沉降罐双弧穿孔配水工艺模拟

王岩 大庆油田采油三厂

沉降罐双弧穿孔配水工艺模拟

王岩 大庆油田采油三厂

以常规2 000 m3一次污水沉降罐CAD图纸为基础，应用Gambit软件建立起全罐物理模型，给定不同运行工况下的运行参数，即可对建立的数学模型进行离散求解，得到沉降罐内不同工况下的流动特性。通过模拟沉降罐内污水流动规律，发现同一高度处的取样点之间流速存在较大差异，喇叭口配水工艺条件下明显存在配水不均匀的情况。针对污水处理难度不断增大的问题，可改变沉降罐进出水口结构，立足已建站所改造，开展结构改造后的现场试验，以验证改进结构的实际效果。

沉降罐；喇叭口；双弧穿孔管；流速

随着油田三次采油的深入开展，采出水特性发生变化，含油污水处理难度增大，沉降段处理效率降低。经现场调研，萨北开发区普通、聚合物污水站来水平均含油量274.3 mg/L，在停留时间满足规范要求的条件下，一次沉降罐出水平均含油量139.1 mg/L，平均处理效率仅为50.6%，与规范中要求的一次沉降罐80%除油效率存在较大差距。

1 沉降罐建模及模拟

以常规2 000 m3一次污水沉降罐CAD图纸为基础，应用Gambit软件建立起全罐物理模型，进行网格划分后，将建立起来的数学模型离散化，即用一组有限个离散的点，代替原来的连续空间。给定不同运行工况下的运行参数，即可对建立的数学模型进行离散求解，通过对求解结果数据的分析，得到沉降罐内不同工况下的流动特性。

2 罐内介质速度分布规律

2.1计算点的选取

设定沉降罐入口流速为0.1 m/s，流体黏度为1.8 mPa·s。在同一支管上3个入口的不同位置分别建立34条垂线，每条垂线自上而下均匀地取20个点，对沉降罐内部不同位置的速度值进行计算分析。

2.2 计算结果

罐体3 m高处为集水管的上方，11 m高处为配水管的下方，配水管和集水管之间是沉降罐发挥沉降分离作用的重要部分，因此将对流体在沉降段的速度分布做重点分析。

同一高度处低流速区较高流速区平均值低35.3%，说明喇叭口配水工艺存在罐内介质流速不均匀的问题，导致高流速区实际沉降时间缩短，影响处理效率。

2.3 配液管结构优化

参考直管穿孔管配水工艺，将沉降罐配液管的进液形式改为双弧形穿孔管。改进方式如下：布置两圈成同心圆的穿孔管进行配液，每个圆周上的配液管由四段弧形配液管组成。配液入口总面积与喇叭口模型相同，共设计了48个配液入口。

设定运行条件为水相黏度1.3 mPa·s，油滴粒径37.5 μm，沉降时间8 h，在喇叭口、直管穿孔管、双弧穿孔管配水工艺条件下，模拟罐内介质的流动轨迹。

双弧穿孔配水工艺模型沉降罐内的迹线疏密均匀，迹线上方距离沉降罐液面有一段距离，说明“双弧”模型沉降罐入口进液对其上方的油层扰动较轻，有利于油层的积累形成。在沉降段迹线平直，液滴向下流动平稳，流场稳定，有利于油水分离。与喇叭口及直管穿孔管模型罐内介质流动轨迹图相比，“双弧”模型流场最稳定且有规律。

双弧穿孔配水工艺与喇叭口配水工艺相比，8 h水中含油的处理效率可由57.1%提高至62.9%。选择现场某站的原水进行静态沉降试验，在黏度、沉降时间相同的条件下，污水的除油效率为65.74%。双弧配水工艺的模拟结果与静沉的除油效率已经相当接近。

3 结语

通过模拟沉降罐内污水流动规律，发现同一高度处的取样点之间流速存在较大差异，喇叭口配水工艺条件下明显存在配水不均匀的情况。

针对污水处理难度不断增大的问题，可改变沉降罐进出水口结构，立足已建站所改造，开展结构改造后的现场试验，以验证改进结构的实际效果。

（栏目主持杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.5.016