油田水處理劑生產裝置擴能改造及研究

唐世旺

（中海油能源發展股份有限公司采油技術服務公司，天津塘沽300452）

油田水處理劑生產裝置擴能改造及研究

唐世旺

（中海油能源發展股份有限公司采油技術服務公司，天津塘沽300452）

根據現有水處理劑生產裝置的生產情況，確定造成產量不足的“瓶頸”設備，增加部分設備，制定改造方案，擴大水處理藥劑生產能力，縮短藥劑供應周期，緩解生產壓力，保證海上平臺正常供料。

合成釜；產能；改造；節能

1 概述

作為海上用于油田油氣水處理主要的化學藥劑，水處理藥劑特別是清水劑的供應至關重要，直接影響到原油處理量、生產水處理效果和回注水水質。隨著海上平臺的不斷投產、油田開采的延續，各油田產水量越來越多，水處理藥劑需求量相應的也越來越大。目前生產中心的水處理藥劑生產裝置于2002年投入使用，隨著藥劑需求量的逐漸增加，藥劑合成釜的運轉時間越來越長，并逐漸成為化學藥劑生產瓶頸，海上藥劑供應周期越來越短，供貨壓力也越來越大，水處理劑生產裝置改造工作勢在必行。2009年，油田化學生產中心對水處理劑生產裝置進行了擴能改造，將原有1m3釜擴成3m3釜，并將1m3釜進行改造，大大提高了油田化學生產中心水處理劑的產能，解決了水處理劑的供貨緊張問題。

2 水處理劑生產裝置現狀

圖1是水處理劑生產裝置工藝流程圖，從圖1可以看出：水處理劑車間在用的主要生產設備包括1m3合成釜，2m3合成釜，5m3復配釜三個設備，其中1m3合成釜和2m3合成釜用來化學藥劑合成，合成后的半成品被移到5m3復配釜內進行復配，但由于部分清水劑1#（使用2方釜）合成反應后，需要“熟化”過程，之后才能進入5m3復配釜，“熟化”過程需要時間較長，平均下來每天只能生產1釜（5t左右），其余時間5m3復配釜處于不飽和運轉狀態，而當前清水劑1#需求量很大，為此每月需要生產30天左右才能滿足海上需求。如果海上出現油井酸化或新油井投產等特殊作業造成海上油氣水處理流程波動時必然會加大藥劑用量，造成清水劑供不應求，直接影響到原油生產量，造成嚴重后果。

如果要達到擴能目的，必須打破當前的設備“瓶頸”，即增加新合成釜，使之與5m3復配釜匹配，不僅能夠提高合成中間體產量，同時可以充分利用5m3復配釜，提高其利用率。

3 水處理劑生產裝置改造方案

3.1 設備的選型

參考生產中心在用合成反應釜，本著與其它設備匹配的原則，預計將來可能出現的化工原材料類型和實際生產需要，本次改造根據幾個重點考慮因素對設備及各部件進行了選型：

3.1.1 釜體材質

此釜用于有機中間體的制造，根據原材料及生產過程要求合成釜具備耐酸堿，耐溫差急變性和耐機械沖擊性強的特點，釜體材質選擇為搪玻璃。

3.1.2 體積

根據實際生產需求，同時考慮到要與5m3復配釜匹配，選擇合成釜體積為3m3。

3.1.3 攪拌裝置的選型（包括攪拌器、傳動裝置及攪拌軸的選型）

攪拌器的選型主要從以下幾方面進行考慮：（1）保證從反應器壁或浸入式熱交換裝置到反應混合物能有高的給熱系數。（2）具有顯著的攪拌效果。（3）攪拌所消耗的能量應盡可能小。

表1 常用攪拌器選型對照表

依照表1，結合研發過程以及我們所生產水處理劑的特性，我們選擇的攪拌器如下：

（1）形式：錨式。（2）尺寸：攪拌器直徑 dj=(2/3～9/10)Di；槳葉寬度 b=(0.07～0.1)dj；h=(0.5～1.0)dj。（3）固定方式：與漿式類似，漿葉之間用螺栓連接。（4）材料：扁鋼。

傳動裝置的選擇：（1）根據產品粘度和產品研發時攪拌速度，選擇電機轉速為：1440r/min。（2）減速機要求選擇電動機及配套的減速機，由于產品為高粘度（最高動力粘度26000 Pa.s），故選擇擺線針齒行星減速機：減速比87～9，轉速16～160r/min，功率0.6～30KW，其特點是傳動效率高，結構緊湊，拆裝方便，壽命長，承載能力高，工作平穩，允許正反轉。此合成釜選擇使用大減速比減速機：1：17，攪拌轉速：85r/min，功率5.5KW。（3）攪拌軸的選擇：攪拌軸工作時，主要受扭轉、彎曲和沖擊作用，故軸的材質應有足夠的強度、剛度和韌性。同時結合化學生產時需要耐腐蝕，故此選攪拌軸的材質為45#鋼，外附搪瓷。（4）為滿足不同產品的生產要求，同時起到節能減排的效果，我們在新合成釜增加了變頻控制。

