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1、 6制造水力旋流器的可行性报告一.总论实际生产已证明，在当今原油处理技术领域中，脱油水力旋流技术是适应于海上和陆地油气生产工业的领先的分离技术。在海上油田开发过程中，由于生产平台空间限制，迫切需要一种体积小、重量轻、分离效率高、分离效果不受平台晃动影响的油水分离设备。在炼油企业中，为了污水源头治理和分级达标需要，也需要一种能适应炼油装置特点的高效油水分离器。二.单位情况深圳赤湾海洋石油设备修造有限公司，简称CPEC，属中外合资企业，注册时间为1992年8月12日，注册资金为200万美元，办公地点主要在深圳南山区赤湾石油大厦和石油基地，主管单位是中国南山开发（集团）股份有限公司。本公司的法定代表
2、人孙建军。企业主要负责人张德全。本公司办公室人员有57人，车间工人有93人，共152人。本项目的负责人为总工程师左炜。本公司的股东为新加坡SOME海事工程有限公司、中海油能源发展股份有限公司和深圳赤湾石油基地股份有限公司。三.项目技术可行分析1. 水力旋流器的工作原理如下：图1为旋流器工作原理示意图，水力旋流器是由上部筒体和下部锥体两大部分组成的非运动型分离设备，其分离原理是离心沉降。当待分离的液体混合物(非均相固液混合物)以一定的压力从旋流器周边进入旋流器后被迫作回转运动。由于其受到的离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，液体混合物中的固体粗颗粒克服水力阻力向器壁运动，并在自身重力的共同作用
3、下，沿器壁螺旋向下运动，细而小的颗粒及大部分水则因所受的离心力小，未及靠近器壁即随液体混合物做回转运动。在后续给料的推动下，颗粒粒径由中心向器壁越来越大，形成分层排列。随着液体混合物从旋流器的柱滤体部分流向锥体部分，流动断面越来越小，在外层液体混合物收缩压迫之下，含有大量细小颗粒的内层液体混合物不得不改变方向而向上运动，形成内旋流，自溢流管排出，成为溢流，而粗大颗粒则继续沿器壁螺旋向下运动，形成外旋流，最终由底流口排出，成为沉砂，从而达到分离分级的目的。2.与重力分离设备相比，水力旋流器的优点如下： （1）结构紧凑，体积小。这是由于离心场远大于远力场（约1000倍的数量级），所以料液处理相同的
4、情况下，物料在水力旋流器中所需的停留时间(典型的停留时间数据为2秒左右) 远小于在重力分离设备中进行分离时所需要的停留时间（物料的平均停留时间正比于设备体积），另外，由于离心力场基本不受重力场的影响，因此水力旋流器可根据空间需要采用立式安装或卧式安装。（2）质量轻。由于待分离物料在水力旋流器中所需的停留时间很短，所以旋流器分离系统中累积的液料量及其相应的设备质量大大地减轻。与传统的分离设备（如浮选池系统）相比，采用旋流器系统后油-水分离系统的质量降低到采用重力分离系统质量的1/51/6。（3）易于设计和安装。静态水力旋流器可以模块化单元的方式进行设计、组装，当液料处理量增加或减小时，可以随时增
5、减旋流器的个数，而且由于旋流器的体积小、质量轻，在应用现场可以很方便吊装，甚至可以用人力搬动、组装。这样既可以最大限度地降低初始设备投资，又可以随时调节设备单元以满足生产量变化时的需要。如果采用重力分离设备，则必须按可能出现的最大料液处理量进行设计。（4）需要的系统配件少。静态水力旋流器中没有运动部件，实现两相分离所需要的能量只是进口处的压力，除了进料泵外，整个分离系统不需要配备其他机械及其相关的连接配件。（5）维修费用低。由于没有运动部件基本上不需要维护，虽然料液中固体颗粒的存在有可能磨损旋流器的衬里，但是工业现场的使用经验证明，旋流器的使用寿命一般都在5年以上。（6）易于调节与控制。由于旋
6、流器中无运动部件，只要安装的旋流器能满足料液处理量的要求，就不需要其他的控制与调节装置。（7）操作范围较宽。 现场测试及操作经验证实水力旋流器在流量发生波动时性能比较稳定，即使流量的波动很大、很快，旋流器的操作性能也不受影响。例如液-液旋流器可在调节比为3或更大的范围内获得比较稳定的操作状态。（8）对基础运动不敏感。3. 该项目的主要创新之处如下：（1）水力旋流器的分离效果强烈依赖于液相颗粒的大小与分布，由于液滴对剪切力场非常敏感，类似于气固、液固分离器的实验评价方法无法用于水力旋流器，严重制约了该旋流器的推广与实验研究工作的进行。为此，该项目中提出了一种“加乳化剂搅拌、等动量取样、激光粒度仪
