沉降脱水罐工作原理及异常情况分析

沉降脱水罐工作原理及异常情况分析
摘 要：对沉降脱水罐工作原理进行阐述，并对常见异常情况进行了分析，提出了优化脱水效果的建议与措施。

关键词:沉降脱水罐；U 型管；含水；分析
一、概述：
立式溢流沉降脱水罐是以常压拱顶钢制储罐为主体，辅助进液分配、集油、集水及油水界面控制等构件，采用静水压强原理进行油水界面控制，依靠重力沉降原理实现油水分离的一种原油脱水设备。

立式溢流沉降罐的直径根据处理量及水滴沉降速度来确定，油层厚度主要随流量和沉降时间、温度等因素的影响而不同。

原油含水量较大时，水洗脱水效果明显，操作时应在罐内保持较高的水层；含水量较小时，沉降脱水效果较为明显，则应适当增加油层厚度。

在破乳、温度等生产条件均良好的条件下，油水界面的高度对脱出油及脱出水指标有很关键的影响。

本文通过对沉降罐脱水罐工作原理和部分异常情况进行分析，提出了优化脱水效果的建议与措施。

二、沉降脱水罐工作原理
来液
油出口
出口
沉降脱水罐示意图
图示为沉降脱水罐的简易工作原理示意图，油水混合物从进油管线进入沉降罐内部，主要是依靠油水密度差进行油水分离。

油水混合物，经入口管进入中心汇管，通过中心管带有
喷嘴的布液管均匀进入水层，经过“水洗”作用后，水滴聚集沉降，由罐底部集水管上升进入调节水箱内，经出水线去污水处理，水洗后的原油上浮翻入到罐壁环型收油槽内，经出油管去缓冲罐。

由于水与原油不互溶且存在密度差，因此油水混合物在沉降罐中经过一段时间的沉降后，油与水将存在于容器内的上下两个液相，油和水的最终分离是利用U 型管原理。

为了让读者更好地理解这一原理，笔者在这里引入压强的概念。

压强：空气内部向各个方向都存在着压强，这种压强称为大气压强。

气体的压强是由于气体分子杂乱无章地撞击容器的表面而产生的。

这些撞击所产生的冲量在宏观上就表现为一个持续的力，除以表面积就是气体的压强。

液体内部向各个方向都有压强，压强随深度的增加而增大。

密度为ρ的液体在深度为h 处产生的压强：p ＝ρgh
h 为液柱高度，g 为重力常数，其值约为10N/Kg(读为：牛顿每千克)。

对于U 形管来说，由于左右两边液柱对U 型管内的任何一点产生的压强是相等的。

因此当管内为同一种液体时，U 型管两端液面的高度应该是一样的；当存在不同密度的液体时，要保持两端压力平衡，液柱高度就不相等。

如上图所示，根据压力平衡可知，左右两边大气加液柱对a 点产生的压强应该相等，下面我们先计算左端大气、原油和水柱对a 点产生的压强：
P1＝大气压强＋原油产生的压强＋水柱产生的压强
h
＝P＋ρ1gh1＋ρ2g（h-h1）＝100000＋800×10×0.2＋1000×10×0.30＝104600Pa
右端水柱h2对a点产生的压强：
P2＝大气压强＋水柱产生的压强＝P＋ρ2gh2＝100000＋1000×10×h2
根据U型管原理有：P1＝P2
所以：100000＋1000×10×h2＝104600Pa 得到：h2＝0.46m＝46cm 这说明，当U型管中存在不同密度的液体时，液面高度是不相等的，而沉降脱水罐正是利用U型管原理实现油罐内部液体的动态平衡的。

三、沉降脱水罐脱水效果影响因素分析
在现场实际生产过程中，由于受诸多因素的影响，油、水并不总是能够理想地实现自动分离，其主要影响因素有：
1．含水原油温度的影响。

油温越高，油、水的密度差越大，相应地粘度也越低，适当的提高温度使脱水率上升，使油、水在罐内的分离变得更为简单。

2、化学破乳剂的影响。

首先应做好破乳剂的优化筛选工作，选出针对该性质原油的高效破乳剂。

同时选择合适的加药点，优先采用端点加药，使破乳剂与原油在管道中充分混合达到提前完成破乳的效果。

3．进液流量均衡性的影响。

进入沉降脱水罐内的流量越稳定，对罐内油相和水相的扰动就越小，能使沉降分离的效果更好。

因此，当布液管被堵塞时会造成布液不均匀，进液流速增大，破坏油水界面，降低水洗作用，从而影响脱水效果。

4．溶解天然气的影响。

含水原油从一定压力降低到常压后，其中的溶解天然气就会溢出并对油相和水相产生扰动，降低脱水效果。

溶解天然气量越多，对油水分离的影响就越大。

5、来液成份的影响。

因采油队新井投产或单井修井作业后，来液成份发生变化（老化油，酸洗液，压裂液，高分子聚合物等），造成原油脱水困难，破乳剂作用发挥不好，影响脱水效果。

除了以上一些因素以外，油田生产过程中回收的落地原油、油品粘度以及部分油田化学药剂等均会对沉降脱水罐的油水分离效果产生不同程度的影响，需要根据具体情况采取针对性措施。

四、沉降罐运行期间的异常情况分析
（一）、原油出口管线不通畅
在这种情况下，分离出的原油不能顺利进入后端工艺管线中，沉降罐的液位将会升高，升高最后导致的可能结果有两个，一是油罐冒顶，原油从罐口溢出；二是随着油层的逐渐增
厚，水层将会逐渐变薄，最后，原油可能通过污水管线进入到下游污水处理系统，造成污水中含油增加，影响污水系统正常运行。

因此，在沉降投用初期，一定要根据油罐的容积及相关尺寸，计算好时间，定时对新投沉降罐进行检查，测量液位变化情况，防止因为流程切换错误或管线堵塞造成环境污染事故。

（二）、运行期间污水系统进油
这里有两种可能情况，一是油罐内部附件出现问题（比如管线或水箱腐蚀穿孔、泄漏等），另外一种就是沉降脱水罐脱水效果差，比如天然气窜入罐内造成油水分离效果差，底部水层含油太高致使含油污水进入后端系统，具体原因应根据现场检尺或取样情况对脱水情况进行具体分析，然后找到问题所在，对症下药。

五、结束语
沉降脱水罐运行正常与否直接影响到原油的正常处理和外交，因此，掌握沉降脱水罐工作原理并能对常见问题进行分析和判断十分重要。

当然，在实际生产中，影响沉降脱水罐运行效果的因素还有很多，包括油罐的设计尺寸、运行工况及系统运行参数等等，这就需要我们在日常生产和工作中，及时录取资料，并积极组织相关技术力量认真分析，特别当油层及含水发生异常变化时，找出其中的原因，为优化原油脱水工艺提供依据，确保原油处理系统平稳运行。