李建斐(大慶油田第六采油廠(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所，黑龍江 大慶 163000)

1 現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1 現(xiàn)狀

臥式三相分離器在我廠(chǎng)轉(zhuǎn)油放水站廣泛應(yīng)用。此類(lèi)設(shè)備依靠重力完成油、氣、水的分離，依托堰板區(qū)分油水出口。內(nèi)部一般設(shè)有斜板、波紋板等聚結(jié)組件，以增大油滴直徑、促進(jìn)油水分離。

1.2 存在問(wèn)題

站庫(kù)中設(shè)備的來(lái)液環(huán)境、結(jié)構(gòu)尺寸均固化的情況下，調(diào)整參數(shù)設(shè)置是優(yōu)化運(yùn)行的關(guān)健途徑。調(diào)查發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中主要通過(guò)經(jīng)驗(yàn)控制油水界面，設(shè)備處理效果不理想。

2 三相分離器工作原理

2.1 油水界面的對(duì)罐內(nèi)流態(tài)的影響

三相分離器處理高含水原油時(shí)，水相雷諾數(shù)卻隨水量增加而增大，分離效果受到影響。[1]當(dāng)分離器進(jìn)液量出現(xiàn)波動(dòng)而引起界面波動(dòng)時(shí)，在油水兩相間流態(tài)差別及界面波動(dòng)同時(shí)存在下，界面低凹處產(chǎn)生渦體，其旋轉(zhuǎn)方向與流速較高的水相方向一致，而與油相流動(dòng)方向相反。

2.1.1 當(dāng)界面設(shè)置低于堰板高度時(shí)

對(duì)于渦體上n1點(diǎn)附近的流體來(lái)說(shuō)，因其方向與渦體旋轉(zhuǎn)方向相反而速度變慢、壓強(qiáng)增加；n2點(diǎn)附近的流體由于其方向與渦體旋轉(zhuǎn)方向相同而速度變快、壓強(qiáng)減少，從而在渦體n1點(diǎn)與n2點(diǎn)之間存在一個(gè)橫向動(dòng)水壓力p，其方向自n1點(diǎn)向n2點(diǎn)。見(jiàn)圖1。由于p 的作用，使渦體進(jìn)入水層，使污水含油大幅升高。隨著油水兩相雷諾數(shù)差值的增大，渦體數(shù)量增多，中間層隨之加厚，使油水分離條件急劇變差。

圖1 油水兩相間流態(tài)差別及界面波動(dòng)

2.2.2 當(dāng)界面設(shè)置超過(guò)堰板高度時(shí)

界面處油相流速大于水相流速，渦流體進(jìn)入油層，導(dǎo)致外輸油含水大幅上升。同時(shí)隨著油水兩相雷諾數(shù)差值的增大，渦體數(shù)量隨之增多，中間層加厚，油水分離急劇變差。

綜上，宜保證油水界面處油、水兩相的速度相等或相近，以減少渦體的產(chǎn)生，從而保證處理效果。

2.2 油水界面對(duì)處理能力的影響

在弱化分離器內(nèi)部部件的情況下，將油水分離過(guò)程簡(jiǎn)化為油滴在水相空間內(nèi)從沉降起始端向沉降末端浮升的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。位于圓筒最低點(diǎn)的油滴到達(dá)油水界面所通過(guò)的水相距離最大。圖2 是設(shè)備沉降分離段簡(jiǎn)化示意圖。

圖2 沉降分離段示意圖

理想狀態(tài)下，油滴的浮升軌跡如圖2-3 虛線(xiàn)所示，油滴從始端最低點(diǎn)正好位移到沉降段末端。它在液流中按斯托克斯定律向上浮升，到達(dá)油水界面所需的時(shí)間為：

式中：tT為油滴浮升所需時(shí)間(s)；h 為油水界面高度(m)；Vt為浮升速度(m/s)；d 為容器內(nèi)徑(m)；hD為油水界面相對(duì)位置比值(hD=h/d)；q 為設(shè)定水連續(xù)相流量(m3/s)；ST為垂直于液流的水相橫截面積(m2)；S 為垂直于液流方向的容器總橫截面積(m2)。

按斯托克斯定律油滴浮升速度為：

（3）不愿做，沒(méi)有做。有的站區(qū)長(zhǎng)認(rèn)為思想政治工作是上級(jí)的事，做了也是“無(wú)用功”。對(duì)職工思想問(wèn)題袖手旁觀(guān)，言行舉止脫離群眾，講話(huà)辦事脫離實(shí)際，作風(fēng)不接地氣，工作無(wú)法落地。“陰天馱穰草，越馱越重”，矛盾日積月累，導(dǎo)致部分基層單位思想政治工作松癱軟。

