原油沉降罐油水界面控制的研究

张依弛

(北京兴油工程项目管理有限公司 北京 100000）

1 沉降罐结构与工作原理

原油沉降罐分为罐体、进液管、中心汇管和配液管，集油槽，出液管，出油管等结构。

原油沉降罐主要是依靠油水密度不同和下部水层的水洗作用以及上部原油中水滴的沉降作用使油水分离。油水混合物经配液管中心汇管和辐射状配液管流入沉降罐，当油水混合物向上通过水层时，由于水的表面张力较大，使原油中破乳后粒径较大的水滴与亲水固体杂物进入水层，水洗过程至沉降罐中部油水界面处终止。由于水洗过程中原油含水量减少，原油从油水界面处沿罐截面向上缓慢流动。在此期间细小水滴逐渐从原油中沉降到管底。当原油上升到沉降罐上部液面时，其含水率已大大减少。沉降后的原油经收油装置收集后由出油管排出。分离出的污水沉降到罐底由出液管排出[1]。

2 油水界面对原油处理效果的影响

当油水界面过低时，油层厚度过高，水洗层所占区域很浅。这就导致含水原油的沉降时间和距离大幅度降低，沉降罐的有效容积不足。为保证沉降罐沉降时间和除油效率符合要求，要降低待处理原油的注入速度，被动地使处理时间增加，导致沉降罐处理量大幅度降低，造成沉降罐空间利用不足。

当油水界面过高，虽然此时沉降层厚度满足要求，但是翻油槽距离水层过近，且由于油水两层间存在过渡带[2]，一旦过渡带高度超过翻油槽，油水混合物会从溢流口流出，造成溢流口原油含水率超标，影响脱水效果。

因此可以看出，油水界面对于沉降罐的处理量和脱水效果有很大的影响。在满足脱水要求的前提下，为提高处理量，将油水界面控制在合理且准确的位置是十分必要的。

3 油水界面调节仪

3.1 油水界面调节仪结构

根据沉降罐工作原理，在沉降罐外壁增设油水界面调节仪以精确调整油水界面高度，保证其处于合理位置，以达到最佳脱水效果，示意图如下图所示。油水界面调节仪由油水界面平衡管8、出水调节器7和出水管9组成。通过调节出水管9的出水流速，控制出水调节器7中水面高度从而精确调节控制罐内油水界面高度。

图1 立式沉降罐平面图

3.2 油水界面调节仪原理

油水界面调节仪原理为U型管连通器原理。即沉降罐与罐内集水管线、调节器以及污水出水管线可以抽象成一个U型管连通器。其抽象图如下所示。

图2 储罐抽象示意图

根据连通器原理，在同一大气压力下，沉降罐内油水的总压强与出水调节器内水压强相等。且当罐体固定时，油层高度与水层高度固定，为集油槽高度。公式如下：

可以得到油水界面高度Hw与出水调节器高度h的关系：

式中

ρw-水层密度，kg/m3；ρo-油层密度，kg/m3

可以看出，油水界面高度与出口调节器高度呈线性关系。在原油物性和罐体结构确定时，可得到不同油水界面高度所对应的调节器内水面高度，从而实现油水界面的精准控制。

3.3 油水界面调节仪操作

当需调低油水界面时，操作前计算出对应的出水调节器水位高度。调快出水管的流速，使调节器中液面下降，此时为保持压强相等，罐底污水通过平衡管压至调节器中，油水界面下降。反复数次，使操作器内液面保持在计算所得位置。

当需调高油水界面时，计算出对应的调节器水位高度。调慢出水管的流速，使出水调节器中液面上升，此时为保持压强相等，调节器中水反压回罐底，增加水层厚度至所需位置。

4 油水界面调节仪对沉降罐处理量的影响

油水界面的高度会直接影响含油污水可在沉降罐进行水洗的区域体积，即沉降罐的有效容积。结合公式（3），可得到出口调节器高度对有效容积的影响情况如下。

为保证沉降罐除油率，水驱自然沉降罐的沉降时间不低于20个小时。因此沉降罐需根据进油量的不同，调节罐的油水界面高度，以满足不同处理量时的所需容积。

在有效容积满足需要的条件下，可得到不同处理量时，油水界面及出口调节器所需要的高度如下：

式中：ρw-水层密度，kg/m3；ρo油层密度，kg/m3；D-沉降罐内壁直径，m；G-含油污水处理量，kg/天；t-沉降时间，h

因此，可以通过控制出口调节器的高度，实现沉降罐有效容积的实时调整，以满足在不同来液流量下原油脱水的需求。

5 结论

通过在沉降罐外壁增设油水界面调节仪，可实现利用出口调节器线性精确调节油水界面高度，使其保持在合理位置。且可对沉降罐有效容积进行调节，满足不同工况下原油处理的要求。