范懷勇,朱一能,陳小剛（中海石油（中國(guó)）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(píng)價(jià)

范懷勇,朱一能,陳小剛
（中海石油（中國(guó)）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(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，關(guān)系到整個(gè)油田的生產(chǎn)運(yùn)行。本文從介紹水力旋流器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理入手，對(duì)其涉及的影響因素逐一進(jìn)行分析，并根據(jù)油田的實(shí)際生產(chǎn)狀況，對(duì)突出的影響因素，如：水力旋流器的操作參數(shù)、平臺(tái)的來(lái)液量、油田的油水性質(zhì)以及平臺(tái)來(lái)液的攜沙量進(jìn)行分析并歸納總結(jié)，掌握其規(guī)律，從而使水力旋流器實(shí)現(xiàn)最大最好的處理效果，保證油田生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

關(guān)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(tǒng)中水力旋流器是最關(guān)鍵設(shè)備，所以更好的認(rèn)識(shí)水力旋流器的設(shè)備性能及影響因素，對(duì)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(kāi)發(fā)分離效率高的油水分離設(shè)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(jié)構(gòu)和工作原理

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

（2）基本機(jī)構(gòu)和工作原理。FPSO水力旋離器是由兩組對(duì)稱的旋流管組成，每組旋流管121根，對(duì)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(guò)切線型入口進(jìn)入錐形管的頭部，流速?gòu)娜肟谶M(jìn)入后轉(zhuǎn)化成切線速度，運(yùn)用相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理在流體中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)離心力。當(dāng)流體延錐型體部分向下游流動(dòng)時(shí)，由于圓周半徑越來(lái)越小，所以切線速度越來(lái)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(xì)端排出，被稱為“底流及UNDERFLOW”。通過(guò)維持在底流上足夠的回壓，管體中心的油相就受到一個(gè)反作用力，被推向“溢流及OVERFLOW”口,高速旋轉(zhuǎn)的流體產(chǎn)生的離心力較重力大數(shù)倍乃至數(shù)萬(wàn)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(jìn)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(nèi)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(zhì)、操作參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式等。而對(duì)于我們現(xiàn)場(chǎng)工作人員來(lái)說(shuō)，設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)完全確定，無(wú)法改變，為能使設(shè)備更好的運(yùn)行，我們需控制好物料的性質(zhì)、操作參數(shù)，我們就從這兩方面著重分析。

1）物料性質(zhì)的影響。物料顆粒在旋流場(chǎng)中的沉降速度

式中：x——顆粒的大?。沪う选芏炔?；μ——粘度。

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

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

下面分別進(jìn)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(nèi)流體停留時(shí)間的因素。水力旋流器內(nèi)流體停留時(shí)間。

從式（4）可知：加大D和L/D或減小Qi都能延長(zhǎng)停留時(shí)間，使更小的顆粒完成沉降，從而提高分離效率，而我們開(kāi)篇就以提到設(shè)備的參數(shù)是固定的，所以我們只能減小Qi來(lái)延長(zhǎng)停留時(shí)間。但是，如前所述，減小Qi會(huì)顯著地降低加速度，使顆粒沉降的驅(qū)動(dòng)力下降。因此，如何掌握Qi的量便成為分離效率的關(guān)鍵。

FPSO的水力旋流器設(shè)計(jì)處理量約為11000桶/天,可是經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，當(dāng)處理量超過(guò)80000桶時(shí)其分離效率便大打折扣，對(duì)于我們來(lái)說(shuō)80000桶就是極限，所以我們生產(chǎn)過(guò)程中必須跟平臺(tái)做好溝通，保證來(lái)液量保持在處理范圍之內(nèi)。

（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(duì)值。我們說(shuō)水力旋流器的分離效率越高分離性能越好，但是并不是說(shuō)污水經(jīng)過(guò)高效率的水力旋流器就能完全達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，這還得取決于含油污水的含油量。比如說(shuō)分離效率ε=0.98，含油污水中的含油為2000ppm,那么經(jīng)水力旋流器的污水其含油仍然高達(dá)40ppm，這顯然達(dá)不到我們的排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然水力旋流器也沒(méi)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(lái)的污水含油＜500ppm，這樣經(jīng)過(guò)水力旋流器的污水含油就會(huì)小于16ppm，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；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(duì)于采油工業(yè)來(lái)說(shuō)一直就是難于解決的問(wèn)題，由于比重比較大在分離的過(guò)程中往往會(huì)沉積于管壁，久而久之甚至產(chǎn)生阻塞，嚴(yán)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(wǎng)，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(qiáng)），勢(shì)必會(huì)對(duì)來(lái)液的壓頭造成不小的影響。為減小砂對(duì)水力旋流器分離性能的影響，一般運(yùn)行12小時(shí)就要反洗一次，可是，對(duì)于砂的影響，暫時(shí)沒(méi)有找到徹的解決方法，只能定期對(duì)其拆開(kāi)清洗。

3　結(jié)論

（1）在一定的流量范圍內(nèi),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(guān)系不大，但來(lái)液的含油濃度直接影響處理后的污水質(zhì)量；（2）在一定范圍內(nèi)增大來(lái)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(wèn)題對(duì)水力旋流器的分離效率起到關(guān)鍵作用。

作者簡(jiǎn)介：范懷勇（1982-），男，山東省人，主要從事：安全監(jiān)督。