某海上油田紧凑式气浮选典型故障分析研究

范怀勇

（中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东 深圳 518000）

目前南海东部油田主要的污水处理工艺基本有2种形式：①生产分离器—水力旋流器—沉降罐—排海；②生产分离器—水力旋流器—紧凑式气浮选—排海。鉴于气浮选对含油污水良好的处理效果，第二种形式的生产污水处理工艺渐渐成为南海东部油田主要的处理方式。

1 油田生产水处理流程及紧凑式气浮选技术参数

1.1 流程概述

海上油田的含油污水（或称为生产水，下称生产水）主要来自井液，南海东部油田的生产水处理流程大致为：含水的原油从通过自喷或者电潜泵举升进入生产分离器，在分离器内经过初次的油水分离，分离出的生产水进入水力旋流器进行二次油水分离，然后再进入气浮选装置进行第三次油水分离，最后处理合格的生产水排海（注：生产水排放浓度限值见表1，文中的油田属于三级海域）。

表1 生产水排放浓度限值

1.2 结构组成

设备主体结构由进水区、气浮区、二次收渣（油）区、出水区、循环泵等组成。

（1）进水区。设有布水器，保证布水均匀的同时，降低进水流速对气浮区水体的冲击。

表2 气浮选设计参数表

（2）气浮区。含油污水中的油和悬浮物与喷射器产生的上浮气泡相结合，产生密度小于水的结合体，向上运动形成浮渣，由排油口排出。

（3）收渣（油）区。用于收集浮渣（油）。

（4）出水区。设有出水调节阀，可有效地调节出水流量。

（5）气浮选循环泵。将一部分处理后的生产水进行再循环。

1.3 技术参数

主要参数详见表2。

2 紧凑式气浮选（CFU）的工作原理

工作原理介绍。本文的气浮选采用立式设计，利用气浮和旋流的原理除去生产水中分散的油。旋流产生的离心力加速油滴的迁移，分布在生产水中的气泡（气泡主要由射流器产生，下文阐述形成机理）向容器的中心聚集，加强了气泡与油滴的相互作用，随着气泡上浮。油滴聚结长大，当气泡在CFU中上浮时，会吸附油滴并迅速增大。气泡联合油滴上浮至液相表面，形成一个油层，然后撇进集油桶。循环泵作为射流器的动力源，将一部分处理后的生产水进行再循环，利用文丘里原理抽出CFU气相空间的气体，形成一股气液混合物，进入CFU生产水入口管线。在CFU的入口，生产水分为两股高速流体，每一股都经过一个气泡分布板，在气泡分布板的作用下，气体均匀分布在水中。

3 典型故障分析研究

3.1 案例1：气浮选循环泵启动后，水腔的内浮子式液位计显示为零

（1）故障描述。此问题出现在调试期间，设备调试前罐内充满淡水，水腔的液位计显示液位处于正常值，启动循环泵后，液位计数值突然下滑至零点。

（2）故障分析及解决方案。①水腔的液位控制阀开启，导致水腔内的水瞬间排空。经检查，液位控制阀处于完全关闭状态，也不存在漏失现象，故排除该原因。②浮子破损，液体进入其中。经拆检液位计，发现浮子完好无损，并在水中测试，密度设计毫无问题，故排除该原因。③设计问题。遂对其他3台气浮选进行同样的测试，发现存在同样的问题。该液位计的设计简图，其液位计的上端引流口的位置较低，靠近循环泵的出水口，循环泵启动后，罐内的液体延罐壁作快速的旋流运动，而此时液体势必对罐壁产生作用力，液体必然对罐壁的孔洞产生冲击力，所以液体极有可能自液位计上引流口—护管—下引流口形成环流，液位计的浮子被自上而下的水流冲至零点。据此思路将液位计做简单改造，将上引流口通过仪表管改至罐顶，液体的旋流冲击力便影响不到现在的引流口。改造后再次启动循环泵测试，液位计浮子保持在正常位置，问题得以解决。

3.2 案例2：气浮选生产水进、出口的含油浓度变化不明显

（1）故障描述。调试期间气浮选生产水进、出口的含油浓度OIW（水中含油的浓度）变化不明显，远达不到其设计水平。气浮选的除油能力与普通的缓冲罐类似，化验数据如表3。

（2）故障分析。可能存在的问题及解决方案。无泡沫产生或者泡沫的量不足，经对注入氮气的流量表进行检查，发现氮气流量计读数低于5Sm3/h，几乎没有流量（氮气流量计设计为5～325 Sm3/h），如表4。导致该问题的关键原因有2个：①气体管线或者射流器卡堵；②射流器故障。遂对射流器进行拆卸检查，经检查管线或者射流器并无卡堵现象，因此可能是射流器的问题。对拆下的射流器参照工作环境进行模拟实验，发现射流器几乎没有虹吸能力。射流器是依据文丘里管的原理设计，根据其原理，造成无虹吸能力的因素为压力和孔径，压力是定值，是系统正常运行的参数设定，那么问题很可能出现在喷射管的孔径上。据此思路将喷射管的孔径改造缩小后再次进行模拟实验，吸入口负压明显。再次将射流器装回，进行在线测试，发现N2流量计变化明显，如表4。实验结果说明射流器的设计存在一定问题，遂联系厂家根据实验结果对射流器尺寸重新计算，以达到设计要求。后续厂家对射流器进行了重新设计改造，安装新的射流器后再次对生产水进行取样分析，达到设计要求。

表3

3.3 案例3：水出口的OIW值大于水进口的OIW值

（1）故障描述。气浮选C设备运行大约一年以后，水出口的OIW高于进口，并且有越发严重的趋势，而其他3台气浮选不存在这种情况。

（2）故障分析。可能存在的问题及解决方案。①油泥的影响。气浮选C运行时间较其他3台久，罐壁或者罐底可能会有油泥的积聚，造成水质处理达不到设计要求。对C进行底部排污，效果不明显。②腐蚀。在对C进行底部排污后，水质的处理虽有改善但不明显，开罐对罐壁进行检查，发现罐壁附着的油泥不多，基本不会对水质的处理产生影响。但开罐的同时发现罐壁有锈蚀的凹坑，推测油槽也可能出现锈蚀，甚至锈穿。遂对油槽进行细致检查，经检查发现油槽确有腐蚀穿孔的问题。腐蚀导致油槽穿孔，油槽内的污油渗流至水腔，对处理后的生产水造成污染，造成水质达不到设计要求。再对锈蚀罐壁及油槽的修复以后，将气浮选C再次投用，生产水处理水平再次达到设计要求。

表4

4 结语

气浮选作为海上油田生产水处理流程最重要的设备之一，其工作情况受很多因素的影响，最为关键的可能为气泡、油滴的分散形式等。但其设计或者腐蚀情况易被忽视，因为此因素不是气浮选设计原理的参考条件。