加气浮选器收油自动化升级改造

董鹏林，柴 威，刘明宇

(中海石油(中国)有限公司天津分公司辽东作业公司 天津300452)

加气浮选器收油自动化升级改造

董鹏林，柴 威，刘明宇

(中海石油(中国)有限公司天津分公司辽东作业公司 天津300452)

加气浮选器利用在含油污水中通入的大量气泡作为载体，使油珠和悬浮物与污水分离，除油效果十分明显，众多海洋石油平台青睐于将其作为生产污水处理系统的二级设备。由于目前调整收油液位高度只能由人工攀爬到罐顶手动调节堰板高度实现，大大增加了现场员工的工作量，锦州25-1南油气田对加气浮选器上控制堰板高度的执行机构手轮进行了智能化改造，将人工调节变为中控电脑控制调节，极大减少了现场员工的工作量，收油效果也得到了明显改善。

加气浮选器 堰板收油 电动执行器 DCS系统

1 研究背景

锦州25-1南油气田主要开发油气层系为沙河街和太古界，由于其地层特征，因此对注水水质的要求十分严格。注水水质指标中的含油要求≤5,mg/mL，对污水处理设备的要求更高。但作为锦州25-1南油气田生产污水处理系统二级设备的加气浮选器，在实际应用中却发现在设计上存在一定的缺陷，而且调节收油槽液位时，需人工频繁爬上罐顶手动调节控制堰板的手轮，不仅降低了工作效率，而且收油效果也很不理想，为此锦州25-1南油气田对控制调节堰板执行机构的手轮进行了自动化改造。

1.1 污水处理系统流程简介

锦州25-1南油气田的生产污水处理系统如图1所示，来自原油处理系统的生产污水首先进入水力旋流器，经水力旋流器处理的含油污水与原油系统二、三级分离器分离出的含油污水一同汇合后进入加气浮选器进行进一步除油，经生产水输送泵输送到核桃壳过滤器作进一步处理，与水源井来水一起进入纤维球快速过滤器，经快速过滤器处理后进入注水缓冲罐作为注水水源。

图1 JZ25-1S油气田污水处理流程简图Fig.1Schematic of JZ25-1S oil and gas field sewage treatment process

1.2 加气浮选器问题分析(见图2)

目前锦州25-1南油气田气浮入口来液来源主要是水力旋流器出口，二级分离器水相出口、三级分离器水相出口、污水泵出口、生产水输送泵出口回流等几路来液的汇合。根据图2锦州25-1南油气田加气浮选器内部原理结构简图，可知生产污水水源从入口进入加气浮选器后，通过一次收油槽、二次收油槽和清水室收油槽进行收油处理合格后，从出口经生产水输送泵到下一级处理设备进行进一步处理。锦州25-1南油气田加气浮选器处理能力为300,m3/h，要求进口含油≤300,mg/mL，出口含油≤30,mg/mL。

图2 锦州25-1南油气田加气浮选器内部结构简图Fig.2 Schematic of interior structure of the floatation cell of JZ25-1S oil and gas field

根据图2可知，加气浮选器内的一次收油槽为主要收油区，其收油的好坏直接影响该设备的处理效果，而要调节好污水室一次收油液位，就需要通过加气浮选器罐顶的手轮2调整进清水室可调堰板的高度来实现。目前加气浮选器入口各路来液中水力旋流器出口为手动控制，来液量较为稳定，但二级分离器水相来液因污油罐、污水罐、CEP及A平台闭排罐的不定期转液，使得气浮选器混合室液位很不稳定，导致一次收油槽液位波动大，不能稳定收油效率，严重影响一次收油效果。当上游来液量不稳定时，污水室的液位过高或过低都影响一次收油效果。一次收油槽液位过高说明污水进入槽子，浮油仍然在污水上面，无法进行收集；若液位太低则无油进入收油槽，同样无法起到收油效果。

因此每次在一次收油槽满液或无液的情况下，都需要现场人员爬到罐顶手动控制手轮2调节液位，然后再从罐顶下来去取样口观察一次收油情况，往返数次后，才能使其达到一个稳定的收油液位。但是随着油气田的生产，生产污水量的上涨趋势明显，因而各级油水分离设备及除油设备负荷增加，各相关水泵转液频率也逐渐上升，混合室液位产生较大波动的频率随之加大，导致手轮2调节的频率出现了明显上升的态势。一次收油液位调整不好，导致后面的二次和清水室收油效果也变差，造成现场操作人员往返加气浮罐顶一天达数十次，一方面工作量繁重，另一方面增加了人员爬梯时跌落摔伤的风险，而注水水质不达标更是严重影响平台生产的稳定。

2 解决方案

为了保证注水水质，降低人员工作量，保证安全，锦州25-1南油气田创新性地提出将手轮2改造为自动控制模式，并响应公司降本增效的号召，将气浮选器一次收油手轮电动执行机构改造列为自检自修项目，利用自身专业知识以及油气田库房现存的物料，达到自己改造、自己测试，以实现全程自检自修的目的。

现场改造过程中也克服了很多困难。首先是电动执行器与手轮的连接不配套，需要制作连接件；其次现场电动执行器与中控之间实现数据传输和控制，需要重新查找校线；另外根据工艺流程需求，工艺人员要对电动执行器的调试数据做反复对比总结，以实现电动执行器的参数设定。在反复钻研和现场大量的调试后，完成了对电动执行器参数的设定，实现了污水室收油液位可以通过中控自动调控的功能。

