趙迎濤， 楊 勇， 李春輝

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司， 廣東 深圳 518000）

0 引言

在深海氣田開發(fā)中，向海管內(nèi)注入乙二醇是防治水合物的一種有效手段。為了降低氣田開發(fā)成本，乙二醇的再生利用成為了水下生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。乙二醇再生裝置（MEG RECOVERY UNIT）包括預(yù)閃蒸、預(yù)處理、脫水再生及脫鹽四個(gè)單元，可依次除去富乙二醇中的輕烴、CO2、腐蝕雜質(zhì)、部分水和鹽[2]。在脫鹽再生階段，為了盡可能地提高乙二醇的回收率，設(shè)置有一套離心機(jī)系統(tǒng)，將脫鹽再生系統(tǒng)來的鹽泥進(jìn)行固液分離，從而能夠循環(huán)利用乙二醇溶液，減少生產(chǎn)作業(yè)中化學(xué)藥劑的消耗量。

1 工藝流程

脫鹽系統(tǒng)主要接收來自上游（脫水原）的貧乙二醇溶液，通過降壓、升溫，使來液中的乙二醇和水從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，從溶液中分離，從而達(dá)到凈化的目的。溶液中的鹽則逐步達(dá)到過飽和狀態(tài)，形成鹽泥，沉積在系統(tǒng)最底部的鹽罐中。當(dāng)鹽罐中鹽泥密度達(dá)到設(shè)定值之后，通過鹽泵將鹽泥輸送至離心機(jī)進(jìn)行固液分離。離心出的乙二醇重新回到脫鹽單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)乙二醇的回收目標(biāo)。分離出的鹽顆粒則在重力作用下排放至離心機(jī)下方的鹽溶解罐，在罐中重新溶解，排至生產(chǎn)水處理系統(tǒng)[3]。脫鹽及離心機(jī)工藝流程如圖1 所示。

圖1 脫鹽及離心機(jī)工藝流程示意圖

2 離心機(jī)概述

乙二醇再生裝置中離心機(jī)多選用垂直籃式濾器。含乙二醇的鹽泥進(jìn)入離心機(jī)后，通過高速離心力的作用下，使乙二醇溶液和鹽顆粒分開。乙二醇直接通過籃式離心機(jī)設(shè)置的內(nèi)部和外部濾布后，進(jìn)入脫鹽系統(tǒng)，鹽顆粒則在離心力的作用下均勻分布在籃式離心機(jī)的內(nèi)部濾布上。通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)刮刀的進(jìn)退，將鹽顆粒刮落，掉入到鹽溶解罐中，從而實(shí)現(xiàn)離心機(jī)對(duì)鹽泥的間歇分離[4]。通過程序控制，生產(chǎn)水可對(duì)離心機(jī)內(nèi)部進(jìn)行自動(dòng)清洗。圖2 所示為離心機(jī)控制人機(jī)界面（HMI）。

圖2 離心機(jī)HMI

2.1 功能簡介

2.1.1 離心機(jī)自檢功能

離心機(jī)在進(jìn)行生產(chǎn)或者清洗前，需要完成一系列的自檢過程，主要包括鎖緊蓋子、密封性檢查、含氧分析儀自檢、吹掃、繼續(xù)吹掃和再吹掃等步驟。每一步合格后，方能繼續(xù)進(jìn)行下一步驟。

2.1.2 離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)

離心機(jī)接收來自一價(jià)鹽系統(tǒng)鹽罐中的鹽泥，通過離心作用，將含有一定量的乙二醇的離心濾液回收至鹽罐中。最后，將鹽餅排放至鹽溶解罐，溶解后排放至生產(chǎn)水處理系統(tǒng)。

2.1.3 自清洗

離心機(jī)具有自動(dòng)清洗功能。在離心機(jī)生產(chǎn)結(jié)束后，可以選擇CIP 模式，離心機(jī)自動(dòng)清洗附著在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的鹽顆粒。清洗液來自再生塔回流水。清洗后的液體全部排放至鹽溶解罐，最后進(jìn)入生產(chǎn)水處理。

