某油田FPSO水力旋流器性能分析及影響因素評價

范懷勇,朱一能,陳小剛（中海石油（中國）有限公司深圳分公司,廣東　深圳　518000）

某油田FPSO水力旋流器性能分析及影響因素評價

范懷勇,朱一能,陳小剛
（中海石油（中國）有限公司深圳分公司,廣東深圳518000）

摘要：某油田FPSO的水利旋流器是油田污水處理系統的關鍵設備，關系到整個油田的生產運行。本文從介紹水力旋流器的基本結構和工作原理入手，對其涉及的影響因素逐一進行分析，并根據油田的實際生產狀況，對突出的影響因素，如：水力旋流器的操作參數、平臺的來液量、油田的油水性質以及平臺來液的攜沙量進行分析并歸納總結，掌握其規律，從而使水力旋流器實現最大最好的處理效果，保證油田生產的正常運行。

關鍵詞：水力旋流器；分離性能；影響因素

0　背景

某油田FPSO污水處理系統中水力旋流器是最關鍵設備，所以更好的認識水力旋流器的設備性能及影響因素，對于我們海上的工作人員有著非常重要的意義。含油污水是一種量大又面廣的污染源，人們一直努力研究開發分離效率高的油水分離設備。水力旋流器恰恰可以滿足這種要求。

1　水力旋流器的基本結構和工作原理

（1）水力漩流器設備參數。水力漩流器FPSO-1＆2HC-3001A/ B。1）處理量：115770BFPD(每臺)；2）尺寸：1118mm（I.D）×2500mm（每個）；3）設計參數：1100kPaG/130℃；4）操作參數：550kPaG/67℃。

（2）基本機構和工作原理。FPSO水力旋離器是由兩組對稱的旋流管組成，每組旋流管121根，對稱分布。旋流管是由帶雙密封圈的特殊加工的錐形管組成，液體首先通過切線型入口進入錐形管的頭部，流速從入口進入后轉化成切線速度，運用相對運動原理在流體中就會產生一個離心力。當流體延錐型體部分向下游流動時，由于圓周半徑越來越小，所以切線速度越來越大，從而離心力也逐漸增加，較重的水相受到較高的離心力，所以靠向旋流管的外端，而比較輕的顆粒，主要是油滴，則流向旋流管的中心。水相從管體的細端排出，被稱為“底流及UNDERFLOW”。通過維持在底流上足夠的回壓，管體中心的油相就受到一個反作用力，被推向“溢流及OVERFLOW”口,高速旋轉的流體產生的離心力較重力大數倍乃至數萬倍。

2　水力旋流器的性能及影響因素

含油污水型旋流器的分離性能通常用分離效率ε表示,其定義如下:

ε=1-Cd/Ci

式中:Cd—底流中的含油量；Ci—進料中的含油量；ε的大小直接顯示分離性能的高低，ε越大，分離性能越好。

（1）影響水力旋流器分離性能的內在因素。影響水力旋流器分離性能的因素許多，其中包括物料的性質、操作參數及結構形式等。而對于我們現場工作人員來說，設備的結構形式已經完全確定，無法改變，為能使設備更好的運行，我們需控制好物料的性質、操作參數，我們就從這兩方面著重分析。

1）物料性質的影響。物料顆粒在旋流場中的沉降速度

式中：x——顆粒的大小；Δρ——密度差；μ——粘度。

物性常數值小的顆粒不僅沉降速度小，湍流對它的影響也很大，即使顆粒已經沉降了，很容易被卷起，對顆粒的分離影響比較大。水力旋流器所需的分離時間和進液中所含油滴的直徑有直接關系。進液中油滴直徑愈大,分離所需的時間越少，相反沉降速度越大。

2）操作參數的影響。操作參數包括進口壓力pi、溢流壓力po、底流壓力pu和進口流量Qi、溢流流量Qo、底流流量Qu,

下面分別進行分析討論：

①影響離心加速度的因素。離心加速度a=v2/r，由于v∝vi=4Qi/πD2，故：

由式（3）可以看出：增加Qi、減小D或Di都可以增大加速度，可以提高分離效率。

②影響旋流器內流體停留時間的因素。水力旋流器內流體停留時間。

從式（4）可知：加大D和L/D或減小Qi都能延長停留時間，使更小的顆粒完成沉降，從而提高分離效率，而我們開篇就以提到設備的參數是固定的，所以我們只能減小Qi來延長停留時間。但是，如前所述，減小Qi會顯著地降低加速度，使顆粒沉降的驅動力下降。因此，如何掌握Qi的量便成為分離效率的關鍵。

FPSO的水力旋流器設計處理量約為11000桶/天,可是經過多年的生產經驗告訴我們，當處理量超過80000桶時其分離效率便大打折扣，對于我們來說80000桶就是極限，所以我們生產過程中必須跟平臺做好溝通，保證來液量保持在處理范圍之內。

（2）影響水力旋流器性能的外在因素。1）含油污水的含油絕對值。我們說水力旋流器的分離效率越高分離性能越好，但是并不是說污水經過高效率的水力旋流器就能完全達到排放標準，這還得取決于含油污水的含油量。比如說分離效率ε=0.98，含油污水中的含油為2000ppm,那么經水力旋流器的污水其含油仍然高達40ppm，這顯然達不到我們的排放標準。當然水力旋流器也沒有那么高的分離效率。這就要求我們必須做好上游污水的分離工作，比如破乳劑、清水劑的合理使用，使從高壓分離器出來的污水含油＜500ppm，這樣經過水力旋流器的污水含油就會小于16ppm，達到排放標準；2）污水中的含砂。影響水力旋流器分離性能的很重要的因素——砂。砂，對于采油工業來說一直就是難于解決的問題，由于比重比較大在分離的過程中往往會沉積于管壁，久而久之甚至產生阻塞，嚴重影響水力旋流器的分離效果。由于砂的粒徑非常小，如果加裝濾網，那么濾孔必須更小，能否濾掉砂暫且不論（由于高壓水流的攜帶，穿透力比較強），勢必會對來液的壓頭造成不小的影響。為減小砂對水力旋流器分離性能的影響，一般運行12小時就要反洗一次，可是，對于砂的影響，暫時沒有找到徹的解決方法，只能定期對其拆開清洗。

3　結論

（1）在一定的流量范圍內,旋流分離器的分離效率隨流量的增加而增加,分離效率與含油濃度關系不大，但來液的含油濃度直接影響處理后的污水質量；（2）在一定范圍內增大來液壓頭，降低壓力的損耗，可以提高分離效率；（3）如何更好的解決防砂問題對水力旋流器的分離效率起到關鍵作用。

作者簡介：范懷勇（1982-），男，山東省人，主要從事：安全監督。