液-液型水力旋流器在锦州25-1油田污水处理中的应用

何 睿，张继伟 （中海油 （中国）有限公司天津分公司，天津300452）

当前我国很多油田都进入了高含水开采期，井流液相含水达到80%～90%，处理后生产污水必须达标排放或回注。传统的重力沉降法对采出液进行油水分离需要3～4h，而且常规分离器、斜板撇油器等占地面积大、工程造价高、系统压力利用不充分。为改变上述状况，中国海洋石油总公司的海上石油平台应用了多种生产污水处理工艺，其中液-液型水力旋流器作为其中一种重要污水脱油设备，具有操作简单、分离效率高、单位容积处理量大、设备成本低、体积和占地面积小等优点，在海上石油平台生产工艺的油田产液预分离和含油污水处理中的发挥越来越大的作用。为此，笔者结合生产实际，对液-液型水力旋流器在海上石油平台污水处理系统中的应用进行阐述。

1 工作原理

液-液型水力旋流器是重力聚结器的一种，其结构如图1所示［1］。该装置在工作时，含油污水沿切线方向进入圆筒涡旋段后形成旋流再进入缩径段，由于缩径段截面改变，使流速增大并形成螺旋流态，利用油和水的密度差，使水附着于旋流管壁而油滴向锥管中心移动。流体进入细锥段后，由于该段截面不断缩小，流速继续增加，离心力也随着增大，小油滴被挤入锥管中心聚合形成油心，在净化水沿着旋流管壁呈螺旋线向前流动的同时，低压区的油心向后流动并从溢流口排出，而净化水则由集水腔流出，从而完成油水分离。

图1 液-液型水力旋流管结构原理图

2 现场应用

2．1 施工工艺参数

锦州25-1油田通过热化学分离、重力分离等方式将原油三相分离，分离出的污水进入污水处理系统。生产污水处理工艺流程为生产水脱气罐→生产水增压泵→水力旋流器→气浮选器 （入口含油在300ppm以下）→核桃壳进料泵→核桃壳滤器→注水精细滤器→注水缓冲罐 （见图2）。

图2 锦州25-1油田生产污水处理工艺流程

根据生产污水不同流量跨度，将该装置腔体内部设置3个处理能力相同的区域 （第1、2、3区），3个分区可以根据处理量的不同，既可单独使用也可组合使用，同时还可以通过调整参与工作的旋流管数量来更好地适应不同生产污水处理量的需求。该设备具有反冲洗的功能，设计最大处理能力为256m3／h，最小处理能力15m3／h，要求含油水进口含油量大于2000mg／L，净化水出口含油量小于100mg／L。

2．2 影响因素分析

1）化学药剂的影响 该装置的处理效果与生产污水中含油颗粒直径大小有很大关系。如果颗粒太小 （小于20μm），则无法将其甩出；如果污水中的含油呈现乳化状态，该装置也不能将乳化油脱出。该装置的处理效果与生产流程中加入的破乳剂的破乳效果有直接关系，破乳效果好，油水分层明显，生产污水中不会有太多的絮状物。为此，针对锦州25-1原油性质进行现场试验来筛选适合的破乳剂。对比添加筛选的破乳剂前后生产污水处理效果，发现生产污水处理指标明显好转，排放检测生产污水含油从添加化学药剂前的300mg／L以上减至80mg／L以下。这说明使用合适破乳剂对于水力旋流器的分离效果非常关键。

2）差压比及流量的影响 为了解不同差压比和流量对生产污水处理效果的影响，分别按照手动控制和自动控制模式对水力旋流器进行调试，调试结果如表1所示。

表1 水力旋流器调试记录表 （2011年）

从表2可以看出，如果生产污水流量为40～50m3／h，水力旋流器的水出口含油可以控制在300mg／L以下，满足下游气浮选器对入口含油的要求，但未达到设计要求 （小于100mg／L），而小流量 （15～30m3／h）的处理效果更是不理想，其原因在于水力旋流器的水出口压力无法在现有流程下降低到理想设定值 （约为入口压力的一半），导致油和水的2个出口的压力高，差压比的可调范围太小，无法建立足够的差压来驱动含油生产水在旋流管内的旋转，从而使油水分离效果差。此外，在生产污水流量合适的条件下，通过自动控制差压比的污水处理效果也不理想。理论上通过动态追踪水出口控制阀开度变化引起的水出口压差的变化来控制油出口控制阀开度，从而保证设定的压差比，但实际操作中很难实现，而且水出口的压力无法降低到理论上需要的设定压力，导致油和水出口的压力高，差压比的可调范围太小，水出口的含油量不能达到设计要求。出现上述状况的原因如下：虽然为满足不同生产污水流量跨度对水力旋流器腔体内部设置3个分区，但使用1个分区 （18根旋流管）时还是多于最小排量所需的旋流管数量，导致旋流速度不足，最终使油水分离效果差。

根据上述分析，用9根堵头更换了第1区的9根旋流管，并对水力旋流器反冲洗后进行调试，调试结果如表2所示。

表2 水力旋流器调试记录表 （2011年）

从表2可以看出，在不同地生产污水流量条件下，净化水含油量为30～80mg／L，水力漩流器的水出口含油可以控制在80mg／L以下，满足下游气浮选器对入口含油的要求，也达到设计要求。其原因在于减少旋流管数量之后，单位时间内经过单个旋流管的生产污水流量增加，流动速度加大，从而产生快速旋转，使油水分离效果得到明显改善。

2．3 应用效果

目前锦州25-1油田在使用液-液型水力旋流器处理生产污水时，流量控制在30m3／h，生产污水含油浓度在600mg／L左右，处理后净化水含油浓度在70mg／L左右，达到了设计要求。

3 结论和建议

1）液-液型水力旋流器相对于常规的污水除油装置，具有重量轻、占地面积小、成本低、处理时间短、分离效率高等优势，非常适用于海上石油平台作业。

2）水力旋流器具有较大生产污水流量使用范围，但对于低流量处理效果不理想，可通过抽取或封堵旋流管来降低生产污水流量。

3）使用水力旋流器时必须设置好进出口差压比，以此来保证足够的压差。

4）最好将水力旋流器与其他生产污水处理装置配套使用，从而尽可能保证生产污水达标。

5）水力旋流器的自动控制系统操作困难，需要不断摸索规律，掌握最佳的操作条件。

［1］倪玲英 ．水力旋流器的研究现状及其在石油工业中的应用前景 ［J］．过滤与分离，1999（3）：1-4．