簡稱臥螺機，進行除砂系統設計，可以對污泥砂中油水進一步進行分離，同時大幅減輕污泥沙重量，為后續污泥裝船運輸創造條件。如圖1所示。

1 系統方案設計

1.1 主要流程設計

各類分離器底部泥沙通過分離器罐體內部的沖砂管線排入濕砂罐。濕砂罐內固體顆粒含量為10%～30%。為了防止泥砂沉積，罐內配置攪拌器，并通入密封氣，進行罐內的密封保護和壓力維持。

通過位置高差及罐體內壓力，將濕砂罐內的含泥砂污水推至輸送泵入口，由輸送泵將含泥砂污水打入臥螺機，通過臥螺機進行固液分離。分離后的液體重新由開排系統進入生產流程；分離后的固體通過輸送帶直接傳送至環保罐，待收集到一定程度后，整體外運回陸地進行無害化處理。

1.2 控制要求設計

整個系統利用濕砂罐液位高度進行控制，當集砂罐液位高于設定值時，啟動濕砂罐攪拌器、輸送泵和臥螺機，進行固液分離作業。

臥螺機設置主、輔兩臺機組，避免單臺機組工作能力不足的情況。

臥螺機出現故障報警時，能夠自動進行主、輔機切換，并調整輸送泵流量。

1.3 主要參數

主要參數見表1。

表1 主要參數

2 臥式螺旋卸料沉降離心機的特性

2.1 主要工作原理

主機由柱-錐轉鼓、螺旋卸料器、差速器、軸承座、機座、罩殼、主副電機及電器系統構成。其工作原理是：通過回轉體-轉鼓和卸料螺旋的高速旋轉使其內的污水隨之高速旋轉形成液環并產生較高的離心力，加速固液的沉降分離。其中較重的污泥顆粒沉降在液環層的外圈，即沿轉鼓的內壁形成泥環層，通過卸料螺旋與轉鼓的差速由卸料螺旋將泥推出轉鼓。清液環通過堰池口溢流出轉鼓。如圖2，圖3所示。

圖2 臥螺機剖視圖

圖3 臥螺機外形圖

2.2 選型計算

離心機選型的主要依據有以下兩方面。

水力負荷：指單位時間內離心機處理的進料量。

固體負荷：指單位時間內離心機處理的絕干物料量。

當進料濃度較高時（超過1.5%），主要考慮的因素為固體負荷；當進料濃度較低時（小于1.5%），主要考慮的因素為水力負荷。

另外對于離心機本身來講其處理能力也主要與三個因素有關：直徑、長徑比、轉速。其中前兩個因素決定了機器的大小，也決定了離心機的分離面積和容積。而對于同樣的直徑不同的轉速也決定了分離因數的大小。

其中：

∑為當量沉降面積，又稱為離心機的生產能力指數（m2）；ξ為修正系數；VO為每單位∑的處理能力系數；柱錐形轉鼓的∑值可由柱形轉鼓和錐形轉鼓的∑值相加而得：

式中：

Fr為分離因數Fr=ω2×r2/g=2 442；D為轉鼓直徑λ=h/r2；L1為離心機柱段長度；L為懸浮液有效長度。

①軸向速度分布的修正ξ1=0.75；

②終端效應（進出口的影響）ξ2=0.5；

③螺旋葉片占據液池容積約6%，引入修正系數ξ3=0.94；

④螺旋攪動所產生的影響，ξ4=0.6。

因而總的修正系數為：

3 主要性能特點

控制系統選用雙電機雙變頻驅動技術，節能，動態響應快，啟動平緩，運轉過程中無級可調，如圖4所示。

圖4 控制邏輯圖

3.1 分離效果良好，能夠連續作業

臥螺機在離心力的作用下，使固液兩相連續分離，采用高轉速、小差速系統；大長徑比增加了沉淀區，提高了分離效果；高轉速具有很大離心力場，小差速減少螺旋對污泥攪動，增加脫水停留時間，從而提高污泥脫水與澄清的分離效果。

3.2 控制穩定，出料質量高

差速反映了離心機螺旋推料速度快慢，大差速渣相在轉鼓內停留時間短，脫水不充分，渣相含水率高，但能提高處理量；差速小，渣相含水率低，處理量小；采用恒差速控制能使螺旋推料速率始終保持穩定。

3.3 設備運行穩定，維護性好

螺旋推料扭矩反映了離心機的負載情況，扭矩過大容易引起離心機的堵機，嚴重時損壞差速器，扭矩過小容易造成分離效果不理想；采用恒扭矩控制能夠使螺旋推料力矩始終保持穩定，使轉鼓內沉泥不易產生物料堆積現象，避免了堵料的發生。

4 實際運用

熱采平臺的除砂系統是平臺正常生產運行的關鍵系統，本方案兼顧實際運行需求、空間需求和成本控制，為海上熱采平臺的除泥砂方案提供可推廣的借鑒范例，同時也是海上污泥處理的新思路。

5 結束語

1）本方案能夠進一步對含水污泥砂進行脫水處理，降低其含水率，一方面降低外運污泥的重量、體積，從而降低運行成本，另一方面可以有效避免外運過程中的泄漏風險，降低環保壓力。

2）分離后的液體進入平臺處理流程，進一步提高平臺產出率。

3）該方案已經在渤海某熱采平臺設計方案上得到使用。