原油沉降罐机械式调节水箱调节范围的设计

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　　摘 要：机械式调节水箱是原油沉降罐上用于进行油水界面控制的最常用的装置，通过水箱操纵杆上下移动来调节溢水高度，从而控制油水界面的上下移动。
　　关键词：原油沉降罐；机械式调节水箱；油水界面；调节范围
　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.066
　　1 概述
　　原油沉降罐主要是依靠水洗段的水洗作用和沉降段的重力沉降作用，实现原油和含油污水的分离。由于原油与水的密度不同，其密度差，使得水向下沉，油上浮，从理论上来讲，经过一定时间的沉降，可以得到一个清晰的油水界面。在油田原油、污水处理过程中，为满足工艺对出水、出油指标的不同要求，需控制沉降罐中的油水界面在合适的高度处，机械式调节水箱就是用来实现这一要求的。
　　沉降罐机械式调节水箱（见图1）主要由通气管、水箱操纵杆、水箱壳体、水箱内部构件及降液管组成。它主要功能是调节溢油高度，从而控制油水界面的位置，保证工艺流程。操作时，要想油水界面上移，转动水箱操纵杆手轮使丝杠向上移动，反之想要油水界面下移，转动水箱操纵杆手轮使丝杠向下移动。
　　2 设计思想及公式推导
　　如果考虑到沉降罐油水界面处有复杂的乳化层存在，会使整个设计变得更为复杂。设计时，一般不考虑罐体内复杂的液体存在体系及液体的流动，而是简化沉降罐中油水存在形式，即假设沉降罐中的原油和污水完全分离，存在有一个清晰的油水界面（见图2）。这时可以把沉降罐和调节水箱看作一个连通器。
　　设原油的密度为ρ油；水的密度ρ水；溢油处到油水界面的高度为h油（即油层厚度）；溢水处到油水界面的高度为h水；溢油与溢水高差为Δh。
　　依据U型连通管原理（见图3），同一介质同一高度处等压的原则可得到：
　　ρ油h油=ρ水h水
　　h水=h油-Δh
　　解上述方程可得：Δh=（ρ水-ρ油）h油/ρ水，即可得到溢油溢水高差Δh与油层厚度h油的关系。
　　3 调节水箱调节范围的确定
　　沉降罐机械式调节水箱的内部结构，一般为定型尺寸，调节范围一般取400mm、600mm、800mm。上述公式中油层的控制高度一般根据工艺要求确定，油、水的密度可检测出来，故可以得出理论的油水高度差Δh，即可得到调节水箱所需的调节范围。
　　实际应用中，还应考虑适当的工程施工误差会使调节水箱的理论调节范围与实际的有一定偏差。以宁海联合站工程中的3000m3加高一次沉降罐调节水箱为例：
　　原油密度ρ油=0.9344g/cm3；
　　水密度取ρ水=1.0 g/cm3；
　　溢油高度经流程计算确认为12m，油水界面最低在5m处，即油层厚度要求控制最高为h油=7m。
　　按照理论的计算，可得Δh=459mm，一般可取600mm的调节水箱范围，但把最大高差600mm代入公式，反推出能实现的最大油层厚度为h油=9146mm。考到施工存在着一定的施工误差、及后期原油密度的变化，工艺需做极限考虑，即可能出现极限12m厚油层，的故选择了800mm，取水箱到达最大调节范围的时候液面与溢流油液面等高，再根据水箱固定筒的高度及罐体焊缝的位置最终确定出h出水的位置。
　　4 误差产生因素分析
　　本方法误差产生的原因一般有以下几个方面：
　　（1）因推导公式是先假设沉降罐内的油水是在静止状态下运用连通管原理推导而得到的，而实际上沉降罐內部的含水原油及污水是波动的，不稳定的，油水界面本身控制很难；
　　（2）工程施工中会存在一定的施工误差，使得实际中的油水高差与理论有一定的差别，从而会影响到油水界面的控制；
　　（3）由于进入沉降罐的原油密度与设计值存在差异，密度的取值会影响界面的变化，导致水箱操作杆调节的存在一定的偏差；
　　5 结束语
　　实际应用中选取的调节范围因考虑到各个误差的存在，选取的范围一般都考虑了各种因素，故能满足工程实际应用。机械式调节控制原油沉降罐油水界面的方法也在新疆油田、胜利油田等各大油田得到了广泛的应用，经现场应用反馈，这种调节控制出油出水指标的方式计算简单、易于操作、运行方便。通过理论设计出来的机械式调节水箱的调节范围能有效的满足了生产的需要。
　　参考文献：
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　　作者简介：冯勋骄（1990-），男，山东巨野人，本科，助理工程师，研究方向：机械设计制造。
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