3 主要部件简介

3.1 ABB ONTRAC多转式电动执行器

ABB ONTRAC多转式电动执行器(见图3)结构坚固耐用，适用于操作端控制元件，广泛应用于能源、化工、石油与天然气、水与污水处理等行业。附加的齿轮传动装置(用于有限转角、直线运动)能与各种类型的阀门相互匹配适用。智能型多转式执行器具有多种扩展功能，如自诊断功能，大大简化了调试工作。MME800系列执行器可以通过使用方便的红外通讯接口或任选的总线接口进行通讯。

图3 ABB ONTRAC多转式电动执行器Fig.3 ABB ONTRAC multi-turn electric actuator

3.2 连接件

电动执行器与气浮手轮之间连接件由车床制作，其中传动部分恰好可与电动执行器相连，底座可安放在气浮手轮传动杆上。为了增加连接件与手轮旋转部分的接触面积，考虑在连接件上焊接与手轮旋转部分尺寸大小相当的六角形挡板，这样即可在连接件尺寸合适的基础上增加电动执行器旋转部分与气浮手轮受力旋转部分的接触面积，减小转动扭矩，保证使用过程中的稳定性(见图4)。

图4 连接件-开槽螺母Fig.4 Fittings-slotted nuts

3.3 支架

为避免电动执行器直接与气浮一次手轮执行机构接触、电动执行器重量压迫密封件导致密封件损坏，考虑焊接支架对电动执行机构进行固定，支撑其重量，支架顶端焊接钢板以使固定电动执行器和支架(见图5)保持稳定。

图5 支撑电动执行机构的支架形式图Fig.5 Support of the execution mechanism of electric actuator

4 改造过程

4.1 对连接件进行制作

根据解决方案，油气田员工首先对现场手轮2的执行机构连接部件进行测绘，并利用油气田机修间的设备进行连接件的制作。

4.2 对电动执行器支架进行制作

完成对执行机构连接件的制作之后，根据电动执行器的现场安装位置，对其支架的尺寸进行测量和制作。

4.3 对电动执行器及附件现场安装

在完成对电动执行器连接件以及支架的制作之后，现场对电动执行器及其附件进行安装就位。

4.4 对电动执行器进行调试

在完成对电动执行器及其附件的安装后，现场开始对其进行调试，经过调试使得电动执行器可以实现对手轮2的自动调节功能。

5 改造后效果(见图6)

图6 加气浮选器电动执行器中控调控画面Fig.6View of the central control interface of actuator of the floatation cell

经过上述一系列的工作之后，在中控就可以通过控制回路对电动执行器进行控制(见图6)，从而对可调堰板的高度进行控制，实现了加气浮选器一次收油液位调控的自动化，不仅大大节省了现场操作人员的工作量，提高了工作效率，同时成功解决了由于上游来液量波动给加气浮选器收油液位带来的冲击，保证了收油液位的稳定性，使得加气浮选器的污水除油效果有了明显的改善。

6 总 结

锦州25-1南油气田现场人员通过对现场实际情况进行分析，积极主动地进行现场改造，实现了加气浮选器可调堰板的自动控制。随着加气浮选器收油效率的提高，其对下游设备核桃壳过滤器的污染率降低了30%,，延长了滤料的使用寿命，从而增加了核桃壳滤料更换周期，节约了污水处理成本；较好的水质减轻了对地层的二次污染，减少各油水井的解堵频次(估算每年至少2次)，大幅降低作业费用，保证了油气田的高产稳产。同时人员的工作效率提高，单纯由此节省3,h/人天，效果显著。规避了人员频繁上下罐体带来的风险。此次改造通过自检自修，全程由平台人员完成，为平台节约了外委费用，也为其他海上生产单元解决类似问题提供了宝贵的经验。■

［1］ 崔大勇. 锦州25-1南油气田加气浮选器设备内部优化与应用(内部资料)[Z].

［2］ 凌志浩. 工业自动化仪表系列丛书[M]. 1版，北京：机械工业出版社，2007：165.

［3］ 污水气浮处理工程技术规范[S]. HJ 2007—2010，北京：中国环境科学出版社，2011.

［4］ 高东. 工业废水处理之“气浮法”[J]. 科技传播，2010(8)：147-148.

The Upgrading and Transformation for Automatic Oil Skimming of Floatation Cell

DONG Penglin，CHAI Wei，LIU Mingyu
(CNOOC China Ltd. Tianjin Branch Liaodong Operating Co.，Tianjin 300452，China)

Floatation cell depends on making bubbles into oily water to effectively skim oil and suspended matters from sewage. Many offshore oil platforms usually use it as the second sewage facility. However, in order to adjust the liquid level, operators have to climb to the top of the facility and manually carry out height adjustment of weir-plate, which increases the workload. The handwheel actuator on flotation cell of JZ25-1S Oil Field was transformed from manual control to the CCR computer control, which greatly reduces the workload of operators and considerably improves skimming efficiency.

floatation cell；weir-plate oil skimming；electric actuator；distributed control system

TE953

：A

：1006-8945(2016)10-0008-03

2016-09-09