2.2 控制邏輯

離心機(jī)啟動(dòng)設(shè)有三個(gè)模式，分別為乙二醇再生裝置的LCP 遠(yuǎn)程自動(dòng)模式、離心機(jī)現(xiàn)場(chǎng)LCP 就地自動(dòng)模式和主開關(guān)間HMI 手動(dòng)模式[5]。在遠(yuǎn)程自動(dòng)模式下，離心機(jī)可以在乙二醇再生裝置LCP 的邏輯控制下，完成所有功能步驟，無需人為干預(yù)操作，控制過程可在HMI 上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。圖3 為離心機(jī)自動(dòng)模式控制下的邏輯圖。

圖3 離心機(jī)自動(dòng)模式控制邏輯圖

2.3 安全技術(shù)特性

2.3.1 多種振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

為了保證離心機(jī)在運(yùn)行過程中振動(dòng)處于可控范圍，設(shè)計(jì)了Softwire 監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)和冗余的Hardwire監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)。Softwire 監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)通過設(shè)置在主軸承上的軸系儀表對(duì)離心機(jī)振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)收集，當(dāng)振動(dòng)達(dá)到40 mm/s 時(shí)，只提供報(bào)警，為high報(bào)警；當(dāng)振動(dòng)達(dá)到60 mm/s 時(shí)，提供報(bào)警，同時(shí)轉(zhuǎn)速降至預(yù)先設(shè)置的轉(zhuǎn)速，為high high 報(bào)警；當(dāng)振動(dòng)達(dá)到70 mm/s 時(shí)，提供報(bào)警同時(shí)關(guān)停離心機(jī)，為high high high trip 報(bào)警；冗余Hardwire 監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)如圖4 所示，通過輸出數(shù)字信號(hào)對(duì)離心機(jī)進(jìn)行控制。

圖4 離心機(jī)Hardwire 監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)

2.3.2 啟動(dòng)互鎖開關(guān)及蓋子關(guān)閉檢測(cè)

離心機(jī)頂部有個(gè)D 形狀的蓋子可以打開。通過7個(gè)夾子和1 個(gè)氣動(dòng)開關(guān)將活動(dòng)端鎖住，氣動(dòng)開關(guān)通過2 個(gè)電磁閥實(shí)現(xiàn)開關(guān)轉(zhuǎn)換。當(dāng)蓋子為打開狀態(tài)時(shí)，離心機(jī)無法啟動(dòng)，離心機(jī)啟動(dòng)中該閥始終處于關(guān)閉狀態(tài)。

2.3.3 鹽顆粒厚度物理監(jiān)測(cè)開關(guān)

離心機(jī)內(nèi)部設(shè)置有鹽顆粒厚度監(jiān)測(cè)開關(guān)，如圖5所示。當(dāng)鹽顆粒積累到一定厚度后，將與厚度檢測(cè)開關(guān)接觸，旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)將帶動(dòng)厚度監(jiān)測(cè)開關(guān)動(dòng)作，從而干擾觸發(fā)停止進(jìn)料信號(hào)，以保證離心機(jī)的正常運(yùn)行。

圖5 鹽顆粒厚度監(jiān)測(cè)開關(guān)

2.3.4 從內(nèi)至外的防腐設(shè)計(jì)

為了保證離心機(jī)的穩(wěn)定性和使用壽命，針對(duì)高溶解鹽的腐蝕特性，全套裝置采用高強(qiáng)度、耐腐蝕性更好的雙相不銹鋼材質(zhì)，而防止鹽泥通過的濾衣骨架則采用耐腐蝕效果更好的超級(jí)雙相不銹鋼材質(zhì)。同時(shí)，為了盡可能減少離心機(jī)和脫鹽系統(tǒng)的腐蝕，離心機(jī)配備了一套N2吹掃系統(tǒng)和含氧分析儀，以盡可能減少離心機(jī)內(nèi)部的含氧量，保證回收的乙二醇中含氧量在允許范圍之內(nèi)。

