1生产水处理系统设计原则
1.1设备的设计压力
依据压力容器的设计标准，生产水处理设备的安全阀在火灾工况下的排放压力不应大于安全阀整定压力的121%倍，而安全阀的最大允许整定压力不大于安全阀入口法兰在排放温度下的额定工作压力。生产水处理设备的安全阀火灾工况下的排放压力约等于水的饱和蒸气压，而排放温度即水的饱和温度。
对于内部可能形成负压的容器，应按照真空容器的要求设计。生产水处理系统中需要按照全真空设计的设备一般是出口接泵的生产水缓冲罐和出口接排海管的气浮罐、聚结脱气除油罐。生产水缓冲罐内部可能由于泵的抽吸形成负压，这种情况在泵启动的初期或缓冲罐液位控制阀失控时容易发生。气浮罐和聚结脱气除油罐的出口管线开口与罐内液位之间的高差很大时，如果出口管线阀门因失控而开度过大，那么罐内会在虹吸作用下形成负压。
1.2设备和管线尺寸
进入生产水处理系统的油田生产水一般是热水，计算设备和管线尺寸时不应忽略生产水流量的热膨胀系数。缓冲罐的不同报警液位之间的停留时间至少取1至2分钟。水力旋流器、气浮装置等单台设备的最大处理能力不宜超过500m3/h。生产水过滤器的直径一般不大于3.5m，避免滤器内部出现水流分布不均。在确定管线尺寸时，应对管道的压降和水击增压进行核算。
2海上石油污水处理方式
2.1多介质过滤技术
过滤是以某种多孔物质为介质,在推动力的作用下,位于一侧的悬浮液或胶态杂质流经多孔介质的孔道向另一侧活动,而固体颗粒被截留在介质上,从而实现固、液分离的过程。相比较于沉降技术,过滤更能有效的除去细菌和微小颗粒等,对BOD5和COD的去除也有一定的效果。多介质过滤技术是指,在一定压力的作用下使浊度较高的污水通过一种或几种过滤介质(锰砂、无烟煤、石英砂),以除去悬浮杂质的过程。
在工业水处理系统中,可以使用多介质过滤技术去除废水中的杂质、吸附油等,确保水质满足回收要求。多介质过滤器是使用过滤材料(无烟煤、石英砂)以除去水中悬浮物的普通快速过滤装置。絮凝剂与含有悬浮固体颗粒的水充分混合后,在水中形成胶体颗粒的双电层。当胶体颗粒流过介质过滤器的过滤层时,过滤缝隙相当于悬浮液上的滤网,有助于悬浮液在过滤器表面上的吸附。当一定量的污垢被截留在滤料的表层形成滤膜后,过滤器前部的压差会快速升高,以至于失效。
2.2弱酸阳床技术
弱酸阳床与钠离子交换器一样,也是一种阳离子交换工艺,差别在于装填的树脂类型不同,离子交换的功能不同,能更精细地去除钙、镁等结垢离子。弱酸阳床设备实际上是一个圆柱形的钢质压力容器,用橡胶作衬里,内置阳离子交换树脂。水自上而下通过交换器,树脂中的氢离子被水中的钙、镁离子交换。在阳离子交换树脂的交换能力耗尽,也就是树脂已经提供了所有可供交换的软化离子时,必须再生。在再生过程中反交换发挥作用,盐酸溶液中的氢离子被阳离子交换树脂吸收,多余的钙、镁离子被排出。阳离子交换器经过再生过程,即可恢复交换能力,可以继续进行软化处理。
2.3反渗透技术
反渗透亦称逆渗透(RO),是用一定的压力使溶液中的溶剂通过反渗透膜(或称半透膜)分离出来。反渗透的方向与自然渗透的相反,因此被称为反渗透。根据不同材料渗透压的差异,采用高于渗透压的反渗透的方法,可以达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。反渗透膜对供水质量提出了高要求。在进入反渗透系统之前,供水被精密过滤器进行预处理,可以保护反渗透膜。在这过程中,浊度为1度以上的小颗粒可以被去除掉。经过精密过滤器预处理后的出水,在满足反渗透运行的压力作用下进入反渗透膜组件,部分微量离子和大部分水分子可以透过反渗透膜,经过回收可以成为产品,经过输水管道进入后续设备;水中的胶体、大部分盐类和有机物不能经过反渗透膜,从而残留在浓水中,经浓水管排放。在装置停运时,浓水中的盐份、污染物经过自动冲洗装置冲洗后,可以避免附着在反渗透膜的表面,使其得到及时的保养。
