淺析某FPSO注水緩沖罐高液位預控措施

萬泊宏(中海石油(中國)有限公司秦皇島32-6/渤中作業公司，天津 300459)

1 工藝流程現狀分析

來自井口平臺的物流經海底管道輸送至FPSO進行處理。FPSO原油工藝流程脫出的生產污水經水工藝艙T-301A/B、氣浮選器、核桃殼濾器處理合格后，進入注水緩沖罐，再由注水增壓泵輸送至井口平臺完成回注。注水緩沖罐T-401尺寸為6000 mm*5000 mm*5100 mm，容積132方，操作壓力5kpa，液位低低1000 mm，無液位高高保護。當罐內液位超過4500 mm時會通過16寸管線溢流，匯入下艙總管進一級水工藝艙T-301A，正常生產時其液位一般維持在3000 mm至4000 mm之間。

注水緩沖罐T-401日常操作壓力為微正壓，隨著油田開發時間延長，采取大泵提液、油田增注等措施保障產量，隨之而來的是油田生產水量的大幅增加，進而導致原油工藝系統一級分離器和二級分離器下艙水量增多，但受限于下艙管線過流能力，背壓不斷上升，進一步導致注水緩沖罐T-401液位超過4500 mm時無法溢流進入T-301A，甚至下艙總管的液體會反壓至注水緩沖罐T-401，造成其液位上升，一方面存在冒罐風險，另一方面注水緩沖罐內的水質也受到污染。因此采取臨時措施，關閉注水緩沖罐T-401溢流回艙管線上的閥門，但同時也失去了一道保護功能，增加了注水緩沖罐的冒罐風險。

在日常生產操作過程中我們觀察到，如果核桃殼正處于反洗或者注水緩沖罐T-401處于收油等高液位狀態時，出現三級生產關斷及注水增壓泵P-401關停等緊急情況，中控需要關小上游生產水泵P-301出口閥降低注水緩沖罐T-401液位，防止出現冒罐。但是此操作方式會有延遲，主要是因為生產水增壓泵P-302泵仍在運轉，注水緩沖罐T-401液位短時間內仍將快速上漲，因此，需要將注水緩沖罐入口管線的旁通閥門(回流至T-301A)打開以降低注水緩沖罐T-401液位。同樣受限于下艙總管的過液能力，經過現場驗證，此操作仍然不能快速有效降低注水緩沖罐T-401液位。此外，如果需要降低下艙總管線的背壓，中控需要將一級分離器下艙水自動調節閥門的開度手動控制在60%以下，此操作會導致一級分離器油相液位升高，進而可能觸發三級生產關斷。綜上，在發生三級生產關斷及注水增壓泵P-401泵突然停泵的情況下，注水緩沖罐T-401有發生冒罐的風險較高。

易導致注水緩沖罐T-401冒罐的風險情況分析：

(1)注水泵突然關停(自身故障、分級卸載、三級關斷等)，特別是注水緩沖罐T-401高液位收油時關停；

(2)平臺注水關停，中控未及時調整上游生產水泵P-301出口開度；

(3)注水泵增壓泵出口液位自動控制閥門LV-7411故障全關；

(4)生產水泵增壓泵P-302出口自動控制閥門LV-7301(控制氣浮液位)故障全開(該故障情況發生過)；

(5)核桃殼濾器反洗完畢后未及時手動關小生產水泵P-301出口開度；

(6)溢流回艙管線閥門未關時，一級分離器水室放空時，大量氣體進入下艙水總管，將液體反頂進入注水緩沖罐T-401；

(7)注水緩沖罐T-401液位上漲至4500 mm以上中控人員未及時發現并調整。

注水緩沖罐T-401冒罐風險及后果分析：由于罐內水溫達到72 ℃左右，頂部有較多浮油，發生冒罐可能造成人員燙傷以及造成甲板污染，嚴重時甚至有原油入海風險。

在目前沒有液位高高保護及溢流回艙流程情況下，一旦發生上述情況，就可能造成冒罐，后果較為嚴重。

2 注水緩沖罐防冒罐優化思路

有效降低T-401液位方法及防冒罐處理分析：

(1)考慮通過對核桃殼控制程序進行優化，當注水緩沖罐T-401液位達到4500m異常情況時，現場核桃殼反洗泵自動啟動(圖1)，該泵排量230方/時，并設置一套核桃殼濾器的過濾進出口閥關閉，反洗進出口閥打開(圖2)，反洗流程跳過攪拌過程直接進入反洗狀態，程序設置成高級別優先進入，以避免被其他核桃殼濾器的反洗影響；

