碟片式離心機(jī)在重油乳狀液脫水中的問(wèn)題
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原油脫水，包括原油中游離水和乳化水的脫除。其中，乳化水的脫除難度相對(duì)較大，因此W/O型乳狀液的油水分離成為研究的重點(diǎn)內(nèi)容。
蓬勃號(hào)FPSO（浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油裝置）平臺(tái)處理的PL19-3油田原油屬于環(huán)烷-中間基重質(zhì)原油，其特點(diǎn)是密度大、蠟含量低、輕組分含量少，而且該原油具有較高導(dǎo)電性。此外，該重質(zhì)原油含有大量膠質(zhì)瀝青質(zhì)，易與原油中固體顆粒等雜質(zhì)混合而形成穩(wěn)定的乳狀液。基于PL19-3油田原油特點(diǎn)，按重質(zhì)原油乳狀液脫水常規(guī)做法選擇電脫水時(shí)，存在設(shè)備尺寸大、化學(xué)藥劑用量高、難以達(dá)到脫水標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題；而選用碟片式離心機(jī)脫水的實(shí)驗(yàn)效果好，化學(xué)藥劑用量小。因此，PL19-3油田選用碟片式離心機(jī)進(jìn)行重油乳狀液脫水處理；然而運(yùn)行期間，頻繁出現(xiàn)故障，該離心機(jī)被停用。在此，總結(jié)這次大規(guī)模使用碟片式離心機(jī)進(jìn)行重油乳狀液脫水的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，供今后設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)借鑒。
1 碟片式離心機(jī)工作原理
由斯托克斯公式可知，水滴的勻速沉降速度和重力加速度成正比，若將乳狀液置于離心力場(chǎng)內(nèi)，則水滴所受的離心加速度大于重力加速度，有利于促進(jìn)水滴沉降和油水分層。由于在離心機(jī)內(nèi)水滴所受離心力幾百倍于其所受的重力，故離心機(jī)脫水速度遠(yuǎn)高于重力沉降脫水速度。針對(duì)PL19-3油田原油高密度、高黏度、高導(dǎo)電率的特點(diǎn)，蓬勃號(hào)FPSO使用Westfalia公司生產(chǎn)的ODB260-72-503型噴嘴碟片式離心機(jī)撬塊。該撬塊主要裝置有離心機(jī)、電機(jī)、水罐、循環(huán)泵、排放泵及控制盤(pán)等。外殼和頂部部件為靜止部分，中間轉(zhuǎn)鼓為旋轉(zhuǎn)部分，旋轉(zhuǎn)部分由底部電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
原油乳狀液經(jīng)過(guò)濾器和乳化油冷卻器后到達(dá)油離心機(jī)，從進(jìn)料口進(jìn)入離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓，而從轉(zhuǎn)鼓碟片底部通過(guò)上升通道進(jìn)入碟片，在離心力作用下油相、水相、砂礫因密度差而處于碟片的不同位置。密度較小的油相靠近旋轉(zhuǎn)中心軸，在碟片內(nèi)側(cè)流至靜止的向心泵加壓后通過(guò)油出口排至油冷卻器冷卻下艙；密度居中的水相從碟片外側(cè)沿碟片下端流出，進(jìn)入離心機(jī)上蓋水收集室后排至水罐；密度較大的砂和水在離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓較外邊，通過(guò)轉(zhuǎn)鼓的噴嘴進(jìn)入離心機(jī)下蓋排至水罐，水罐內(nèi)水砂通過(guò)排放泵進(jìn)入低壓分離器。
補(bǔ)充水來(lái)自水罐，通過(guò)循環(huán)泵加壓后進(jìn)入離心機(jī)，其主要起到水封的作用，防止油經(jīng)過(guò)噴嘴進(jìn)入水相。補(bǔ)充水中，有一部分與砂水通過(guò)噴嘴排出離心機(jī)，大部分與水相混合，進(jìn)入離心機(jī)上蓋水收集室，操作中要求水的出口流量不小于15m3/h。
碟片的作用是縮短液滴沉降距離，擴(kuò)大轉(zhuǎn)鼓沉降面積，提高分離器的生產(chǎn)能力。但是，碟式離心機(jī)中液體的流態(tài)與分離過(guò)程不同于斜板沉降罐，待分離液體通過(guò)上升進(jìn)入碟片間空間，砂和水被甩至碟片外延，較輕組分沿空間下部向中心流去，在離心力的作用下，微顆粒和水等沿碟片空間上部逆流至碟片外圍。碟片能在逆流液體層中以高流動(dòng)速度分離水和砂，使離心機(jī)具有分離小于幾微米尺寸的顆粒和水滴的能力。