式中：ρw、ρo為操作溫度下水和油的密度(kg/m3)；do為油滴直徑(m)；μw為水相的動(dòng)力粘度(Pa·s)；g 為重力加速度(9.81m/s2)。

結(jié)合公式(1)、(2)得出：

從公式可看出，在設(shè)備的外形尺寸(設(shè)備長(zhǎng)度Le、內(nèi)徑d)、操作環(huán)境(油滴直徑do、油水的密度ρ)等確定的情況下，游離水的水相處理量與M 和hD相關(guān)，M/hD的比值越大，處理能力也增大。

已知M=S/ST，hD=h/d，結(jié)合面積公式?？赏茖?dǎo)出：

按照操作規(guī)范，hD取值0.2～1 之間，利用公式(4)、(5)計(jì)算相關(guān)性，得出如圖3。

綜上，三相分離器的油水界面在h=0.687d 時(shí)，水相能力出現(xiàn)極大值，理論上可提高處理能力5.45%；擬定堰板高度為0.85d 時(shí)，當(dāng)界面超過(guò)堰板高度后，水相處理能力趨于水平，M/hD=1.004，理論上僅提高水相處理能力0.4%。

3 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

為驗(yàn)證理論研究成果，選取喇410 轉(zhuǎn)油放水站作為試驗(yàn)站庫(kù)。該站采用φ4×20m 三相分離器3 臺(tái)，設(shè)計(jì)堰板高度3.3m。

3.1 試驗(yàn)步驟

(1)采集試驗(yàn)站庫(kù)日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)、界面參數(shù)。

(2)調(diào)整界面設(shè)定值。每天調(diào)整油水5cm，同步檢測(cè)外輸指標(biāo)。

(3)分析數(shù)據(jù)，繪制曲線(xiàn)，分析界面對(duì)于外輸指標(biāo)的影響規(guī)律。

3.2 試驗(yàn)效果

試驗(yàn)以5cm 為區(qū)間調(diào)整三相分離器界面參數(shù)，并檢測(cè)放水含油、外輸油含水等參數(shù)變化情況。分析數(shù)據(jù)變化情況如圖4。

通過(guò)繪制放水含油-外輸油含水與油水界面關(guān)系曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)以下變化規(guī)律：

(1)外輸油含水隨界面升高而上升。界面由3.28m升至3.3m時(shí)，外輸油含水由44%升至70.7%。此時(shí)渦流體較多，中間層加厚，影響外輸指標(biāo)；當(dāng)界面持續(xù)升至3.33m 時(shí)，外輸油含水高達(dá)91.9%，此時(shí)水淹油室。

(2)放水含油隨著界面的升高而下降。在3.25～3.3m 之間達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)；隨著界面超過(guò)堰板高度，放水含油仍有小幅下降。說(shuō)明界面設(shè)置在堰板高度以下時(shí)，水相處理能力隨界面升高而不斷增加，并在低于堰板高度某一位置出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)界面超過(guò)堰板高度后，中間層隨水淹進(jìn)入油室，水相處理能力有小幅提升。

(3)界面為3.25m 處出現(xiàn)明顯交點(diǎn)，此界面處三相分離器運(yùn)行效果最佳。此時(shí)外輸油含水率44.60%，放水含油230.75mg/L。

(4)當(dāng)界面高度為3.25m，hD=0.81，大于公式推導(dǎo)值hD=0.678。一方面認(rèn)為并非所有油滴均從公式設(shè)計(jì)的始端最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至沉降段末端，一方面認(rèn)為是內(nèi)部整流組件對(duì)設(shè)備能力有綜合提升作用。

圖3 M和M/hD隨hD變化情況圖

圖4 喇410轉(zhuǎn)油放水站界面參數(shù)變化曲線(xiàn)

4 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

4.1 取得認(rèn)識(shí)

(1)油水界面的設(shè)置不宜超過(guò)堰板高度。以免水淹油室，導(dǎo)致外輸油含水超標(biāo)。

(2)以斯托克斯公式為基礎(chǔ)，理論上可確定三相分離器的處理能力并非隨油水界面的升高而提高。在極限值處，水相處理能力最大。

(3)試驗(yàn)狀態(tài)下，設(shè)備的外輸油含水、放水含油指標(biāo)存在明顯交點(diǎn)，認(rèn)為該界面高度下，設(shè)備運(yùn)行最佳。

4.2 存在不足

生產(chǎn)中，三相分離器形式多樣。本文未能開(kāi)展更具體的分析與驗(yàn)證。以后將進(jìn)一步開(kāi)展分析研究，借以摸清油水界面的變化規(guī)律，并用以指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際。