3常见设计失误及改进
3.1容器气相空间的压力控制
由于生产水处理系统采用闭式流程且生产水的含气量较少，系统内的容器类设备均需要通过自身进气和排气流程上的阀门控制压力。其中，生产水缓冲罐、气浮罐通常为压力容器，反洗水罐、反洗污水罐通常为常压矩形容器，污油罐可以是常压容器。在空间充足的条件下宜采用压力容器作为污油罐以便污油中挥发性气体排入火炬，但不利于降低水力旋流器的入口压力。当上述容器的进气和排气流程上均设置自动控制阀时，使用一个压力传感器信号同时控制进气和排气控制阀并作为基本过程控制系统(BPCS)中唯一的压力显示和报警信号源是错误的做法。当这个传感器发生故障时，容器的进气和排气阀门会同时失效，容器压力偏离正常值的速度比单个阀门失效时快，且无法通过BPCS中的压力显示和报警及时发现故障。正确的做法是设置两个独立的压力传感器，分别控制进气和排气控制阀，并分别在BPCS中显示容器压力和并设置高低报警值。另一个方法是采用自力式调节阀作为进气和排气流程的控制阀，这种做法不便于以后调整压力操作参数，因此建议进气阀采用自力式调节阀，排气阀采用气动控制阀。
3.2离心泵出口的压力安全保护
按照《海上固定平台安全规则》和《浮式生产储油装置(FPSO)安全规则》的相关规定：当泵的最大排出压力超过出口管线最大许用工作压力的70%时，泵出口管线应设压力高高联锁关停保护；当泵的最大排出压力超过出口管线最大许用工作压力时，泵出口管线应设置安全阀。当设计者以泵吸入口正常操作压力与泵出口关死点的最大压差之和作为离心泵的最大排出压力时，则有可能不在泵的出口管线设置压力高高联锁关停保护或安全阀。实际上，离心泵的最大排出压力也有可能是泵的最大吸入压力与泵在额定工况下的最大压差之和。泵的最大吸入压力是泵入口容器的安全阀泄放压力。
3.3设备进出口的紧急关断
为节省成本，设计者可能使用带关断功能的调节阀来替代紧急关断阀，具体做法是在失效关闭型气动调节阀的供气管路上增加一个三通电磁阀。正常情况下三通电磁阀进口与气源管线连接，一个出口连接气动执行机构，另一个出口连通大气并关闭。当中控接收到联锁关断信号时，切断三通电磁阀供电，三通电磁阀的进口关闭，连通大气的出口打开，气动执行机构内的空气通过电磁阀泄放到大气中，调节阀自动关闭。然而，当调节阀故障开大是事故的原因时，则不能以关闭该调节阀作为保护措施。
结束语
新形势下，海上环境开发面临的环保要求越来越高，生产水处理达标与否成为制约油田发展的重要因素。为此，应加大研发的力度，进一步优化多工艺处理设备，灵活应用化学药剂以及生物技术，提升生产水处理效果，保证水质满足环保要求。
参考文献
[1]张晨旭，付存义，汪小林，等.多个生产水处理设备并联改造探索与应用价值分析[J].中国石油和化工标准与质量，2021，41(15)：134-135.
[2]张想，屈涛，覃豪，等.生产水处理系统水力旋流器的工作优化与创新[J].设备管理与维修，2022(19):100-102.