碟片式離心機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、處理量大、效率高的特點(diǎn)。采用機(jī)械分離的方式，不需要添加過(guò)多的化學(xué)藥劑，節(jié)省成本；分離所需的溫度較低，對(duì)乳狀液導(dǎo)電性能無(wú)要求，適用于高導(dǎo)電性稠油。該離心機(jī)配備了針對(duì)海洋石油行業(yè)專門(mén)設(shè)計(jì)的減震系統(tǒng)，能吸收大量外界和機(jī)器本身的振動(dòng)?；谶@些特點(diǎn)，將碟片式離心機(jī)應(yīng)用于蓬勃號(hào)FPSO。
2 碟片式離心機(jī)運(yùn)行期間的問(wèn)題
2.1 應(yīng)急機(jī)封水設(shè)計(jì)不合理
當(dāng)離心機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)械密封會(huì)產(chǎn)生大量熱量，必須用冷卻水進(jìn)行機(jī)封冷卻。此時(shí)，如果失去機(jī)封水，機(jī)封可能會(huì)在10s后燒壞。設(shè)計(jì)中機(jī)封水來(lái)源于海水注水增壓泵出口，該泵流量大、壓力高、功率大，掛在正常電源上。油田失電時(shí)，離心機(jī)會(huì)失去機(jī)封冷卻水，從而可能導(dǎo)致機(jī)封燒毀。
為了避免這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了相關(guān)改造，從消防系統(tǒng)取海水，經(jīng)過(guò)濾降壓后與機(jī)封水主管連接，從而保證失電情況下消防水可以充當(dāng)冷卻水。但此次改造也存在風(fēng)險(xiǎn)，消防水為沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理的海水，會(huì)腐蝕損壞機(jī)封。建議在離心機(jī)設(shè)計(jì)中增加應(yīng)急電源驅(qū)動(dòng)的專用泵，以滿足失電時(shí)機(jī)封水的正常供應(yīng)。
2.2 離心機(jī)高速剪切導(dǎo)致部分原油高度乳化
離心機(jī)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力，也產(chǎn)生了高速剪切力，形成了原油的高度乳化現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)取樣發(fā)現(xiàn)，原油離心機(jī)水中O/W值高達(dá)10-4，原油離心機(jī)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生高度乳化，從而使其脫出水中的油高度乳化。現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了改造，起初脫出水進(jìn)入生產(chǎn)水離心機(jī)，修改后水進(jìn)入低壓分離器進(jìn)一步沉降，并在該物流中注入破乳劑。設(shè)計(jì)中需要考慮離心機(jī)高速剪切產(chǎn)生的乳化問(wèn)題，合理處理乳狀液。
2.3 離心機(jī)對(duì)進(jìn)料的質(zhì)量要求較高
在工程階段設(shè)備選型中，進(jìn)行了含砂原油的離心機(jī)分離實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，在一定砂粒徑范圍內(nèi)，離心機(jī)能夠較好地處理含砂原油。但此實(shí)驗(yàn)沒(méi)有考慮黏性固體的影響，這些黏性固體易結(jié)塊，容易堵在砂噴嘴。在生產(chǎn)操作中，原油離心機(jī)處理能力遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)處理能力，泥沙經(jīng)常堵塞離心機(jī)的排砂口而沉降在離心機(jī)內(nèi)，產(chǎn)生不平衡的離心力從而引起設(shè)備高振動(dòng)停機(jī)。泥沙附著在離心機(jī)碟片和砂出口，非常牢固，清洗的工作量和難度都比較大。設(shè)計(jì)中可以考慮在自由水分離器和低壓分離器中增加水洗環(huán)節(jié)，可以將乳狀液中大部分固體并入水層，減少離心機(jī)進(jìn)料中的固體含量。
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