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淺析油田作業廢液處理站常用儀表選型

來源:作者:發表時間:2018-05-15 18:36:06

 摘要:本文分析了油田作業廢液處理站中廢液的化學性質,具有性質復雜,腐蝕性高等特點。介紹了廢液處理站中幾種常用儀表的選型、參數設置及安裝環境,對其它廢液處理站的儀表選用提供了一定的實踐依據。

 
       在油氣田生產過程中,產生的鉆井廢液、壓裂廢液和酸化液是較難處理的一類污染物,油田作業廢液處理站對三種廢液分別進行接收和處理。產生的廢液性質復雜,成分多樣化,因此對現場儀表的選型要求較高。本文以某油田作業廢液處理站為例,分析其中現場儀表的選型及安裝注意事項。
 
1 油田作業廢液處理站工藝流程
       廢液處理站采用“機械破膠 + 懸浮沉降”的工藝方案,把三種廢液分質接收到廢液接收池中,同時用堿液中和接收的酸化廢液。三種處理液通過加藥處理后被提升泵提升至微泡破膠器,然后自流至廢液沉降池。上清液被污水提升泵吸到污水池,沉降后的污泥則被污泥回收泵提取到壓濾機房。污泥在壓濾機房被壓濾后拉出交由環保公司焚燒處理。污水池里的污水經過二次加藥后被提升至一體化廢液處理裝置,處理合格的廢液外排。油田作業廢液處理站工藝流程如圖 1 所示。
油田作業廢液處理站工藝流程
2 三種廢液的主要性質
2. 1 酸化液
       在油氣田生產過程中,酸化是油氣井增產、注水井增注的主要手段之一,利用泵入油層的酸液與油層中的礦物質或膠結物發生化學反應,生成可溶性物質改善油水井的流動方式以增大井眼附近的滲流力 [1] 。酸化過程中常用的酸化液主要有鹽酸液和土酸液(鹽酸 + 氫氟酸)兩大類,此外還添加一定量的緩蝕劑。酸化液 pH 值較低,COD 濃度和礦化度高,有強烈腐蝕性,直接接觸可能會造成燒傷,排入土壤后會使土壤酸化,與硫化物反應后產生有毒氣體硫化氫,提高空氣的酸度 [2] 。
 
2. 2 壓裂液
       壓裂液是壓裂技術的重要組成部分,油田壓裂就是利用壓力將地層壓開,形成裂縫,并用支撐劑將它支撐起來,以減小流體流動阻力的增產、增注措施,所用的試劑就是壓裂液 [3] 。壓裂液是一個總稱,根據不同的階段大致分為前置液、攜砂液和頂替液。現階段的壓裂液主要類型是水基壓裂液、油基壓裂液、酸基壓裂液、泡沫壓裂液,其中水基壓裂液成本低、安全性能較高、使用最為廣泛[4] 。本工程中使用的是水基壓裂液,水基壓裂液含有多種化學添加劑成分,為改善壓裂液的各種性能指標還會添加 pH 調節劑、高溫穩定劑等多種化學添加劑 [4],具有穩定性好、濁度高、COD 濃度高和石油類含量高等特點。
 
2. 3 鉆井廢液
       在石油開采、鉆探及修井過程中會產生大量的鉆井廢液,主要由鉆井液、鉆屑及各種作業產生的廢液等組成 [5] 。鉆井廢液組成復雜,一般呈堿性,粘稠流體或半流體狀,含有各種有機和無機類化學處理劑,重金屬、COD、含油和表面活性劑等有害物質濃度較高[5] 。
 
