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(chǎn)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(qū)形成油芯，并從溢流口排出，從而實現(xiàn)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(shù)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(xiàn)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(tǒng)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(chǎn)分離器分離出的生產(chǎn)污水。該水力旋流器共有86根旋流管，分為三個區(qū)域：一區(qū)為18根旋流管，二區(qū)為34根旋流管，三區(qū)為34根旋流管。三個區(qū)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(qū)域分別設置了隔離閥門。此分區(qū)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(chǎn)污水量的處理需求，可根據(jù)油田產(chǎn)水量的變化選用不同數(shù)量的旋流管，使每個投用的旋流管都處在最佳的工作狀態(tài)，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(qū)圖如圖2。

圖2 旋流管分區(qū)圖

2 水力旋流器存在的問題

作為該平臺污水處理系統(tǒng)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(xù)污水處理設備處理難度增大，嚴重影響污水處理系統(tǒng)的正常運行。同時，根據(jù)處理液量需求，在水力旋流器三個分區(qū)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(qū)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)污水含溶解氣量較大，進入水力旋流器后，大量的溶解氣變?yōu)樽杂蓺猓谛鞴軆瘸霈F(xiàn)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(chǎn)污水流量不穩(wěn)定，影響水力旋流器穩(wěn)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(wěn)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(qū)密封不嚴

根據(jù)水量變化，投用水力旋流器不同分區(qū)的旋流管時，旋流管三個分區(qū)的密封存在內漏，污水向沒投用區(qū)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(jīng)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(chǎn)污水固體雜質含量較高，堵塞旋流管

生產(chǎn)分離器分離出來的生產(chǎn)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(chǎn)污水溫度較低

生產(chǎn)分離器分離出來的生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)污水供給泵，穩(wěn)定旋流器入口流量和壓力

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

4.3 完善旋流管分區(qū)密封

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

4.4 注入化學藥劑

向生產(chǎn)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(jù)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(chǎn)污水溫度，降低水溶液黏度

適當提高生產(chǎn)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。