中原油田三相分离器清污作业危害分析及改进措施

晁代强 易俊，2 酒尚利 常登刚 王文和，2

(1.重庆科技学院安全工程学院，重庆 401331;2.重庆市安全生产科学研究院，重庆 401331;3.中国石化中原油田分公司，河南 濮阳 457001)

中原油田采油三厂明一联合站正在服役的三相分离器(以下简称分离器)共计11台，已投产使用多年，分离器老化，出现问题的周期明显缩短。随着中原油田进入开采后期，原油含水率的上升，井口来油中携带了大量的泥沙。检查分离器内部结构发现，分离器导流板和堰板的存在使泥沙易沉积在中间筒体底部，导致排污管网孔堵塞［1］。若不及时排除分离器中的泥沙，将造成分离器底部及焊缝腐蚀，减小容器的有效容积、阻塞流道、加速细菌繁殖、使得液位不易控制，液体进入罐内没有足够空间和时间完成重力沉降，达不到预期的分离效果，因此，分离器清污是十分必要的。

然而，频繁的清污作业过程中也潜在着可能导致人身伤害乃至伤亡的危害因素，甚至有可能导致各种安全生产事故，针对目前中原油田分离器清污作业中存在的问题和不足提出可行性建议。

1 分离器内泥沙的危害

1.1 分离器本体的垢下腐蚀

通过在明一联现场调研正在服役的11台分离器，发现分离器筒体内表面由于油气水混合物中携带的泥沙、黏土、腐殖质及其他固态悬浮杂质沉积形成了分布不均匀的、坚实的锈垢层，并且可以看到产生垢下腐蚀的本体表面明显呈锈瘤状，剥离垢层后会发现有严重腐蚀的本体材料，形成腐蚀坑，随着腐蚀坑不断深入发展直至穿孔，如图1所示。

图1 三相分离器垢下腐蚀形貌图

分离器筒体内的泥沙导致本体材料的垢下腐蚀主要为电化学腐蚀［2］，在腐蚀电池中阴极反应主要是氧的还原，垢下封闭区金属为阳极，阳极反应则是铁的溶解。分离器本体材料在水中发生的腐蚀反应为:

阳极反应:Fe-2e→Fe2+

二价铁水解 Fe2++2H2O→Fe(OH)2↓+2H+使垢下介质的pH值进一步降低，腐蚀加速。

阴极反应:O2+2H2O+4e→4OH-

显然，分离器本体的垢下腐蚀加剧是电化学腐蚀自催化作用导致的。

1.2 由介质冲刷形成的冲蚀

由于介质冲刷形成的腐蚀深坑部位，主要集中在分离器筒体底部及堰板周围器壁及焊缝处。由于堰板的存在，使得流道变得狭窄，流经此处的流体流速明显高于其他部位，这些部位就不断地接受高速流体介质的冲蚀，造成堰板表面吸附或积聚着大量泥沙、黏土及其他腐殖质，流速增大的液体介质增大了冲刷腐蚀速率，最后导致分离器筒体及焊缝处腐蚀穿孔［3-4］。

1.3 油污泥部位的电化学腐蚀

油污泥的大量存在，使分离器本体材料呈离子状态，当金属离子与自身电子的结合度低于金属离子与水分子结合度时，此时，油污泥部位的电化学腐蚀正是由于一部分金属离子从金属表面迁移到油污泥溶液中而形成的。

1.4 堵塞影响分离效果

根据分离器的结构(如图2所示)及工作原理，当油气水混合物从进液管出来后，先经布液板后经防冲板进入沉降室。当布液器或防冲板发生堵塞时，部分来液不经分离，直接通过布液器或防冲板下面的通道进入沉降室，堵塞越严重，通过通道进入沉降室的液量越多，分离效果就越差，加之大量泥沙沉积在沉降室中，占据着大量的沉降空间，使液体进入罐内没有足够的空间和时间完成重力沉降，达不到预期的分离效果［5］。

图2 分离器结构图

2 分离器清污现状

目前中原油田的分离器清污主要是人进入分离器用高压射流枪对聚结板、集水管、各分离仓室进行清洗。以下是目前所采用的分离器清污方法。

2.1 分离器清污前期准备

为确保分离器正常运行，清理分离器时达到预期的效果，应做好以下准备工作:

(1)分离器停运前汇报主管领导并通知调度室，告知倒分离器详细情况，包括倒分离器时间、倒入几号分离器等，由调度室通知厂调度室及采油区。

(2)停运前进行浮油，将分离器内剩余的油浮出来，以免造成原油的损失，浮油时通知输油班注意脱水器放水，控制外输含水，待分离器含水达到70%左右，打开待倒入分离器进口闸门，从来油阀组进行倒线，然后关上原分离器进口阀门，之后对油仓和水仓进行压空。

(3)分离器倒完后，调整好微机参数，并通知化验室对含水进行化验，直到正常运行为止。

(4)浮油结束后关闭原油出口阀门，切换分离器排污工艺流程，对其从底部进行排沙，利用天然气将分离器积液吹扫干净，随之分离器气出口压力表落零，关闭天然气阀门，通知供水岗关注污水池液位，避免冒池。