3 儀表選型及安裝要求
3. 1 液位變送器
       根據工藝要求,需要在廢液接收池、廢液沉降池、污水池等工藝場所進行液位監測,低液位報警并連鎖停相應的螺桿泵,同時液位信號就地顯示并遠傳至值班室。以酸化廢液接收池為例,池體尺寸為 4. 2 m ×4. 2 m ×2. 5 m,低液位報警并連鎖停廢液提升泵。由于液體化學性質較復雜,腐蝕性高,選用非接觸式儀表,不跟液體直接接觸,因此選用超聲波液位變送器。超聲波液位變送器工作原理如圖 2 所示,超聲波換能器(探頭)發出高頻脈沖聲波遇到被測液位表面被反射回來,部分反射回波被同一換能器接收。超聲波脈沖以聲波速度傳播,從發射到接收到超聲波脈沖所需時間間隔與探頭到被測介質表面的距離成正比。H = CT/2,L = TH - H。探頭發射的超聲波有一定的寬度,距離探頭比較近的一小段區域內反射波與發射波重疊,不能測量距離值,這個區域稱為盲區。
超聲波液位變送器工作原理圖超聲波液位變送器安裝圖
       根據工藝要求,選用的工藝參數如表 1所示。
超聲波液位變送器主要工藝參數
       由于各個廢液接收池頂部加蓋玻璃鋼蓋板,液位變送器需要在頂部開孔安裝,且不應安裝在進料口的上方,信號波束角內不應有遮擋物 [6] ,因此本工程中安裝時的開孔位置距離池壁不少于 500 mm,儀表的觀測面朝向操作通道,周圍沒有妨礙維修儀表的物體。
 
3. 2 投入式溫度變送器
       本工程中為了中和接收的酸化廢液,建造了液堿池。工程施工地點離海邊較近,為了防止溫度較低時液堿析出,液堿池中采用了加熱盤管,因此需要監測實時溫度,且溫度信號就地顯示并遠傳至值班室。液堿池尺寸為 4. 2 m ×4. 2 m × 4. 7 m。因池子較深,選用投入式溫度傳感器。投入式一體化溫度變送器采用溫度傳感器,變送輸出 4 ~20 mA 的標準信號,防止電纜出線,采用不銹鋼材質,溫度探頭放置在前端。其參數要求如表 2 所示。
投入式溫度變送器主要工藝參數
       投入式溫度變送器采用的測量元件是鉑熱電阻,由純鉑絲繞制而成,溫度范圍為 - 200 ~ 850℃,精度高、性能可靠、抗氧化性能好、物理化學性能穩定。液堿池上方有玻璃鋼蓋板,同樣需要打孔安裝。
 
3. 3 電磁流量計
       作為油田作業廢液處理站,需要統計處理廢液的瞬時流量和累計流量。因此在一體化廢液處理裝置的出口處安裝流量變送器,顯示瞬時流量、累計流量且流量信號遠傳至值班室。因廢液中含有各種離子如 Cl-、Mg 2 + 等,具有導電性,因此選用電磁流量計,能夠測量酸、堿、鹽溶液以及帶有固體顆粒的流量。
 
       導電的流體介質在磁場中作垂直方向流動而切割磁力線,會在兩個電極上產生感應電勢,感應電勢與體積流量具有線性關系,因此在管道兩側各插入一根電極,便可引出感應電勢,由儀表指出相應流量的大小 [7] 。電極一般由非導磁的不銹鋼材料制成,電極安裝時宜在管道水平方向,防止沉淀物堆積在電極上而影響測量準確度。為了防止導管被腐蝕并使內壁光滑,需要在測量導管內壁涂上絕緣襯里。電磁流量計的參數要求如表 3 所示。
電磁流量計主要工藝參數
       316L 不銹鋼比 316 不銹鋼的含碳量低,且 316L 不銹鋼的耐腐蝕能力和焊接性都顯著優于 316 不銹鋼,從生產成本來說,316 不銹鋼比 316L 不銹鋼的生產成本稍低,但差異并不是特別大,因此電極材料選用 316 L。
 
       聚四氟乙烯(PTFE)是由四氟乙烯經聚合而成的高分子化合物,化學穩定性、耐腐蝕性、密封性和電絕緣性較強,具有良好的抗老化能力,因此使用聚四氟乙烯做襯里材料。電磁流量計的安裝要求,上游直管段長度不應小于 5 倍管徑,下游不應小于 2 倍管徑[8] ,因此本工程安裝時前直管段為 5倍管徑,下游為 3 倍管徑。
 
4 總結
       本文以某油田作業廢液處理站的實際工藝流程為基礎,分析了其中的廢液性質和化學環境,針對工藝需求進行相應儀表的選型,設置參數要求及安裝要求,對實際作業廢液處理站的儀表使用具有一定的理論依據和實踐意義。