7、快速分析的以颗粒中粒径为当量直径”的水力旋流器粒级效率测量、评价方法。该方法已被多个研究单位采用，收到良好效果。（2）水力旋流器的分离效果强烈依赖于油水性质，该研究结合炼油企业排出水的特点，在实验室中对旋流器结构、尺寸进行了优选，并首次结合炼油企业特点开发出了一种旋流器结构，较好地解决了炼油企业污水分级达标问题。（3）适用于炼油装置特点的流程配置方法研究是该项目的又一特点。根据催化裂化、常减压、电脱盐等装置的工艺特点，优选出了各种流程配置方案，真正做到了无人值守、免维护。所达到的经济技术指标为：单根旋流管的流量适用范围1.5-4.5m3/h，入口到底流口压降小于0.2MPa，人口到溢流口压降小
8、于0.5MPa，等概率分离粒径9.8微米，可以根据处理量的要求，实现壳体化组合。水力旋流器可用于对原有水力旋流设备进行生产能力及性能的改造。通常可提升约80%的生产能力和50%的分离效率。见下图： 流程安装如下：4.水力旋流器技术难点如下：水力旋流器分离性能的主要结构是旋流管的分离性能，与原来加工的不同结构或不同尺寸的旋流管进行室内平行实验，并且也进行了现场试验验证。室内实验结果表明:旋流入口管是影响水力旋流管分离性能的主要结构因素；筛选出来的优旋流管高效流量范围为1.554.81m/hr,流量调节比为3.1,分割粒径d为8.7m,d为28.8m,对中粒径在1020m范围内、入口浓度为400p
9、pm左右的来流,底流浓度为85206ppm。按照物料的磨蚀性不同，旋流管可以采用超级耐磨材料、钢等材料作。固旋流管的制造要精密铸造后再进行加工,因此这个要找间铸造厂制造。开发技术资金较大。旋流管图如下： 四.项目产品市场调查和需求预测由于旋流器具有许多独特的优点，旋流脱油技术在发达国家产含油污水处理特别是在海上石油开采平台上已成为不可替代的标准设备。1989年中国海洋石油公司与美国Amoco石油公司在中国南海联合开发的流化11-1油田，开始在海上石油开采平台上使用旋流分离器处理含油污水。二十余年来的科学研究及工程实用结果表明：旋流分离作为一种高效分离技术，其适用场合并不仅仅局限于污水除油方面，
10、如同重力分离技术一样，其在原油脱气、脱水、除砂以及脱气、原油和污水净化等方面都存在着技术上的可行性、经济上的必要性和工程应用上的广阔前景。分流技术主要的应用于地面和钻井液的固控。其中在地面上，分流技术主要的应用于原油除砂技术、原油预脱水技术、含油污水除油技术、原油脱水净化技术及井口的旋流处理系统。关于应用在石油平台旋流器，迄今国内还没有专门生产旋流器分离设备。目前，国外的制造厂家有：特之达油田技术服务有限公司和沙克特公司可能处于领先地位。从海工最近2年交付的新平台、FPSO情况来看，XJ23-1使用的是巨涛提供的，但旋流器也是从国外购买。随着国家对环保要求的提高，国内的所有平台和FPSO油轮上
11、都在使用DEOILING HYDROCYCLONE。但受一些条件限制,渤海油田在一些设施上可能就没有用HYDROCYCLONE。可见对该项技术必将带来巨大的经济效益和社会效益。五.新增投资估算、资金筹措取压力容器证（如国标GB150，一，二类或 ASME）所需费用至少20万人民币，购置新设备（如卷板机，自动焊机，带极堆焊焊机）估计约需要200万人民币，市场开发和研发费估计共需50万人民币，所以总的费用要270万人民币。六.经济、社会效益分析目前，用于采出液井下油水分离的水力旋流系统的效益主要在于减少了采出水的开采及处理费用，有效降低了地面处理设备的液体负荷。地面处理设备的减少对海上应用具有重要
12、意义，地面分离设备的减少和费用的降低可延长油田寿命和改善新油田开发。在海上油田开发过程中，由于生产平台空间限制，迫切需要一种体积小、重量轻、分离效率高、分离效果不受平台晃动影响的油水分离设备。在炼油企业中，为了污水源头治理和分级达标需要，也需要一种能适应炼油装置特点的高效油水分离器。作为井下油水分离系统之一的水力旋流器对延长油田寿命和改善新油田开发的经济可行性可发挥重要作用。它们外形尺寸小、结构紧凑、设备成本低、操作费用低的优点已使其被广泛地应用于地面油水分离。对于本公司，估计取证后的第一年产值要达到800万人民币，以后要达到每年1200万人民币。七.项目可行性报告编制说明本可行性报告的编制单位为深圳赤湾海洋石油设备修造有限公司，联系电话为0755-26694996，负责人为张德全。本可行性报告的编制者为该单位的商务项目部项目工程师杨波，国际贸易专科毕业；营业发展部绘图员区晓时，模具设计与制造专科毕业；行政人事部秘书肖柔柔，经济贸易英语专业本科毕业，无职称。