(5)在分离器操作阀组上挂“停运牌”，以免造成误操作。

2.2 分离器清污

(1)当分离器油水气全部排空后，关闭油水气出口阀门，开分离器前仓入孔，底部入孔，中仓入孔，准备防爆配电柜、接电电缆，并在中仓入孔上架电风扇，把有毒气体从里往外吸，持续强制通风24 h，自然通风2～3 d。

(2)通风后，分离器中有毒气体浓度达到要求后，方可对分离器进行清污，准备高压射流工具、防爆泥浆泵1台、消防水带若干(视情况而定)，把泥浆泵放入分离器下的排水池内，连接水带，当清洗水位高时，启泵打水至污水池。

(3)进入分离器前开相关作业票据，进分离器人员穿防水服，带上防毒面具，带上准备好的手电、梯子、撬杠、毛毡、卷尺等工具，清污人员带上消防水带从底部入孔进入，利用高压射流枪对立分、聚结板、集水管、冲沙管、各分离仓室进行清洗。

(4)清洗完毕后，根据分离器停运前运行情况对分离器进行检查，主要观看是否有腐蚀坑，集水管是否通畅，水仓底部空隙是否通畅，检查要细致，不漏任何可疑部位，认真排查任何停运前存在的问题。

(5)验收合格，封入孔等待投运。

(6)从通风开始直至清理检查完毕，时间为5～7 d，可视情况延长，切勿短时间内完成。

在清理分离器过程中尽量把罐底沉积的泥沙、蜡、沥青及聚合残留物清理干净，使液体进罐内有足够的空间和时间完成重力沉降以实现预期的分离效果。

2.3 投运分离器

(1)确保与分离器连接的各条工艺管线正确安装，阀门灵活好用并处于关闭状态，各法兰连接、密封部位紧固无松动。

(2)检查分离器出油、出水凡尔无卡堵，连杆调节机构灵活好用。

(3)进行分离器工艺流程的切换，缓慢开启分离器进液阀门，倾听进液声音是否正常，确认进液正常后，缓慢开启天然气出口阀门。

(4)当油水凡尔连杆发生工作时，打开出水出油阀门。

(5)调试油、气、水路计量仪器，使其正常运转。

(6)分离器运行正常后，做好分离器的投运记录。

(7)将备用分离器按分离器停运规定进行停运。

3 分离器清污作业中危害分析

3.1 分离器停运时的危害分析

(1)停运前对分离器进行全面检查，先倒旁通阀或投运备用分离器，正确切换流程。如果流程切换错误，引起憋压，易造成来液管线穿孔、油气泄漏、污染环境，可能发生火灾。

(2)停运时，在关闭出气阀的过程中，可能发生高空坠落事故，做好防护措施，现场需要有监护人。

(3)排污时，与下游协调不当，可能造成污油池(罐)冒顶事故，污染环境。因此在排污操作前，及时与下游岗位沟通联系，确保排污工作安全有序进行。

(4)停运后及时挂牌，表明分离器所处状态，若停运未挂牌，可能造成误操作。

3.2 分离器清理过程中的危害分析

(1)强制通风48 h以上，检测分离器内有毒有害气体含量并达到安全技术要求，办理进入受限空间作业许可证。否则易发生中毒窒息事故。

(2)清理前，确认分离器内油水是否排放干净，若分离器中油水未排干净，易污染环境。

(3)严格遵照操作规程使用防爆工具。若清理时，不使用防爆工具或操作不当，易发生火花，可能发生火灾或爆炸事故。

(4)进入分离器时因里面照明不良，可能会发生人员摔伤、碰伤等人身伤害事故。

(5)清理完毕后，设备安装不合格，会造成油气泄漏，引发火灾。

(6)清理完毕后，进入内部检查，确保分离器内无杂物，否则易造成分离器无法正常投运。

(7)清出物及废弃物集中处理，做到工完、料净、场地清，避免发生二次污染。

(8)对于清出的泥沙中掺杂的污油无法从泥沙中分离出来，泥沙排出后易造成环境污染及原油的浪费。

(9)撤离通道不畅、监护不力，导致发生火灾事故时，人员不能及时撤离，引发事故。

3.3 分离器投运危害分析

(1)按规定验收、投运分离器;定期检查安全附件，保证安全附件在有效期内运行。分离器存在设备缺陷，安全阀、压力表等安全附件损坏、未校验或者超过有效期，可能导致油气泄漏，引起火灾、污染环境。

