水力旋流器设备及流程优化改造与应用

崔大勇(中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300457)

水力旋流器设备及流程优化改造与应用

崔大勇(中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300457)

水力旋流器是一种应用于非均匀相混合物分离的设备,通常应用于污水处理系统的一级除油设备，利用油水密度差在离心力的作用下将油水进行分离。由于其理论处理效率高、占地空间小的优点在海上采油平台中广泛使用。但目前在渤海地区内无成功使用的案例，在实际应用当中发现其处理效果不明显，而且含油污水的排量较大对平台的排放系统产生巨大的压力，增加现场工作量，大多数基本处于停用状态。锦州25-1南油气田通过对水力旋流器现场调试和数据分析找出影响水力旋流器处理效果的因素，对水力旋流器系统进行了优化改造，通过现场调试，大幅提高了水力旋流器的处理效率。

水力旋流器排气垫片化学药剂浓度

1 研究背景

1.1 设备简介

水力旋流器是重力聚结器的一种，它利用两种液体的密度差，借助于离心力，使油滴从水中分离出去。水力旋流器的主要部件有：壳体、旋流管、支撑板，固定板、底流口、溢流口等。

锦州25-1南的水力旋流器86根旋流管分为三个区域，一区为18根旋流管，二区为34根旋流管，三区为34根旋流管。三个区域的旋流管共用一个入口（此处不能将三个区域分别隔离），而在旋流管的溢流口（水力旋流器排油口）和旋流器的底流口（水力旋流器水相出口）分别将三个区域设置了阀门。此分区设计的目的是，单根旋流管有一个处理液量的范围，理论值是0.68-4 m3/h，建议在3 m3/h的工况下运行，为了使油田生产污水产量在不断变化的工况下尽量满足旋流管的处理量要求，可根据油田产水量的变化选用不同数量的旋流管组合，使每个投用的旋流管都处在最佳的工作状态。

1.2 水力旋流器现场使用情况

目前渤海地区QK18-1油田、JZ9-3油田、BZ26-2油田均使用了水力旋流器，但目前均无法正常使用，具体为：

2 设备问题分析

一般水力旋流器在使用过程中需要保证几个参数：进出口压差、油水相压差比、单根处理量、入口含油浓度等，在现场调试过程中发现，油水相两端的三个分区通过“T型”凸台机械密封，但由于密封面贴合不精密，水力旋流器油相三个分区和水相三个分区间分别存在内漏现象，例如在投用18根旋流管区域处理污水时，其它两个34根旋流管的油、水窜入18根油水腔室，这样看来，虽然投用的是18根旋流管区，但是实际上三个区都在使用，由于分区间的内漏存在，导致水力旋流器进出口压差小，影响旋流效果。

同时通过现场调试发现水力旋流器入口污水中溶解气对水力旋流器处理效率影响较大。由于溶解气随着压力的降低脱出自由气体，大量自由气体在旋流场中不进行旋流直接从出口窜出破坏流体的流动形态（呈段塞状），同时携带污油从水相出口流出降低处理效率。

3 设计思路与方案

3.1 问题解决思路

水力旋流器油相三个分区和水相三个分区间分别存在内漏问题，根据设备结构设计新型垫片进行密封，通过现场测绘数据制作“O/T”石墨缠绕垫片进行安装。根据溶解气降压后脱气原理，对水力旋流器入口污水流程设计脱气流程，由于现场空间小无法添加新的脱气设备，考虑在原有流程中增加排气流程，与此同时对油相出口流向进行改造，减少对污油排放系统负担。

3.2 排气流程改造方案

根据平台现场实际情况，增加排气流程，由于压降使污水中的自由溶解气析出并排出。与此同时，将水力旋流器的油相出口一同引入三级分离器，大大减轻了污油罐T-3004的负担，减少现场操作人员频繁启泵转液的工作量。

4 现场调试分析

4.1 水力旋流器及流程优化前后数据对比

目前本平台污水处理量为900m3/d，一级分离器水相处理量稳定在30 m3/h，一级分离器温度为47℃。以下三组数据针对于相同工况，不同条件下的调试结果。

对以上三组数据进行对比分析：

数据一（绿色区域）:在未安装O/T垫片时降压排气时数据，由于油相三个分区和水相三个分区间存在内漏现象，在小排量条件下未经处理的污水直接进出口，影响除油效率，于此同时由于内漏现象油水相压差较小，经过处理区域的污水旋流效果差，综合两种原因共同影响了水力旋流器的处理效果。

数据二（黄色区域）：安装O/T垫片后并对入口污水进行降压脱气，减小了自由溶解气对水力旋流器的影响，与数据一相比进出口压差上涨明显，同时处理效率明显提高。

数据三（蓝色区域）：未进行降压排气，在使用18根旋流管时，经过旋流管压差较大脱气严重，气体影响了水力旋流器的工作效率，在取样点取样时也明显排气量较大；但是在此工况下投用34根旋流管时压差较小，影响旋流效果。

综上所述：通过对水力旋流器O/T垫片的安装与流程排气流程的改造大大提高了水力旋流器的处理效果。

5 实施效果

在前期调试使用过程中由于水力旋流器的制造缺陷直接导致水力旋流器的处理效率低下，调试过程中发现溶解气影响其处理效果，除此之外温度也是重要的影响因素，但是由于本平台水力旋流器水相进口之前无加热器，无法通过提高或降低温度进行试验，因此本文不对温度因素进行分析。锦州25-1南油气田通过对设备和流程的优化改造将水力旋流器处理效率由30%提高至85%以上，达到了理想的使用效果，具有一定的推广意义。