油田水處理劑生產(chǎn)裝置擴能改造及研究

唐世旺

（中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術(shù)服務(wù)公司，天津塘沽300452）

油田水處理劑生產(chǎn)裝置擴能改造及研究

唐世旺

（中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術(shù)服務(wù)公司，天津塘沽300452）

根據(jù)現(xiàn)有水處理劑生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)情況，確定造成產(chǎn)量不足的“瓶頸”設(shè)備，增加部分設(shè)備，制定改造方案，擴大水處理藥劑生產(chǎn)能力，縮短藥劑供應(yīng)周期，緩解生產(chǎn)壓力，保證海上平臺正常供料。

合成釜；產(chǎn)能；改造；節(jié)能

1 概述

作為海上用于油田油氣水處理主要的化學(xué)藥劑，水處理藥劑特別是清水劑的供應(yīng)至關(guān)重要，直接影響到原油處理量、生產(chǎn)水處理效果和回注水水質(zhì)。隨著海上平臺的不斷投產(chǎn)、油田開采的延續(xù)，各油田產(chǎn)水量越來越多，水處理藥劑需求量相應(yīng)的也越來越大。目前生產(chǎn)中心的水處理藥劑生產(chǎn)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(zhuǎn)時間越來越長，并逐漸成為化學(xué)藥劑生產(chǎn)瓶頸，海上藥劑供應(yīng)周期越來越短，供貨壓力也越來越大，水處理劑生產(chǎn)裝置改造工作勢在必行。2009年，油田化學(xué)生產(chǎn)中心對水處理劑生產(chǎn)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(xué)生產(chǎn)中心水處理劑的產(chǎn)能，解決了水處理劑的供貨緊張問題。

2 水處理劑生產(chǎn)裝置現(xiàn)狀

圖1是水處理劑生產(chǎn)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(chǎn)設(shè)備包括1m3合成釜，2m3合成釜，5m3復(fù)配釜三個設(shè)備，其中1m3合成釜和2m3合成釜用來化學(xué)藥劑合成，合成后的半成品被移到5m3復(fù)配釜內(nèi)進行復(fù)配，但由于部分清水劑1#（使用2方釜）合成反應(yīng)后，需要“熟化”過程，之后才能進入5m3復(fù)配釜，“熟化”過程需要時間較長，平均下來每天只能生產(chǎn)1釜（5t左右），其余時間5m3復(fù)配釜處于不飽和運轉(zhuǎn)狀態(tài)，而當(dāng)前清水劑1#需求量很大，為此每月需要生產(chǎn)30天左右才能滿足海上需求。如果海上出現(xiàn)油井酸化或新油井投產(chǎn)等特殊作業(yè)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(yīng)求，直接影響到原油生產(chǎn)量，造成嚴重后果。

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

3 水處理劑生產(chǎn)裝置改造方案

3.1 設(shè)備的選型

參考生產(chǎn)中心在用合成反應(yīng)釜，本著與其它設(shè)備匹配的原則，預(yù)計將來可能出現(xiàn)的化工原材料類型和實際生產(chǎn)需要，本次改造根據(jù)幾個重點考慮因素對設(shè)備及各部件進行了選型：

3.1.1 釜體材質(zhì)

此釜用于有機中間體的制造，根據(jù)原材料及生產(chǎn)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(zhì)選擇為搪玻璃。

3.1.2 體積

根據(jù)實際生產(chǎn)需求，同時考慮到要與5m3復(fù)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(yīng)器壁或浸入式熱交換裝置到反應(yīng)混合物能有高的給熱系數(shù)。（2）具有顯著的攪拌效果。（3）攪拌所消耗的能量應(yīng)盡可能小。

