王巖 大慶油田采油三廠

沉降罐雙弧穿孔配水工藝模擬

王巖 大慶油田采油三廠

以常規(guī)2 000 m3一次污水沉降罐CAD圖紙為基礎(chǔ)，應(yīng)用Gambit軟件建立起全罐物理模型，給定不同運行工況下的運行參數(shù)，即可對建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散求解，得到沉降罐內(nèi)不同工況下的流動特性。通過模擬沉降罐內(nèi)污水流動規(guī)律，發(fā)現(xiàn)同一高度處的取樣點之間流速存在較大差異，喇叭口配水工藝條件下明顯存在配水不均勻的情況。針對污水處理難度不斷增大的問題，可改變沉降罐進(jìn)出水口結(jié)構(gòu)，立足已建站所改造，開展結(jié)構(gòu)改造后的現(xiàn)場試驗，以驗證改進(jìn)結(jié)構(gòu)的實際效果。

沉降罐；喇叭口；雙弧穿孔管；流速

隨著油田三次采油的深入開展，采出水特性發(fā)生變化，含油污水處理難度增大，沉降段處理效率降低。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，薩北開發(fā)區(qū)普通、聚合物污水站來水平均含油量274.3 mg/L，在停留時間滿足規(guī)范要求的條件下，一次沉降罐出水平均含油量139.1 mg/L，平均處理效率僅為50.6%，與規(guī)范中要求的一次沉降罐80%除油效率存在較大差距。

1 沉降罐建模及模擬

以常規(guī)2 000 m3一次污水沉降罐CAD圖紙為基礎(chǔ)，應(yīng)用Gambit軟件建立起全罐物理模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分后，將建立起來的數(shù)學(xué)模型離散化，即用一組有限個離散的點，代替原來的連續(xù)空間。給定不同運行工況下的運行參數(shù)，即可對建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散求解，通過對求解結(jié)果數(shù)據(jù)的分析，得到沉降罐內(nèi)不同工況下的流動特性。

2 罐內(nèi)介質(zhì)速度分布規(guī)律

2.1計算點的選取

設(shè)定沉降罐入口流速為0.1 m/s，流體黏度為1.8 mPa·s。在同一支管上3個入口的不同位置分別建立34條垂線，每條垂線自上而下均勻地取20個點，對沉降罐內(nèi)部不同位置的速度值進(jìn)行計算分析。

2.2 計算結(jié)果

罐體3 m高處為集水管的上方，11 m高處為配水管的下方，配水管和集水管之間是沉降罐發(fā)揮沉降分離作用的重要部分，因此將對流體在沉降段的速度分布做重點分析。

同一高度處低流速區(qū)較高流速區(qū)平均值低35.3%，說明喇叭口配水工藝存在罐內(nèi)介質(zhì)流速不均勻的問題，導(dǎo)致高流速區(qū)實際沉降時間縮短，影響處理效率。

2.3 配液管結(jié)構(gòu)優(yōu)化

參考直管穿孔管配水工藝，將沉降罐配液管的進(jìn)液形式改為雙弧形穿孔管。改進(jìn)方式如下：布置兩圈成同心圓的穿孔管進(jìn)行配液，每個圓周上的配液管由四段弧形配液管組成。配液入口總面積與喇叭口模型相同，共設(shè)計了48個配液入口。

設(shè)定運行條件為水相黏度1.3 mPa·s，油滴粒徑37.5 μm，沉降時間8 h，在喇叭口、直管穿孔管、雙弧穿孔管配水工藝條件下，模擬罐內(nèi)介質(zhì)的流動軌跡。

雙弧穿孔配水工藝模型沉降罐內(nèi)的跡線疏密均勻，跡線上方距離沉降罐液面有一段距離，說明“雙弧”模型沉降罐入口進(jìn)液對其上方的油層擾動較輕，有利于油層的積累形成。在沉降段跡線平直，液滴向下流動平穩(wěn)，流場穩(wěn)定，有利于油水分離。與喇叭口及直管穿孔管模型罐內(nèi)介質(zhì)流動軌跡圖相比，“雙弧”模型流場最穩(wěn)定且有規(guī)律。

雙弧穿孔配水工藝與喇叭口配水工藝相比，8 h水中含油的處理效率可由57.1%提高至62.9%。選擇現(xiàn)場某站的原水進(jìn)行靜態(tài)沉降試驗，在黏度、沉降時間相同的條件下，污水的除油效率為65.74%。雙弧配水工藝的模擬結(jié)果與靜沉的除油效率已經(jīng)相當(dāng)接近。

3 結(jié)語

通過模擬沉降罐內(nèi)污水流動規(guī)律，發(fā)現(xiàn)同一高度處的取樣點之間流速存在較大差異，喇叭口配水工藝條件下明顯存在配水不均勻的情況。

針對污水處理難度不斷增大的問題，可改變沉降罐進(jìn)出水口結(jié)構(gòu)，立足已建站所改造，開展結(jié)構(gòu)改造后的現(xiàn)場試驗，以驗證改進(jìn)結(jié)構(gòu)的實際效果。

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.5.016