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浅析油田作业废液处理站常用仪表选型

来源:作者:发表时间:2018-05-15 18:36:06

 摘要:本文分析了油田作业废液处理站中废液的化学性质,具有性质复杂,腐蚀性高等特点。介绍了废液处理站中几种常用仪表的选型、参数设置及安装环境,对其它废液处理站的仪表选用提供了一定的实践依据。

 
       在油气田生产过程中,产生的钻井废液、压裂废液和酸化液是较难处理的一类污染物,油田作业废液处理站对三种废液分别进行接收和处理。产生的废液性质复杂,成分多样化,因此对现场仪表的选型要求较高。本文以某油田作业废液处理站为例,分析其中现场仪表的选型及安装注意事项。
 
1 油田作业废液处理站工艺流程
       废液处理站采用“机械破胶 + 悬浮沉降”的工艺方案,把三种废液分质接收到废液接收池中,同时用碱液中和接收的酸化废液。三种处理液通过加药处理后被提升泵提升至微泡破胶器,然后自流至废液沉降池。上清液被污水提升泵吸到污水池,沉降后的污泥则被污泥回收泵提取到压滤机房。污泥在压滤机房被压滤后拉出交由环保公司焚烧处理。污水池里的污水经过二次加药后被提升至一体化废液处理装置,处理合格的废液外排。油田作业废液处理站工艺流程如图 1 所示。
油田作业废液处理站工艺流程
2 三种废液的主要性质
2. 1 酸化液
       在油气田生产过程中,酸化是油气井增产、注水井增注的主要手段之一,利用泵入油层的酸液与油层中的矿物质或胶结物发生化学反应,生成可溶性物质改善油水井的流动方式以增大井眼附近的渗流力 [1] 。酸化过程中常用的酸化液主要有盐酸液和土酸液(盐酸 + 氢氟酸)两大类,此外还添加一定量的缓蚀剂。酸化液 pH 值较低,COD 浓度和矿化度高,有强烈腐蚀性,直接接触可能会造成烧伤,排入土壤后会使土壤酸化,与硫化物反应后产生有毒气体硫化氢,提高空气的酸度 [2] 。
 
2. 2 压裂液
       压裂液是压裂技术的重要组成部分,油田压裂就是利用压力将地层压开,形成裂缝,并用支撑剂将它支撑起来,以减小流体流动阻力的增产、增注措施,所用的试剂就是压裂液 [3] 。压裂液是一个总称,根据不同的阶段大致分为前置液、携砂液和顶替液。现阶段的压裂液主要类型是水基压裂液、油基压裂液、酸基压裂液、泡沫压裂液,其中水基压裂液成本低、安全性能较高、使用最为广泛[4] 。本工程中使用的是水基压裂液,水基压裂液含有多种化学添加剂成分,为改善压裂液的各种性能指标还会添加 pH 调节剂、高温稳定剂等多种化学添加剂 [4],具有稳定性好、浊度高、COD 浓度高和石油类含量高等特点。
 
2. 3 钻井废液
       在石油开采、钻探及修井过程中会产生大量的钻井废液,主要由钻井液、钻屑及各种作业产生的废液等组成 [5] 。钻井废液组成复杂,一般呈碱性,粘稠流体或半流体状,含有各种有机和无机类化学处理剂,重金属、COD、含油和表面活性剂等有害物质浓度较高[5] 。
 