表1 常用攪拌器選型對照表

依照表1，結(jié)合研發(fā)過程以及我們所生產(chǎn)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(jù)產(chǎn)品粘度和產(chǎn)品研發(fā)時攪拌速度，選擇電機轉(zhuǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)速16～160r/min，功率0.6～30KW，其特點是傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便，壽命長，承載能力高，工作平穩(wěn)，允許正反轉(zhuǎn)。此合成釜選擇使用大減速比減速機：1：17，攪拌轉(zhuǎn)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(zhuǎn)、彎曲和沖擊作用，故軸的材質(zhì)應(yīng)有足夠的強度、剛度和韌性。同時結(jié)合化學(xué)生產(chǎn)時需要耐腐蝕，故此選攪拌軸的材質(zhì)為45#鋼，外附搪瓷。（4）為滿足不同產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，同時起到節(jié)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(yīng)地電機轉(zhuǎn)速也提高了30%，節(jié)約反應(yīng)時間，提高工作效率，讓反應(yīng)更充分，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；針對粘度較低的反應(yīng)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(zhuǎn)速的方式，降低轉(zhuǎn)速，將變頻器的頻率運行至35-40Hz之間，可以起到節(jié)能的作用。

3.1.4 夾套類型的選擇

根據(jù)產(chǎn)品研發(fā)部門提供的產(chǎn)品研發(fā)實驗時的反應(yīng)條件，正常情況下生產(chǎn)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(yōu)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(tài)下可以滿足生產(chǎn)使用，參照類似設(shè)備選型情況，我們采用整體夾套中最常用的典型結(jié)構(gòu)，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(nèi)存在化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)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(zhì)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(zhì)，可以保持設(shè)備內(nèi)的壓力（或真空度），防止反應(yīng)物料逸出和雜質(zhì)滲入，故合成釜選用機械密封。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速高，攪拌軸采用活動聯(lián)軸器（對半結(jié)構(gòu)）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(lián)軸器（使用于所選用的擺線針輪減速機）。

3.2 設(shè)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(shè)備連接方便等因素，我們對設(shè)備的擺放采取如下方式：

1）拆除原有1m3釜及相應(yīng)配套設(shè)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(yīng)配套設(shè)施，原1m3釜自控設(shè)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(xiàn)對接。

3.3 改造后設(shè)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(xué)藥劑；3）1m3釜改成手動后，用于產(chǎn)品簡單復(fù)配。

4 改造效果

表3 改造前后產(chǎn)量對比表（以專門用3m3釜生產(chǎn)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(chǎn)量比改造前提高了一倍，夏季配方日產(chǎn)量甚至超過一倍；

4.2 合成釜擴能后，5m3復(fù)配釜的利用率大大提高；

4.3 變頻器的使用，使電機轉(zhuǎn)速下降30%，節(jié)電率可達25左右，而且提高了功率因數(shù)，減少了無功消耗，據(jù)不完全統(tǒng)計，每年可以節(jié)約用電5000KW.h，達到節(jié)能減排的效果。

4.4 充分使用舊設(shè)備附屬設(shè)施（儀表、氣動閥等），實現(xiàn)設(shè)備設(shè)施的廢舊立新，實現(xiàn)設(shè)備設(shè)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(chǎn)簡單復(fù)配產(chǎn)品，有效地利用了設(shè)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(chǎn)裝置已經(jīng)運行半年有余，通過運行效果觀察，達到甚至超過預(yù)期效果，滿足當(dāng)前清水劑1#供應(yīng)需求，基本解決了海上藥劑供應(yīng)緊張狀況，縮短了藥劑供應(yīng)周期，并為實現(xiàn)產(chǎn)品全面自主化提供了重要條件。

［1］史子瑾.聚合反應(yīng)工程基礎(chǔ)[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［2］吳忠智，吳加林.變頻器應(yīng)用手冊[M]，北京：機械工業(yè)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(shè)備的維護檢修[M].化學(xué)工業(yè)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(shè)備監(jiān)督，1997年畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)化工工藝專業(yè)，天津理工大學(xué)在讀碩士，主要從事化工生產(chǎn)以及化工機電儀設(shè)備改造維修與維護保養(yǎng)工作。