提升水力旋流器除油效率的方法研究與實踐

余合林，郭紀強

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

1 水力旋流器的特性簡介

水力旋流器是一種應用于非均勻相混合物分離的設備。水力旋流器的工作原理是在一定的壓差條件下，依靠兩種不相溶液體之間的密度差，利用含油污水在旋流管內高速旋轉所產生的渦流作用下進行離心分離，將密度大的水拋向旋流管外側，成螺旋狀從底流口排出，而密度較小的油滴則聚集在錐管中心低壓區形成油芯，并從溢流口排出，從而實現油水分離。

水力旋流器的主要構件包括殼體、旋流管、支撐板，固定板、底流口、溢流口等。一臺水力旋流器是由多個旋流管組成的，每個旋流管的處理量乘以旋流管的個數就是這臺水力旋流器的實際處理量。油水分離水力旋流器有大小兩個錐段和長長的尾管結構，這是由于液—液旋流器中兩相液體的密度差比較小，液體尺寸也比較小，所以液—液分離比固—液分離要困難。因此，為了適應這一特點，液—液旋流器一般都設置一個錐度很小的錐段，小錐角可以使錐段具有相當長的長度，從而保證足夠的分離空間和時間；另外，為了減小流體通過旋流器的壓降，在小錐段和圓柱段之間還設置了大角度的錐段，它的作用除了降低壓降外，還可以減輕由于流體剪切力引起的大液滴破碎成小液滴的現象，從而保證較高的分離效果。增加尾管的主要作用就是增加液體之間的滯留時間，增強分離效果。旋流管結構簡圖如圖1。

圖1 旋流管結構簡圖

某海上油田污水處理系統采用水力旋流器作為第一級處理設備，處理來液量為該平臺一級生產分離器分離出的生產污水。該水力旋流器共有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，水力旋流器的排油口和水相出口對應這三個區域分別設置了隔離閥門。此分區設計的原因是：單根旋流管處理液量范圍是0.68～4m3/h，為了滿足油田不同生產污水量的處理需求，可根據油田產水量的變化選用不同數量的旋流管，使每個投用的旋流管都處在最佳的工作狀態，確保水力旋流器處于最佳運行工況，提高除油效率。旋流管分區圖如圖2。

圖2 旋流管分區圖

2 水力旋流器存在的問題

作為該平臺污水處理系統的第一級關鍵設備，水力旋流器的除油效率無法達到設計除油效率80%～90%的要求，除油效率僅為50%～70%左右，除油效率較低，導致后續污水處理設備處理難度增大，嚴重影響污水處理系統的正常運行。同時，根據處理液量需求，在水力旋流器三個分區的旋流管全部投用工況下，其除油率明顯高于只投用部分分區旋流管工況下的除油效率，無法滿足小流量污水量的處理的生產工況需求。

3 水力旋流器除油效率低的主要原因分析

3.1 生產污水溶解氣量較大，影響水力旋流器的除油效果

該平臺一級分離器的操作壓力較高——1800kPa，分離器分離出來的生產污水含溶解氣量較大，進入水力旋流器后，大量的溶解氣變為自由氣，在旋流管內出現氣柱,影響污油向旋流管中心聚集，導致水力旋流器除油效率低。

3.2 生產污水流量不穩定，影響水力旋流器穩定運行

受分離器上游段塞流影響，分離器的處理液量波動較大，導致水力旋流器供液量不穩定，入口壓力和流量波動較大，嚴重影響水力旋流器的運行工況，導致水力旋流器的除油效率較低。

3.3 旋流管分區密封不嚴

根據水量變化，投用水力旋流器不同分區的旋流管時，旋流管三個分區的密封存在內漏，污水向沒投用區域的旋流管泄漏，這部分污油水在旋流管內沒有旋流起來，沒有旋流也就沒有處理，沒有經過處理的混合液向油相和水相竄流，導致排油含水較高和水相含油高。

3.4 生產污水固體雜質含量較高，堵塞旋流管

生產分離器分離出來的生產污水固體雜質以及懸浮物含量較高，直接進入旋流管后容易堵塞旋流管的油相溢流口和底流出水口，造成旋流器除油效率低下。

3.5 生產污水溫度較低

生產分離器分離出來的生產污水溫度為45℃左右，水溶液黏度相對較高，進入旋流管后影響油水分離效率。

4 解決措施

4.1 增加脫氣罐，降低生產污水溶解氣量和固體雜質

在水力旋流器入口增加一級脫氣罐裝置，促使從一級分離器內分離出來的高含氣量生產污水進入脫氣罐后充分脫氣，減少進入旋流器內的溶解氣量，減弱空氣柱對油水分離的影響。同時，生產污水進入脫氣罐后，還能通過沉降有效去除固體雜質和懸浮物，減少進入旋流器的固體雜質。

4.2 增加生產污水供給泵，穩定旋流器入口流量和壓力

可以在旋流器入口增加生產污水供給泵，能夠有效地穩定旋流器的入口流量和壓力，并根據不同生產工況進行流量和壓力的調整，保證旋流器能夠穩定運行，提升除油效率。

4.3 完善旋流管分區密封

對旋流管分區密封增加石墨密封墊子，確保3個分區之間形成有效密封，消除分區之間有互竄的現象，提升油水分離效果。

4.4 注入化學藥劑

向生產污水內注入適量的破乳劑和絮凝劑，消除污水內的乳化層，降低懸浮物含量，降低旋流管被堵塞的概率，提升水油在旋流管內的分離效率。

4.5 合理控制旋流器差壓比

根據不同的污水處理量，合理控制水力旋流器的差壓比，保證入口、底流出水口和溢流口有一個合理的壓力分配關系，將壓力降和處理時間控制在合理范圍內，提高旋流器的除油效率。

4.6 適當提高生產污水溫度，降低水溶液黏度

適當提高生產分離器的分離出來的污水溫度，降低水溶液黏度，能夠適當提高水力旋流器分離性能，提高除油效果。