(2)投运前按照操作规程认真检查油水凡尔，确保其灵活好用。油水凡尔故障或者调节不当，造成水中带油或油中含水超标，影响分离效果。

(3)投运前确保分离器及管线内无杂物，按规定及时清理过滤器。流量计卡堵、过滤器堵塞，易造成系统憋压、油气泄漏，引起火灾、污染环境。

(4)投运时，按操作规程逐项进行，缓慢打开阀门，平稳操作。如果投运分离器期间阀门开关过猛，导致闸板脱落，易造成系统憋压、油气泄漏，引起火灾、污染环境。

(5)投运前，确认排污阀处于关闭状态。未检查排污阀关闭状态，可能造成污油池冒顶，污染环境，引发火灾。

3.4 进入受限空间作业危害分析

(1)作业前对进入受限空间危险性进行分析，并制定危害削减措施。如果进入受限空间危险性分析不够，危害削减措施不到位，易造成火灾、爆炸、人身伤害等事故。

(2)所有与受限空间有关联的阀门、管线加盲板清单，并落实拆装盲板负责人。与受限空间有关联的阀门、管线未加盲板隔离，介质喷入受限空间易造成人员中毒、窒息等人身伤害事故。

(3)打开设备通风孔进行自然通风，必要时采取强制通风或佩带空气呼吸器，受限空间存在有毒有害物质，通风不畅时，易造成中毒、窒息等人身伤害事故。设备内缺氧时，严禁用通氧气的方法补氧。

(4)检查受限空间内部，具备作业条件，清罐时使用防爆工具，受限空间内部不具备作业条件进行作业，易造成着火、爆炸、人身伤害等事故。

(5)及时清理妨碍人员进出的障碍物，保持受限空间进出口通道通畅。受限空间进出口通道堵塞，紧急情况下，人员不能顺利撤出，造成事故扩大。

(6)作业人员须清楚受限空间内存在的其他危害因素，如内部附件、集渣坑等。作业人员不清楚受限空间内存在的危害因素，盲目的进入作业，可能造成碰伤、扎伤等人身事故。

(7)作业防护器材配备要合理到位，否则可能造成人身伤害。

4 改进措施

通过对分离器内部结构的研究和清污方法的学习，结合目前中原油田分离器清污作业过程中存在的不足和危害，提出以下几点建议。

4.1 对分离器内部结构进行改造

建立冲砂工艺。在分离器底部沿长度方向设若干排污口和除砂管汇。用带压水(常为油田污水)经除砂管高速喷射沉积物使其流化后，从排污口排出。除砂管汇内水的压力至少比容器操作压力高0.2 MPa，喷射流速不小于6 m/s。这种方法要确保排污口不被沉积物等堵塞。这样可以减少人员进入分离器的次数，从而减少危害人身安全事故的发生。

4.2 改进清污方法

4.2.1 增加过滤工序，减少泥沙沉积

为避免大量泥沙在分离器内沉积，可在采油区井口或者计量站至分离器进口之间的管线上增加一道过滤工序，作为初步过滤。这样一来在原油进入分离器之前已经经过一次初步过滤，使得原油中携带的泥沙量在进入分离器时相对减少，在分离器底部存积的泥沙量就会减少，从而可以降低分离器清污的频率，最终从根本上减少了清污时产生的危害。此种工序需要确保过滤设备畅通，并设有旁通可对过滤器进行定期清理。

4.2.2 针对实际情况，调整排砂周期

为避免分离器内存积的泥沙长时间沉积结垢，堵塞集水管及排污口，影响分离效果，因而泥沙必须定期通过分离器排污管线进行排出。但实际中，采油区各线的含沙量又不尽相同，而每次排污，必定会影响分离器内部界面的平衡，甚至影响采油区产量的平稳。在不得不排污，又必须将排污的影响降到最低的情况下，针对采油区各线所在区块的不同，根据具体原油的成分，含水情况及含沙量大小的不同而制定具体的排污周期，不要一概而论的对分离器进行排污，对含沙量较大的分离器加密排污周期，对含沙量较少的分离器延长排污周期。这样可以及时将分离器内沉积的泥沙排出，不仅避免了大量泥沙沉积在分离器底部，同时能将排污对生产的影响降到最低。

5 结语

目前，对分离器清污是保证分离器完成油气水三相分离的一种有效手段，针对目前中原油田分离器清污过程中存在的问题，提出改造分离器内部结构和改进清污方法的建议，在生产实际应用中可以有效地减少清污作业带来的危害，并降低生产事故发生的可能性，不仅保证了中原油田的持续稳产，也增加了企业的经济效益。

对于清污时清出泥沙中掺杂的污油无法分离的问题，建议可在排出泥沙的污油池中建立一套洗油工艺，把泥沙中的原油洗出来，这样既可以减少原油的浪费，也可以避免外排的泥沙对环境的污染。

［1］凌永梅.浅谈分离器的腐蚀及对策［J］.石油化工腐蚀与防护，2011，28(1):40-42.

［2］朱元良.碳钢垢下腐蚀行为与缓蚀机理研究［D］.武汉:华中科技大学，2008.

［3］李茂光.三相高效分离器的应用［J］.中国石油和化工标准与质量，2012(1):112.

［4］王秀清，魏建红，杨洪岩，等.高效分离器腐蚀原因及防护对策［J］.全面腐蚀控制，2006，20(5):34-36.

［5］范廷骞，王建华，李树青，等.高效三相分离技术在原油脱水中的应用［J］.石油工程建设，2005(S1):85-88.