水力旋流器现场创新与应用_李云鹏.pdf

通过对某油田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。关键词：关键词：水力旋流器；排气；垫片；化学药剂 1 研究背景 1 研究背景 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1-3。水力旋流器（见图 1）的主要部件有：壳体、旋流管、支撑板、固定板、底流口、溢流口等。旋流管的基本结构见图 2，含油污水沿切线方向进入圆筒涡旋段后形成旋流，进入同心圆锥段后由于截面的改变，使流速增大形成螺旋流态，由于油和水的密度差，水附着于旋流管壁而油滴向中心移动。流体进入水平尾管段后，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，低压区的油芯向后流动并从溢流口排出，而净化水则由集水腔流出，从而完成了油水分离4-5。图1 水力旋流器结构图 图1 水力旋流器结构图 图2 旋流管结构图 图2 旋流管结构图 该油田水力旋流器与其他的水力旋流器略有不同，共有86根旋流管，将这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0.684 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。2 设备问题分析 2 设备问题分析 2.1 设备调试历程 油田自2009年12月投产以来多次对水力旋流器进行了调试，由于投产初期污水处理量较小，水力旋流器入口污水含油仅在300 ppm左右，在进行调试过程中发现其处理效果不佳，进出口含油量变化不大，但是受生产水量的影响不能全面地获得实验数据。随着生产水量的增加，2012年11月下旬至2012年12月中旬，平台联系水力旋流器厂家人员上平台对水力旋流器进行全面调试。2.2 设备问题 图3 水力旋流器运行示意图 图3 水力旋流器运行示意图 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6，在现场调试过程中发现，油水相两端的三个分区通过“T型”凸条机械密封，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，如图3所示，例如在投用18根旋流管区域处理污水时，其他两个34DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.07.078182 李云鹏：水力旋流器现场创新与应用 根旋流管的油、水串入18根油水腔室。虽然投用的是18根旋流管区，但是实际上三个区均在使用，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。2.3 影响因素 通过现场调试发现水力旋流器入口污水中溶解气以及流程中化学药剂浓度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；调整流程中清水剂、破乳剂注入浓度降低污水中的乳化液，提高密度差从而提高水力旋流器处理效果。3 设计思路与方案 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，由于其现场空间小，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，增加排气流程如图 4 所示，利用一级分离器原水相滤网旁通阀 1，对流体进行节流降压，压力由 1750 KPa 降至 900 KPa 左右，由于压降使污水中的自由溶解气析出并通过在管线上 U 弯位置（阀 2）及水力旋流器入口（阀 5）增加排气管线，排放至三级分离器 V-2003混合室底部。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，降低现场操作人员频繁启泵转液的工作量（图中红线部分为新改造流程）。图4 排气流程示意图 4 现场调试分析 图4 排气流程示意图 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，一级水相处理量稳定在 30 m3/h，一级分离器温度为 47，清水剂注入点为一级分离器入口浓度为 40ppm，破乳剂注入点为生产管汇浓度为 40ppm。优化前后水力旋流器效率见表 1。在未安装 O/T垫片时降压排气时（为优化前状态），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，与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有效果。安装 O/T 垫片后并对入口污水进行降压脱气（为优化后状态），减小了自由溶解气对水力旋流器的影响，与优化前相比，进出口压差上涨明显，同时处理效率明显提高。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。4.2 化学药剂对水力旋流器处理效果的影响 现场为了进一步研究水力旋流器的处理效果因素通过改变破乳剂、清水剂注入浓度进行对比试验。试验背景污水处理量稳定在 30 m3/h，并且都在节流降压工况下，注入点位置不改变，通过改变清水剂和破乳剂的注入浓度，评价水力旋流器处理效果，数据见表 1。通过三组数据对比，可发 李云鹏：水力旋流器现场创新与应用 183 现提高化学药剂浓度可使水力旋流器的处理效果明显增强。表1 化学药剂对水力旋流器处理效果的影响 表1 化学药剂对水力旋流器处理效果的影响 加量 旋流管根数 瞬时 流量 入口压力 油相压差 水相压差 压差比入口含油值 出口含油值 处理 效率 清水剂 30ppm 破乳剂 40ppm 18 30.7 843 581 363 160 1491 674 54.80 18 31.2 851 570 356 160 1528 712 53.40 18 30.4 862 563 352 160 1547 732 52.68 清水剂 40ppm 破乳剂 40ppm 18 29.48 850 573 358 160 1452 275 81.06 18 29.1 854 565 353 160 1470 283 80.75 18 31.6 870 557 348 160 1420 304 78.59 清水剂 40ppm 破乳剂 60ppm 18 29.3 881 560 350 160 1431 190 86.72 18 30.61 879 557 348 160 1440 176 87.78 18 30.61 868 578 361 160 1418 185 86.95 5 总 结 5 总 结 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和化学药剂浓度等因素也能影响其处理效果，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。通过对设备和流程的优化改造将水力旋流器处理效率从 30%提高至 85%以上，达到了理想中的使用效果，具有一定的推广意义。参考文献 参考文献 1 郑九洲.用于同井注采的高处理量水力旋流器结构设计及性能研究D.东北石油大学,2022.2 张想,屈涛,覃豪,等.生产水处理系统水力旋流器的工作优化与创新J.设备管理与维修,2022(19):100-102.3 李海.渤海某油田水力旋流器测试数据分析J.化工管理,2022(07):69-72.4 李子凌,杨雅婷,胡海祥.水力旋流器结构改进研究现状及展望J.现代矿业,2021,37(11):138-141.5 韩岳桐,樊民强,张兴芳.水力旋流器溢流余能回收技术探究J.中国矿业,2021,30(11):163-168.6 余合林,郭纪强.提升水力旋流器除油效率的方法研究与实践J.中国设备工程,2021(20):87-88.（上接第 177 页）_（上接第 177 页）_ 应用场景中，过程液压隔膜泵将逐渐替代离心泵成为更好的输送设备选择。参考文献 参考文献 1 郑卓颖,李春雷,常驰.LEWA 过程隔膜泵与高速离心泵的比较J.化工设备与管道,2006,43(02):47-49.2 张世新,张浩俊,杨青,等.气动隔膜泵引水在电镀废水处理中的应用J.电镀与精饰,2016,38(6):3.3 傅彪.往复式液压隔膜泵运行稳定性的改进J.磷肥与复肥,2014,029(005):69-70.4 伍星.试述气动隔膜泵在油漆生产企业中的应用J.广州化工,2013,41(14):3.5 陈礼,陈红军,管汝光,等.往复式矿浆液压隔膜泵无泄漏隔膜的结构J.排灌机械工程学报,2017,35(7):5.