某FPSO生產水脫氣罐內部結構優化改造

呂長亮，謝濤，曹貴(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

某FPSO生產水主要來自各個生產分離器，匯集后進入生產水艙，依靠重力沉降進行初步處理，再由生產水泵增壓后進入水力旋流器，利用油水的密度差進行油水旋流分離。分離出的水進入生產水脫氣罐進行脫氣處理，處理合格后的水排海。不合格的生產水還可以回到生產水艙進行進一步處理。生產水脫氣罐主要是除去生產水中溶解的惰氣、可燃氣等對人有害的氣體，同時在生產水脫氣罐中有一收油缸可除去水中浮油，然后通過液位控制閥排放到污油艙，實現自動溢油。

1 脫氣罐問題分析和改造建議

1.1 內部結構

生產水脫氣罐設計最大處理能力為500 m3/h，內部設置進液區、集油槽、出水區，利用設置在罐內的3個固定堰板，實現自動溢油，由出水控制閥控制，結構如圖1所示。

圖1 脫氣罐內部結構示意圖

1.2 存在的問題

正常生產時兩臺水力旋流器出口化驗值與脫氣罐出口排海值相差無幾，排海生產水含油濃度化驗值近期持續偏高。即使打開脫氣罐集油槽出口管線上的閥門進行排油，集油槽液位仍維持滿液位狀態。從罐頂連續排液，對比頂部樣及排海樣，結果顯示頂部與排海取樣化驗數據基本相同。

初步分析為脫氣罐集油槽底部及水相堰板高度對于現有工況的生產水流通能力不足。后期開罐檢查發現集油槽底部焊縫腐蝕存在裂縫，導致集油槽與水腔連通失去收油功能。從內壁液位痕跡明顯看出，進水區液體越過2.6 m集油槽堰板，從2.7 m堰板上翻至出水區直接排海。

1.3 改造建議

整個罐內壓力屬同一壓力體系，液位分布遵循U型管原理，三個堰板高度2.5/2.6/2.7 m。設浮油高度Xm，油層密度取0.85計算：0.85×X+2.6-X=2.5，油層厚度X值為0.66 m時實現自動溢除浮油。結合現有工況來看，要在混合腔內形成66 cm厚的浮油十分困難，并且由于集油槽底部通道流通能力不足，混合腔液位無法保持在2.6 m以下，大量生產水通過2.6 m的堰板直接流入集油槽導致集油槽漫灌，甚至翻越2.7 m堰板，脫氣罐失去除油功效。建議：對2.5 m堰板改造成可調堰板[1]，降低高度，提高液體通過能力，并采用手動控制恢復除油功能；對油槽底部裂縫進行補焊，并檢查2.7 m堰板底部是否也需要補焊，保證集油槽整體完整。

2 流通能力校核和水相堰板高度的計算

2.1 集油槽底部流通能力核算

兩臺生產水增壓泵系統處理量為500～625 m3/h，脫氣罐集油槽下部通道基本形狀為一弓形，中間為10 cm的排污管線。脫氣罐內徑：3 040 mm，弓形通道頂部高度：200 mm；10 cm排油管線外徑：88.9 mm；計算出流通面積：0.184 495 m2。

使用淹沒孔口溢流計算公式進行核算：

式中：μ為大孔口的流量系數；A為孔口面積(m2)；H1為上下游液位的差值(m)。

側邊收縮系數：0.85；水堰板高度：2.5 m；反算不同處理量下需要出進水艙與水艙間的液位差如表1所示；反算不同處理量下需要的堰上水頭如表2 所示。

表1 反算不同處理量下需要出進水艙與水艙間的液位差

表2 反算不同處理量下需要的堰上水頭

對脫氣罐中水堰板的流通能力進行核算，以薄壁溢流堰[2]模型進行核算，計算不同流量下所需要的堰上水頭：

式中：Q為流量(m3/s)；ε為側邊收縮系數為0.85；m為流量系數，依照有顯著的來水流速計算；b為堰板寬度(m)；g為重力加速度為9.81 m/s2；H2為堰上水頭(m)；P為水堰板高度(m)。

2.2 新堰板高度計算

由前面可知H1和H2，在油堰板高度不變化、水堰板寬度為2.1 m的基礎上，可得出不同流量下水堰板的高度，如表3所示。

表3 不同流量下需要水堰板設置的高度

經過對脫氣罐核算后可知：脫氣罐的處理量在500～625 m3/h之間，同時考慮集油槽下部通道流通能力、水堰板堰上水頭的情況下，水堰板切割寬度為2.1 m，調節后的水堰板高度為2.429～ 2.380 m，才能保證生產水量流通需求。

3 實施改造及運行測試

3.1 新堰板高度計算修復改造情況

結合計算數據，將出水腔堰板改造為高度可調式并修復腐蝕焊縫。現在內部數據為：出水腔堰板高度調節到2.3 m(內部可調2.1～2.5 m)，集油槽溢油端高度2.6 m，遮擋端2.7 m。

3.2 除油功能運行測試

出水腔堰板高度為2.3 m時，混合腔液位高度會一直保持在2.5～2.6 m，此種狀態下混合腔可以對生產水中的浮油進行持續富集。目前正常工況下實際脫氣罐平均處理量為480 m3/h，通過關小水腔液位控制閥LV3033，提高混合腔液位，直到混合腔液位超過2.6 m進行溢油，每次溢油時間5 min。測試數據如表4所示。

表4 改造后脫氣罐除油數據

結論：從測試數據可以看出，脫氣罐進行出水腔堰板調節高度改造后，具備明顯的撇油能力，平均除油率提高約13%。

4 結論與認識

4.1 改造成果

(1)通過實際運行狀況和數據分析，得知脫氣罐失去撇油功能的影響因素為集油槽流通能力和水相堰板高度，并運用水力學理論計算得出新的水相堰板高度。

(2)脫氣罐經過內部改造，且出水腔堰板調節到合適的高度后，采用定期手動調節，具備明顯的除油能力，在正常生產排量下除油率提高13%。

(3)水相堰板安裝采用高度2.1～2.5 m可調形式，可適用于排量大范圍變化的工況，為后期油田增產提液提供保障。

4.2 推廣建議

(1)脫氣罐在實際正常運行中，由于處理后的生產水含油濃度很低，進水區油膜厚度小，很難實現實時自動撇油功能，建議結合實際情況定期手動控制精準除油，提高除油效率。

(2)對于投產年限久、規模擴大或產液量大幅提高的終端油田，要及時對生產水處理設備的能力進行排查與核算，防止生產水排放不達標。