3 仪表选型及安装要求
3. 1 液位变送器
       根据工艺要求,需要在废液接收池、废液沉降池、污水池等工艺场所进行液位监测,低液位报警并连锁停相应的螺杆泵,同时液位信号就地显示并远传至值班室。以酸化废液接收池为例,池体尺寸为 4. 2 m ×4. 2 m ×2. 5 m,低液位报警并连锁停废液提升泵。由于液体化学性质较复杂,腐蚀性高,选用非接触式仪表,不跟液体直接接触,因此选用超声波液位变送器。超声波液位变送器工作原理如图 2 所示,超声波换能器(探头)发出高频脉冲声波遇到被测液位表面被反射回来,部分反射回波被同一换能器接收。超声波脉冲以声波速度传播,从发射到接收到超声波脉冲所需时间间隔与探头到被测介质表面的距离成正比。H = CT/2,L = TH - H。探头发射的超声波有一定的宽度,距离探头比较近的一小段区域内反射波与发射波重叠,不能测量距离值,这个区域称为盲区。
超声波液位变送器工作原理图超声波液位变送器安装图
       根据工艺要求,选用的超声波液位计工艺参数如表 1所示。
超声波液位变送器主要工艺参数
       由于各个废液接收池顶部加盖玻璃钢盖板,液位变送器需要在顶部开孔安装,且不应安装在进料口的上方,信号波束角内不应有遮挡物 [6] ,因此本工程中安装时的开孔位置距离池壁不少于 500 mm,仪表的观测面朝向操作通道,周围没有妨碍维修仪表的物体。
 
3. 2 投入式温度变送器
       本工程中为了中和接收的酸化废液,建造了液碱池。工程施工地点离海边较近,为了防止温度较低时液碱析出,液碱池中采用了加热盘管,因此需要监测实时温度,且温度信号就地显示并远传至值班室。液碱池尺寸为 4. 2 m ×4. 2 m × 4. 7 m。因池子较深,选用投入式温度传感器。投入式一体化温度变送器采用温度传感器,变送输出 4 ~20 mA 的标准信号,防止电缆出线,采用不锈钢材质,温度探头放置在前端。其参数要求如表 2 所示。
投入式温度变送器主要工艺参数
       投入式温度变送器采用的测量元件是铂热电阻,由纯铂丝绕制而成,温度范围为 - 200 ~ 850℃,精度高、性能可靠、抗氧化性能好、物理化学性能稳定。液碱池上方有玻璃钢盖板,同样需要打孔安装。
 
3. 3 电磁流量计
       作为油田作业废液处理站,需要统计处理废液的瞬时流量和累计流量。因此在一体化废液处理装置的出口处安装流量变送器,显示瞬时流量、累计流量且流量信号远传至值班室。因废液中含有各种离子如 Cl-、Mg 2 + 等,具有导电性,因此选用电磁流量计,能够测量酸、碱、盐溶液以及带有固体颗粒的流量。
 
       导电的流体介质在磁场中作垂直方向流动而切割磁力线,会在两个电极上产生感应电势,感应电势与体积流量具有线性关系,因此在管道两侧各插入一根电极,便可引出感应电势,由仪表指出相应流量的大小 [7] 。电极一般由非导磁的不锈钢材料制成,电极安装时宜在管道水平方向,防止沉淀物堆积在电极上而影响测量准确度。为了防止导管被腐蚀并使内壁光滑,需要在测量导管内壁涂上绝缘衬里。电磁流量计的参数要求如表 3 所示。
电磁流量计主要工艺参数
       316L 不锈钢比 316 不锈钢的含碳量低,且 316L 不锈钢的耐腐蚀能力和焊接性都显著优于 316 不锈钢,从生产成本来说,316 不锈钢比 316L 不锈钢的生产成本稍低,但差异并不是特别大,因此电极材料选用 316 L。
 
       聚四氟乙烯(PTFE)是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物,化学稳定性、耐腐蚀性、密封性和电绝缘性较强,具有良好的抗老化能力,因此使用聚四氟乙烯做衬里材料。电磁流量计的安装要求,上游直管段长度不应小于 5 倍管径,下游不应小于 2 倍管径[8] ,因此本工程安装时前直管段为 5倍管径,下游为 3 倍管径。
 
4 总结
       本文以某油田作业废液处理站的实际工艺流程为基础,分析了其中的废液性质和化学环境,针对工艺需求进行相应仪表的选型,设置参数要求及安装要求,对实际作业废液处理站的仪表使用具有一定的理论依据和实践意义。
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