海洋平臺含油含水污泥無害化處理設(shè)計(jì)方案研究

陳 希，蘆紅威

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300451）

在油田的生產(chǎn)中，出砂問題廣泛存在且不可避免，目前海洋平臺鉆采工藝主要采用適度出砂的理念，產(chǎn)液及產(chǎn)水中均帶有大量泥沙。目前常用工藝是通過旋流除砂器，對產(chǎn)液及產(chǎn)水進(jìn)行固液分離。同時(shí)，因?yàn)榉蛛x后的污泥砂中含油，無法直接排海，因此，需要采用特殊工藝，將分離出的濕泥沙進(jìn)一步處理后，通過船運(yùn)方式運(yùn)回陸地，進(jìn)行進(jìn)一步的無害化處理。

傳統(tǒng)海洋平臺由于產(chǎn)砂量較小，通常采用人工除砂和人工倒運(yùn)方式，但是對于熱采稠油油田開發(fā)，這種方式并不適用。由于原油黏度較高，為保證采收率，出砂量會放大至0.08%～0.1%。因此，需要專門設(shè)計(jì)一套進(jìn)行除砂裝置對系統(tǒng)中的污泥沙進(jìn)行無害化處理。

本文結(jié)合海上平臺特點(diǎn)選用逆流臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)，簡稱臥螺機(jī)，進(jìn)行除砂系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以對污泥砂中油水進(jìn)一步進(jìn)行分離，同時(shí)大幅減輕污泥沙重量，為后續(xù)污泥裝船運(yùn)輸創(chuàng)造條件。如圖1所示。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1 主要流程設(shè)計(jì)

各類分離器底部泥沙通過分離器罐體內(nèi)部的沖砂管線排入濕砂罐。濕砂罐內(nèi)固體顆粒含量為10%～30%。為了防止泥砂沉積，罐內(nèi)配置攪拌器，并通入密封氣，進(jìn)行罐內(nèi)的密封保護(hù)和壓力維持。

通過位置高差及罐體內(nèi)壓力，將濕砂罐內(nèi)的含泥砂污水推至輸送泵入口，由輸送泵將含泥砂污水打入臥螺機(jī)，通過臥螺機(jī)進(jìn)行固液分離。分離后的液體重新由開排系統(tǒng)進(jìn)入生產(chǎn)流程；分離后的固體通過輸送帶直接傳送至環(huán)保罐，待收集到一定程度后，整體外運(yùn)回陸地進(jìn)行無害化處理。

1.2 控制要求設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)利用濕砂罐液位高度進(jìn)行控制，當(dāng)集砂罐液位高于設(shè)定值時(shí)，啟動濕砂罐攪拌器、輸送泵和臥螺機(jī)，進(jìn)行固液分離作業(yè)。

臥螺機(jī)設(shè)置主、輔兩臺機(jī)組，避免單臺機(jī)組工作能力不足的情況。

臥螺機(jī)出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí)，能夠自動進(jìn)行主、輔機(jī)切換，并調(diào)整輸送泵流量。

1.3 主要參數(shù)

主要參數(shù)見表1。

表1 主要參數(shù)

2 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的特性

2.1 主要工作原理

主機(jī)由柱-錐轉(zhuǎn)鼓、螺旋卸料器、差速器、軸承座、機(jī)座、罩殼、主副電機(jī)及電器系統(tǒng)構(gòu)成。其工作原理是：通過回轉(zhuǎn)體-轉(zhuǎn)鼓和卸料螺旋的高速旋轉(zhuǎn)使其內(nèi)的污水隨之高速旋轉(zhuǎn)形成液環(huán)并產(chǎn)生較高的離心力，加速固液的沉降分離。其中較重的污泥顆粒沉降在液環(huán)層的外圈，即沿轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁形成泥環(huán)層，通過卸料螺旋與轉(zhuǎn)鼓的差速由卸料螺旋將泥推出轉(zhuǎn)鼓。清液環(huán)通過堰池口溢流出轉(zhuǎn)鼓。如圖2，圖3所示。