2.3.5 先進(jìn)的含氧分析儀自檢系統(tǒng)

含氧分析儀設(shè)置在離心機(jī)放空管線上，對(duì)離心機(jī)內(nèi)的放空氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而獲得離心機(jī)內(nèi)的含氧量。為了保證含氧分析儀的可靠性，含氧分析儀配置了一套先進(jìn)的自檢系統(tǒng)，自檢系統(tǒng)將在離心機(jī)啟動(dòng)前和離心機(jī)連續(xù)運(yùn)行24 h 時(shí)自動(dòng)運(yùn)行。自檢系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，含氧分析儀探頭將從管道中自動(dòng)抽出至檢測(cè)室，再分別向檢測(cè)室通入N2和儀表氣，對(duì)其進(jìn)行低含氧量（φ（O2）＜1%）和高含氧量（φ（O2）＞19%）的檢測(cè)，每個(gè)值能穩(wěn)定5 s 為測(cè)試合格[10]。若測(cè)試不通過，將無法啟動(dòng)離心機(jī)，或者離心機(jī)將報(bào)警停止運(yùn)行。

2.4 離心機(jī)故障分析及解決措施

2.4.1 離心機(jī)啟機(jī)后氧含量高

初始吹掃主要是利用N2將離心機(jī)內(nèi)的φ（O2）降低至5%以下，同時(shí)，需要滿足吹掃時(shí)間＞60 s，吹掃體積＞3 倍離心機(jī)體積，并且含氧量降低過程，時(shí)間不超過600 s。初始吹掃完成后，離心機(jī)主馬達(dá)啟動(dòng)。當(dāng)馬達(dá)啟動(dòng)后，含氧分析儀檢測(cè)到含氧量逐步上升，超過8%時(shí)，發(fā)生高報(bào)關(guān)斷，從而進(jìn)入再吹掃階段。再吹掃階段中需要在600 s 內(nèi)將含氧量降低至2%，方可不停機(jī)。在運(yùn)行過程中不能成功將含氧量降低，主要原因在于離心機(jī)吹掃的N2管線由頂部進(jìn)入，放空閥也是從頂部引出。N2的密度比O2密度小，在底部會(huì)聚集一定的O2而無法吹掃干凈。當(dāng)主電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，攪動(dòng)內(nèi)部氣體，從而使φ（O2）上升至8%以上。現(xiàn)場(chǎng)檢查無外漏現(xiàn)象，因此，進(jìn)行如下修改試驗(yàn)，最終采用了試驗(yàn)二的修改方案。

實(shí)驗(yàn)一：將再吹掃指標(biāo)從2%修改為4%后，可以完成再吹掃過程。

實(shí)驗(yàn)二：將初始吹掃指標(biāo)從5%修改為3%，測(cè)試發(fā)現(xiàn)，主馬達(dá)剛啟動(dòng)時(shí)氧含量上升但不會(huì)報(bào)警，隨后氧含量一直處于下降趨勢(shì)。

2.4.2 進(jìn)料期間易發(fā)生離心機(jī)振動(dòng)高報(bào)警

為了解決進(jìn)料時(shí)離心機(jī)振動(dòng)高報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)收集了離心機(jī)在加料最低轉(zhuǎn)速為200 r/min 時(shí)，不同進(jìn)料速度下對(duì)應(yīng)的離心機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)，如表1 所示。

表1 離心機(jī)運(yùn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

在保障離心機(jī)正常運(yùn)行的前提下，相同啟停密度和離心機(jī)轉(zhuǎn)速下，加料速度為3.5 m3/h、加料時(shí)間600 s 時(shí)，離心機(jī)效率最高。同時(shí)，解決了進(jìn)料時(shí)離心機(jī)振動(dòng)問題。