由于清水劑1#原材料粘度較大（最高動力粘度26000 Pa.s），我們讓變頻器運行至65Hz，頻率提高了1/3，相應地電機轉速也提高了30%，節約反應時間，提高工作效率，讓反應更充分，提高了產品質量；針對粘度較低的反應物料，若電機仍工頻運行，勢必浪費電能，造成不必要的消耗，因而我們采用降低轉速的方式，降低轉速，將變頻器的頻率運行至35-40Hz之間，可以起到節能的作用。

3.1.4 夾套類型的選擇

根據產品研發部門提供的產品研發實驗時的反應條件，正常情況下生產時的釜壓在0.1MPa以下，最高溫度在100℃以下，以下表2是各種夾套的使用范圍。

表2 幾種夾套的使用范圍

在釜體積較小時采用整體夾套的形式具備很多優點，更能均勻地保溫，增加換熱面積，換熱效果好，同時從表2可以看出，低壓狀態下可以滿足生產使用，參照類似設備選型情況，我們采用整體夾套中最常用的典型結構，即圓筒的一部分和下封頭包有夾套。

3.1.5 合成釜密封裝置的選型

由于在合成釜內存在化學反應，反應過程中存在著氣體和液體，而釜用機械密封采用垂直于軸的兩個密封元件相互貼合（依靠介質壓力或彈性力），并作相對運動達到密封效果，適用于氣體和液體介質，可以保持設備內的壓力（或真空度），防止反應物料逸出和雜質滲入，故合成釜選用機械密封。轉軸轉速高，攪拌軸采用活動聯軸器（對半結構）連接于傳動軸上，方便攪拌軸與傳動軸間拆裝，機械密封采用短軸聯軸器（使用于所選用的擺線針輪減速機）。

3.2 設備的布置

考慮到水處理劑車間空間以及公用工程管線的連接，同時考慮新釜與原有設備連接方便等因素，我們對設備的擺放采取如下方式：

1）拆除原有1m3釜及相應配套設施。2）改造平臺，并將1m3釜移到酯化釜和原1m3釜之間。3）對原有1m3釜位置平臺進行改造，安裝新3m3搪玻璃釜及相應配套設施，原1m3釜自控設施全部安裝到新3m3搪玻璃釜，1m3釜改為手動操作。4）3m3搪玻璃釜釜底口徑可以與5m3釜實現對接。

3.3 改造后設備的分工

1）將3m3釜替代1m3釜用來合成清水劑1#；2）將2m3釜替代原來的1m3釜合成其它的化學藥劑；3）1m3釜改成手動后，用于產品簡單復配。

4 改造效果

表3 改造前后產量對比表（以專門用3m3釜生產清水劑1#為例）

4.1 從以上表3可以看出，改造后清水劑1#的產量比改造前提高了一倍，夏季配方日產量甚至超過一倍；

4.2 合成釜擴能后，5m3復配釜的利用率大大提高；

4.3 變頻器的使用，使電機轉速下降30%，節電率可達25左右，而且提高了功率因數，減少了無功消耗，據不完全統計，每年可以節約用電5000KW.h，達到節能減排的效果。

4.4 充分使用舊設備附屬設施（儀表、氣動閥等），實現設備設施的廢舊立新，實現設備設施利用率最大化；

4.5 原有1m3合成釜通過手動控制可以用來生產簡單復配產品，有效地利用了設備資源；

4.6 從實際運行情況來看，人員的頻繁加班狀況也得到緩解。

總之，改造后的水處理劑生產裝置已經運行半年有余，通過運行效果觀察，達到甚至超過預期效果，滿足當前清水劑1#供應需求，基本解決了海上藥劑供應緊張狀況，縮短了藥劑供應周期，并為實現產品全面自主化提供了重要條件。

［1］史子瑾.聚合反應工程基礎[M]，北京：化學工業出版社，2004.

［2］吳忠智，吳加林.變頻器應用手冊[M]，北京：機械工業出版社，2007.

［3］《化工廠機械手冊》編輯委員會.化工廠機械手冊——化工設備的維護檢修[M].化學工業出版社，1993.

10.3969/j.issn.1008-1267.2010.05.013

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1008-1267（2010）05-037-03

2010-04-09

唐世旺（1973-），男，工程師，設備監督，1997年畢業于河北工業大學化工工藝專業，天津理工大學在讀碩士，主要從事化工生產以及化工機電儀設備改造維修與維護保養工作。