(2)目前注水緩沖罐T-401只有液位高報警，超過4300 mm以后直至冒罐沒有報警提醒，因此考慮增加一個液位高高緊急報警(不觸發關斷)再次提醒中控操作人員，及時采取措施避免冒罐；

圖1 反洗泵出口

圖2 反洗進出口

(3)在發生應急情況中控操作人員來不及采取措施、以及中控人員未注意到液位過高時，考慮通過控制系統將流程關鍵節點的自動閥進行自動干預，即在T-401液位到達4500 mm(4770 mm即開始冒罐)，系統自動將P-301泵出口閥、P-302泵出口閥關至5%，同時給出緊急報警通知，中控操作人員再根據T-401液位手動調節以上兩個節點閥門開度，保證水系統正常運行；

(4)如果T-401處于高液位無法通過自動啟動反洗泵經過核桃殼進污油艙流程，無法有效降低液位的話可以考慮工藝管線改造，將核桃殼泵P-303出口增加管線連接至核桃殼反洗管線出口，此方案由于涉及管線改造施工成本較高，將根據第1條驗證結果再決定是否實施。

3 可行性分析

通過以上對風險情況額分析以及針對性地進行了思路優化，嚴謹的工藝專業與維修專業討論得出以上方案在技術上可以實現，并確定了基本技術路線。(圖3)注水緩沖罐T-401液位超過4500 mm后，P-301泵出口自動閥LV-7301和P-302泵出口自動閥LV-7331由自動模式到手動模式，并且設定開度為5%，給出報警提醒后，中控人員再根據注水緩沖罐T-401實際液位進行手動控制。由于LV-7301平時即為手動控制，中控根據實際情況將其開度恢復，將LV-7331恢復自動即可。在注水緩沖罐T-401液位計上安裝控制反洗泵的液位開關，當液位高于4500 mm時反洗泵啟動，并現場將一臺核桃殼進入反洗狀態跳過攪拌過程，過濾進出口閥關閉，反洗進口閥打開，同時該核桃殼的程序不受其他罐影響，且級別高于其他罐優先進入。

圖3 基本技術路線

4 風險分析及預控措施

雖然經綜合討論得出以上可行性分析，但是設備操控仍不可輕視，還是要考慮到后續可能出現的問題，并做好預防措施，確保注水緩沖罐在失去溢流功能后能基本保持液位穩定。根據實際情況做好風險評估和預防控制措施，具體如下：

(1)泵出口憋壓。由于生產水泵P-301及生產水增壓泵P-302均為離心泵，可以短時間內進行憋壓，并且閥門留有一定開度，短時間內不會對泵體造成機械損壞；

(2)LV-7331關小后，可能會導致氣浮液位不斷上漲甚至罐頂溢流。在優化過程中進行試驗，摸索出較為合理的開度，避免氣浮罐頂溢流；

(3)LV-7301、LV-7331自動關小后，中控人員未及時進行控制，導致注水緩沖罐T-401液位低，注水關停。在LV-7301、LV-7331關小后，儀表給出至少五個緊急報警，提醒操作人員及時干預調整。此外，由于T-401有液位低保護，不會造成注水泵損壞。此外，改造后一定做好交接班，更改相關操作程序并進行內部培訓，此外做好生產工藝流程變更管理。

5 結語

通過實施以上一系列措施，取得了良好的主動保護效果，確保了注水緩沖罐在失去溢流功能后能基本保持液位穩定，消除了注水緩沖罐冒罐的風險，并有效保障了FPSO水工藝流程的穩定運行。同時，現場操作人員也在被動防護方面采取了相應措施，將注水緩沖罐T-401罐頂的透氣管線通過簡易改造下降高度，并在管口下方設置防溢油槽，即使主動保護失效，也可防止含油污水污染甲板。