2.4.3 自動(dòng)閥門故障卡滯

離心機(jī)相關(guān)流程上共設(shè)計(jì)有21 個(gè)自動(dòng)閥門，在調(diào)試和運(yùn)行過程中，自動(dòng)閥門出現(xiàn)了開關(guān)故障、反饋異常、HMI 與現(xiàn)場(chǎng)不一致等現(xiàn)象。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和維修，分析為閥門反饋開關(guān)與閥芯脫落、儀表氣壓力偏低以及銹蝕等問題，需要定期對(duì)閥門和儀表進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，并加強(qiáng)閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的防腐保養(yǎng)。

2.4.4 含氧分析儀故障

含氧分析儀具有自檢功能，活動(dòng)部件較多，由于長期處于海上惡劣環(huán)境中，導(dǎo)致含氧分析儀出現(xiàn)密封件性能下降、檢測(cè)室內(nèi)竄氣、壓力開關(guān)未能及時(shí)監(jiān)測(cè)到壓力、探針無法全部進(jìn)入檢測(cè)室和動(dòng)作時(shí)間超時(shí)等一系列故障。為了解決上述問題，對(duì)含氧分析儀檢測(cè)室墊片進(jìn)行材質(zhì)優(yōu)選、程序優(yōu)化、延長檢測(cè)及反饋時(shí)間（由3 s 提高至5 s）以及適當(dāng)優(yōu)化PCV 設(shè)點(diǎn)等，增加測(cè)試旁通功能。在含氧分析儀自檢故障期間旁通測(cè)試功能，直接進(jìn)入監(jiān)測(cè)功能，保留含氧分析儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)警及關(guān)斷功能，以確保離心機(jī)可以安全正常運(yùn)轉(zhuǎn)，徹底解決了含氧分析儀故障。

3 實(shí)際運(yùn)行情況

目前，在國內(nèi)南海海域已經(jīng)有2 套成熟的帶脫鹽單元的乙二醇回收裝置，在該裝置中均采用了離心機(jī)提高乙二醇的回收率。近幾年的運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，各項(xiàng)工藝指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。以其中1 套乙二醇回收裝置實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為例，該裝置平均每天回收約75 000 kg乙二醇，離心機(jī)可提高約1%的回收率，回收量將達(dá)到750 kg/d，全年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益300 余萬元。

3.1 有效降低外排生物毒性

某平臺(tái)生產(chǎn)初期，離心機(jī)一直處于故障停機(jī)狀態(tài)，鹽罐排鹽一直采用無離心機(jī)流程，由于鹽泥中含有乙二醇，導(dǎo)致初期外排生產(chǎn)水的生物毒性一直較高。為了保證生物毒性合格，平臺(tái)將鹽泥排放至廢鹽罐，送往陸地進(jìn)行處理。離心機(jī)投用后，鹽罐排鹽采用有離心機(jī)流程，外排水中化學(xué)藥劑含量較之前采用離心機(jī)旁通時(shí)，降低了63.7 倍。

3.2 增加了乙二醇的回收率

離心機(jī)因故障未投用時(shí)，由于鹽泥經(jīng)鹽溶解罐溶解后進(jìn)入生產(chǎn)水處理系統(tǒng)，經(jīng)處理后直接外排，鹽泥中混合的乙二醇無法回收，造成了化學(xué)藥劑的浪費(fèi)，增加了化學(xué)藥劑費(fèi)用。離心機(jī)投用后，鹽泥經(jīng)離心機(jī)處理后，干鹽餅排放至鹽溶解罐進(jìn)入下游，離心出的液體返回鹽罐，鹽泥中的乙二醇被回收。MRU 脫鹽系統(tǒng)乙二醇的單元回收率顯著提高，從原來的94%提高到98%。

4 結(jié)論

本文對(duì)籃式離心機(jī)在乙二醇回收裝置中的原理、安全技術(shù)特性等多方面的設(shè)計(jì)和操作進(jìn)行了闡述，實(shí)踐證明，在乙二醇回收裝置中運(yùn)用離心機(jī)，可以顯著提高乙二醇的回收率效果、可靠性、安全性、自動(dòng)化和經(jīng)濟(jì)效益。