發布時間：2022-01-10所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要: 針對油田伴生氣中壓深冷處理裝置產生的含油污水，介紹了油水分離方法的研究、含油污水排放量及分離器的計算、新型三相分離技術的研究及應用，最終達到了油、水、氣三相的有效分離，給企業帶來了良好的經濟效益和社會效益。該技術具有設備內部結構簡單、儀控設備
摘要: 針對油田伴生氣中壓深冷處理裝置產生的含油污水，介紹了油水分離方法的研究、含油污水排放量及分離器的計算、新型三相分離技術的研究及應用，最終達到了油、水、氣三相的有效分離，給企業帶來了良好的經濟效益和社會效益。該技術具有設備內部結構簡單、儀控設備少、后期維護難度低等優點，有著較好的推廣性。
關鍵詞: 含油污水; 三相分離; 長時間靜置; 計算方法; 倒 U 型彎管線; 虹吸現象
天然氣處理廠三氣廠擁有 2 套油田伴生氣中壓深冷處理裝置，回收伴生氣中的乙烷、丙烷、丁烷以及輕油等高附加值產品。另外，該裝置產生的含油污水通過初步分離后輸送至污水處理場統一處理。
隨著油田伴生氣產量下降和裝置中設備的長期運行，初步分離后的污水中含油量大于 100 g /L，遠超過污水處理場的接收標準( ≤500 mg /L) ，只能將其排放至三氣廠火炬區域的燃燒池。這樣處理含油污水會造成 2 個問題: 一是含油污水可能滲入地下，對周圍的農田和地下水構成威脅; 二是污水中輕油的揮發會對大氣造成污染，同時存在安全隱患。
1 油水分離方法的研究
油水混合物中水狀態主要有溶解水、乳化水、游離水 3 種。各種油水分離方法的共同點是，創造良好條件使油水依靠密度差和所受重力不同而分層。目前已知的油水分離方法主要有重力沉降分離、離心式分離、電分離、吸附分離、聚結分離等，各種分離方法比較結果見表 1。
長時間靜置是測試含油污水中水狀態的一種有效方法。該方法是將油水混合物試樣靜置于試管內，觀察油水分層情況，水層厚度隨沉降時間的延續而增加，油品的水含量降低。開始水層厚度隨時間迅速增加，原有水含量迅速降低。一段時間后水層厚度基本不再增加，油品中水含量的降低趨于平緩。此時分出的水稱游離水，水層上方的油水混合物稱油水乳狀液，頂層為水含量很少的油品。
對三氣廠裝置的含油污水取樣，并對樣品進行不同時間靜置分離實驗，含油量測定方法采用《水質石油類和動植物油的測定》( GB /T 16488— 1996) ，污水樣品檢測結果見表 2。
從表 2 可以看出，含油污水經過 6 min 靜置后，污水中的含油量就已降到了 500 mg /L 以下，且兩相之間沒有出現明顯的油水乳狀液。由此表明，僅采取重力沉降方法就可以使分離后三氣廠裝置含油污水達標，并可回收其中輕油。
重力沉降方法是由于油、氣、水的相對密度不同，組分一定的油水混合物在一定的壓力和溫度下，當系統處于平衡時就會形成一定比例的油、氣、水相。當相對較輕的組分處于層流狀態時，較重組分液滴根據斯托克斯公式的運動規律沉降，重力式沉降分離設備即根據這一基本原理進行設計。由斯托克斯公式可知，沉降速度與油中水分半徑的平方呈正比，與水油的密度差呈正比，與油的黏度呈反比。通過增大水分密度、擴大油水密度差、減小油液黏度可以提高沉降分離速度，從而提高分離效率[1]。
2 污水量的計算
三氣廠裝置含油污水主要是由水和輕油( 主要組分是 C3 ～ C6 ) 組成，其來源主要有 2 部分: 一是原料氣分離器底部的含油污水; 二是凝液壓送罐中含水輕油中的游離水。這 2 部分的含油污水量均無法采用計量設施直接計量得出。因此，采用裝置工藝建模方法來計算含油污水的平均產出量，采用原料氣分離器和凝液壓送罐的液位變化值來計算含油污水的瞬時最大排放量。
三氣廠裝置含油污水是由攜帶飽和水的原料氣降壓后分離產生的輕烴和游離水。以原料氣的組成為基礎，利用 HYSYS 工藝模擬軟件，建立工藝流程 ( 見圖 1) ，計算出含油污水的產出量約為 4 m3 / d。根據三氣廠生產報表的長期統計結果顯示，原料氣分離器和凝液壓送罐的含油污水采用間歇排放的方式，原料氣分離器含油污水排放時間間隔大于 20 min，最大排放量為 0. 17 m3 ; 凝液壓送罐的排放時間間隔大于 4 h，最大排放量為 0. 7 m3 。