圖2 臥螺機(jī)剖視圖

圖3 臥螺機(jī)外形圖

2.2 選型計(jì)算

離心機(jī)選型的主要依據(jù)有以下兩方面。

水力負(fù)荷：指單位時(shí)間內(nèi)離心機(jī)處理的進(jìn)料量。

固體負(fù)荷：指單位時(shí)間內(nèi)離心機(jī)處理的絕干物料量。

當(dāng)進(jìn)料濃度較高時(shí)（超過1.5%），主要考慮的因素為固體負(fù)荷；當(dāng)進(jìn)料濃度較低時(shí)（小于1.5%），主要考慮的因素為水力負(fù)荷。

另外對于離心機(jī)本身來講其處理能力也主要與三個(gè)因素有關(guān)：直徑、長徑比、轉(zhuǎn)速。其中前兩個(gè)因素決定了機(jī)器的大小，也決定了離心機(jī)的分離面積和容積。而對于同樣的直徑不同的轉(zhuǎn)速也決定了分離因數(shù)的大小。

其中：

∑為當(dāng)量沉降面積，又稱為離心機(jī)的生產(chǎn)能力指數(shù)（m2）；ξ為修正系數(shù)；VO為每單位∑的處理能力系數(shù)；柱錐形轉(zhuǎn)鼓的∑值可由柱形轉(zhuǎn)鼓和錐形轉(zhuǎn)鼓的∑值相加而得：

式中：

Fr為分離因數(shù)Fr=ω2×r2/g=2 442；D為轉(zhuǎn)鼓直徑λ=h/r2；L1為離心機(jī)柱段長度；L為懸浮液有效長度。

①軸向速度分布的修正ξ1=0.75；

②終端效應(yīng)（進(jìn)出口的影響）ξ2=0.5；

③螺旋葉片占據(jù)液池容積約6%，引入修正系數(shù)ξ3=0.94；

④螺旋攪動所產(chǎn)生的影響，ξ4=0.6。

因而總的修正系數(shù)為：

3 主要性能特點(diǎn)

控制系統(tǒng)選用雙電機(jī)雙變頻驅(qū)動技術(shù)，節(jié)能，動態(tài)響應(yīng)快，啟動平緩，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中無級可調(diào)，如圖4所示。

圖4 控制邏輯圖

3.1 分離效果良好，能夠連續(xù)作業(yè)

臥螺機(jī)在離心力的作用下，使固液兩相連續(xù)分離，采用高轉(zhuǎn)速、小差速系統(tǒng)；大長徑比增加了沉淀區(qū)，提高了分離效果；高轉(zhuǎn)速具有很大離心力場，小差速減少螺旋對污泥攪動，增加脫水停留時(shí)間，從而提高污泥脫水與澄清的分離效果。

3.2 控制穩(wěn)定，出料質(zhì)量高

差速反映了離心機(jī)螺旋推料速度快慢，大差速渣相在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留時(shí)間短，脫水不充分，渣相含水率高，但能提高處理量；差速小，渣相含水率低，處理量小；采用恒差速控制能使螺旋推料速率始終保持穩(wěn)定。

3.3 設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)性好

螺旋推料扭矩反映了離心機(jī)的負(fù)載情況，扭矩過大容易引起離心機(jī)的堵機(jī)，嚴(yán)重時(shí)損壞差速器，扭矩過小容易造成分離效果不理想；采用恒扭矩控制能夠使螺旋推料力矩始終保持穩(wěn)定，使轉(zhuǎn)鼓內(nèi)沉泥不易產(chǎn)生物料堆積現(xiàn)象，避免了堵料的發(fā)生。

4 實(shí)際運(yùn)用

熱采平臺的除砂系統(tǒng)是平臺正常生產(chǎn)運(yùn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)，本方案兼顧實(shí)際運(yùn)行需求、空間需求和成本控制，為海上熱采平臺的除泥砂方案提供可推廣的借鑒范例，同時(shí)也是海上污泥處理的新思路。

5 結(jié)束語

1）本方案能夠進(jìn)一步對含水污泥砂進(jìn)行脫水處理，降低其含水率，一方面降低外運(yùn)污泥的重量、體積，從而降低運(yùn)行成本，另一方面可以有效避免外運(yùn)過程中的泄漏風(fēng)險(xiǎn)，降低環(huán)保壓力。

2）分離后的液體進(jìn)入平臺處理流程，進(jìn)一步提高平臺產(chǎn)出率。

3）該方案已經(jīng)在渤海某熱采平臺設(shè)計(jì)方案上得到使用。