油田含油泥砂污泥脱水分离卧螺离心机

油田含油泥砂污泥脱水分离卧螺离心机

摘　要 ：在油田的生产中，出砂问题广泛存在且不可避免。海上采油平台由于所处位置和自身条件限制，受泥砂量的影响 更加突出，尤其对采用出砂量较高的注汽热采平台，更需要找到一条可靠、经济的污泥砂处理方式。介绍了一种利用逆流卧式 螺旋卸料沉降离心机为核心设备的海上平台除砂方案，为后续类似平台开发提供借鉴。

关键词 ：海洋平台 ；除砂装置 ；卧螺机  申经理 136 6588 7027

在油田的生产中，出砂问题广泛存在且不可避免，目前 海洋平台钻采工艺主要采用适度出砂的理念，产液及产水中 均带有大量泥沙。目前常用工艺是通过旋流除砂器，对产液 及产水进行固液分离。同时，因为分离后的污泥砂中含油， 无法直接排海，因此，需要采用特殊工艺，将分离出的湿泥 沙进一步处理后，通过船运方式运回陆地，进行进一步的无 害化处理。 传统海洋平台由于产砂量较小，通常采用人工除砂和人 工倒运方式，但是对于热采稠油油田开发，这种方式并不适 用。由于原油黏度较高，为保证采收率，出砂量会放大至 0.08%~0.1%。因此，需要专门设计一套进行除砂装置对系统 中的污泥沙进行无害化处理。 本文结合海上平台特点选用逆流卧式螺旋卸料沉降离心 机，简称卧螺机，进行除砂系统设计，可以对污泥砂中油水 进一步进行分离，同时大幅减轻污泥沙重量，为后续污泥装 船运输创造条件。如图1所示。

1  系统方案设计

1.1  主要流程设计 各类分离器底部泥沙通过分离器罐体内部的冲砂管线排入湿砂罐。湿砂罐内固体颗粒含量为10%~30%。为了防止泥 砂沉积，罐内配置搅拌器，并通入密封气，进行罐内的密封 保护和压力维持。 通过位置高差及罐体内压力，将湿砂罐内的含泥砂污水 推至输送泵入口，由输送泵将含泥砂污水打入卧螺机，通过 卧螺机进行固液分离。分离后的液体重新由开排系统进入生 产流程 ；分离后的固体通过输送带直接传送至环保罐，待收 集到一定程度后，整体外运回陆地进行无害化处理。

1.2  控制要求设计 整个系统利用湿砂罐液位高度进行控制，当集砂罐液位 高于设定值时，启动湿砂罐搅拌器、输送泵和卧螺机，进行 固液分离作业。 卧螺机设置主、辅两台机组，避免单台机组工作能力不 足的情况。 卧螺机出现故障报警时，能够自动进行主、辅机切换， 并调整输送泵流量。

1.3  主要参数 主要参数见表1。

2  卧式螺旋卸料沉降离心机的特性

 2.1  主要工作原理 主机由柱 - 锥转鼓、螺旋卸料器、差速器、轴承座、设备座、 罩壳、主副电机及电器系统构成。其工作原理是 ：通过回转 体 - 转鼓和卸料螺旋的高速旋转使其内的污水随之高速旋转形 成液环并产生较高的离心力，加速固液的沉降分离。其中较重的污泥颗粒沉降在液环层的外圈，即沿转鼓的内壁形成泥 环层，通过卸料螺旋与转鼓的差速由卸料螺旋将泥推出转鼓。 清液环通过堰池口溢流出转鼓。如图2，图3所示。

2.2  选型计算 离心机选型的主要依据有以下两方面。 水力负荷 ：指单位时间内离心机处理的进料量。 固体负荷 ：指单位时间内离心机处理的绝干物料量。 当进料浓度较高时（超过1.5%），主要考虑的因素为固体 负荷 ；当进料浓度较低时（小于1.5%），主要考虑的因素为水 力负荷。 另外对于离心机本身来讲其处理能力也主要与三个因素 有关：直径、长径比、转速。其中前两个因素决定了机器的大小， 也决定了离心机的分离面积和容积。而对于同样的直径不同 的转速也决定了分离因数的大小。

 离心机的生产能力 ： Q=VO ξ ∑ （1） 其中 ： ∑ 为当量沉降面积，又称为离心机的生产能力指数（m2 ）； ξ 为修正系数 ；VO 为每单位 ∑ 的处理能力系数 ；柱锥形转鼓 的 ∑ 值可由柱形转鼓和锥形转鼓的 ∑ 值相加而得 ： ∑=Fr π D L[（1/2-2λ /3+λ2 /4）+L1/L（1/2-λ/3+λ2 /12）] （2） 式中 ： Fr 为分离因数 Fr=ω2 ×r2 /g=2 442 ；D 为转鼓直径 λ=h/r2 ； L1为离心机柱段长度 ；L 为悬浮液有效长度。 按 Σ 理论计算的生产能力比实际的大，因此在使用该公 式时须加以修正 ξ ：Q=VOξ∑ （3） ①轴向速度分布的修正 ξ1=0.75 ； ②终端效应（进出口的影响）ξ2=0.5 ； ③螺旋叶片占据液池容积约6%，引入修正系数 ξ3=0.94 ； ④螺旋搅动所产生的影响，ξ4=0.6。 因而总的修正系数为 ： ξ=ξ1×ξ2×ξ3×ξ4=0.75×0.5×0.94×0.6=0.211 53  主要性能特点 控制系统选用双电机双变频驱动技术，节能，动态响应快， 启动平缓，运转过程中无级可调，如图4所示。

3.1  分离效果良好，能够连续作业 卧螺机在离心力的作用下，使固液两相连续分离，采用 高转速、小差速系统 ；大长径比增加了沉淀区，提高了分离 效果；高转速具有很大离心力场，小差速减少螺旋对污泥搅动， 增加脱水停留时间，从而提高污泥脱水与澄清的分离效果。

3.2  控制稳定，出料质量高 差速反映了离心机螺旋推料速度快慢，大差速渣相在转 鼓内停留时间短，脱水不充分，渣相含水率高，但能提高处 理量 ；差速小，渣相含水率低，处理量小 ；采用恒差速控制 能使螺旋推料速率始终保持稳定。

3.3  设备运行稳定，维护性好 螺旋推料扭矩反映了离心机的负载情况，扭矩过大容易 引起离心机的堵机，严重时损坏差速器，扭矩过小容易造成 分离效果不理想 ；采用恒扭矩控制能够使螺旋推料力矩始终 保持稳定，使转鼓内沉泥不易产生物料堆积现象，避免了堵 料的发生。

4  实际运用 热采平台的除砂系统是平台正常生产运行的关键系统， 本方案兼顾实际运行需求、空间需求和成本控制，为海上热 采平台的除泥砂方案提供可推广的借鉴范例，同时也是海上 污泥处理的新思路。

5  结束语 1）本方案能够进一步对含水污泥砂进行脱水处理，降低 其含水率，一方面降低外运污泥的重量、体积，从而降低运 行成本，另一方面可以有效避免外运过程中的泄漏风险，降 低环保压力。

 2）分离后的液体进入平台处理流程，进一步提高平台产 出率。

 3）油田含油泥砂污泥脱水分离卧螺离心机，申经理 136 6588 7027 该方案已经在渤海某热采平台设计方案上得到使用。