本发明属于酸化返排液处理技术领域，公开了一种海上油田酸化返排液处理装置，海上酸化返排液从油井返出减压后，先经过加药系统加入药剂，再由预分离系统进行脱气、初步除砂、除悬和油水分离；预分离系统的油相出口连接原油脱水系统，进一步降低油相含水率；预分离系统的水相出口连接水相除油系统，去除水相浮油和悬浮物，降低水相中悬浮物粒径中值；预分离系统、原油脱水系统和水相除油系统底部设有排污管线，将污油泥输送进污油泥处理系统进行处理。本发明设备结构紧凑，采用耐酸材料制造，整个处理过程无需加碱中和，处理后的酸化返排液油相可直接进入平台外输流程，水相进入平台回注系统，满足酸化返排液就地处理的要求，保障平台正常生产。