3 三相分離器的計算
三相分離器是三相分離技術的關鍵，容器內 2 種互不相溶液體有相同的停留時間，按要求的停留時間和容器的物料衡算，可求出分離器的結構尺寸。
三相分離器采用臥式設計，油水分離空間應能滿足最大流量 0. 87 m3 /20 min 的分離要求，確保了含油污水的分離效果。按照油水分離區體積等于油水停留時間內流入分離器的液量的原則，臥式分離器的計算公式如下
4 三相分離技術的研究
4. 1 常規三相分離技術
常規的三相分離器結構見圖 2 所示，含油污水進入這種三相分離器后，氣相聚集在分離器上部空間進行排放; 液相通過分流器進入集液區，在聚結板作用下使小液滴聚結、粒徑增大、加速沉降，后在油水分離腔內進行油水分離。分離后的水相在液位高差的作用下通過連通管進入水腔，由液位計、控制閥控制排放; 分離后的油相通過油堰板進入油腔，由液位計、控制閥控制排放。
這種三相分離器具有破除小液滴能力強、污水品質穩定、裝置整體結構緊湊等優點，但也帶來了一些問題: ①內部結構復雜，設備制作、內部防腐、后期維護的難度大; ②油腔和水腔的設置，縮短了油水分離時間，影響分離效果; ③三相分離器的穩定運行必須依靠液位計、控制閥等儀控設備，增加了投資。
4. 2 新型三相分離技術
根據三氣廠含油污水的性質，研發出了新型含油污水的三相分離技術，示意圖見圖 3。
該三相分離技術的工作原理是: 含油污水在三相分離器中靜置分離，輕油層到達輕油管口高度時直接溢出進行輕油回收，沉降后的污水直接通過罐底的污水管線排放至污水收集罐，倒 U 型彎管線水平段高度由油水界面設計高度來確定[2]。
由于三相分離器內部結構的簡單化，為確保油水分離效果，將三相分離器的氣液界面高度設定為 0. 75D，即輕油管線出口高度為 750 mm。初步確定將油水界面控制在 350 mm，則分離器內油層厚度為 400 mm，輕油的密度為 634 kg /m3 。計算出倒 U 型彎管線水平段距分離器罐底高度為 600 mm。必須注意的是，三相分離器初次投運時，進入的物料如果為大量輕油，會使輕油進入污水收集罐，造成污水的污染，因此初次投運前必須在三相分離器底部加入一定量的水。
另外，為避免產生虹吸現象，在三相分離器頂部與倒 U 型彎管線水平段設計了氣相平衡線，確保油水在大流量波動的情況下分離設施的穩定運行。
采用這種三相分離技術，減少了液位計( 液位開關) 、調節閥等儀控設備的購置、安裝，降低了儀表維護人員、裝置操作人員的勞動強度。
5 應用
情況新型三相分離技術現場應用后，回收后的輕油清澈透明，分離后水相各項指標均滿足污水處理場的進水指標要求，見表 3。目前該裝置運行穩定，分離后的輕油和污水均能達到相關要求。該項目的成功應用，實現了含油污水油、水、氣三相有效分離，解決了含油污水對周邊環境的污染，消除了由此帶來的安全隱患。同時，分離后的輕油的有效回收，每年給企業創造了 100 余萬元的經濟效益。
6 結論
( 1) 新型三相分離處理技術摒棄了復雜內部結構的常規三相分離器，采用倒 U 型管控制油水界位，減少了儀控設備的使用，降低了設備制造和后期維護難度，有著很好的推廣作用。
( 2) 在現場條件不完備的情況下，采用多種方法對含油污水產生量進行測定、計算，并分析確定了各種方法的適用范圍，為三相分離系統的設計提供了可靠數據。
( 3) 根據現場實際情況，突破油水分離設備常規計算方法，確定了三相分離器的設計參數，保證了油水分離效果，確保分離后的污水達標排放。——論文作者：吉紅軍* ，衛 博，衛 巍，庾年偉，羅海濱
參考文獻
[1]馮叔初，郭揆常. 油氣集輸與礦產加工[M]. 東營: 中國石油大學出版社，2006.
[2]王懷義. 石油化工管道安裝設計便查手冊[M]. 北京: 中國石化出版社，2003. ■
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