油田污水處理旋流氣浮一體化技術(shù)

　　渤海油田海上平臺含油污水處理一般選用斜板隔油器+氣浮選+核桃殼濾器+雙介質(zhì)濾器常規(guī)四級處理流程，該技術(shù)在渤海油田廣泛應(yīng)用。某FPSO設(shè)計之初，由于污水處理量大，如按常規(guī)四級處理設(shè)計，所需要的設(shè)備較多，需要平臺空間較大，經(jīng)過比選，選擇離心機進行油田含油污水處理。使用過程中，由于上游原油流程改變、沖砂影響等原因，離心機處理效果達不到預(yù)期要求。為了在FPSO有限空間的前提下對生產(chǎn)水流程進行相應(yīng)改造，提高生產(chǎn)水處理效果，進行了旋流氣浮一體化技術(shù)試驗。

　　基于低強度旋流離心力場和氣浮組合原理，某公司推出緊湊型氣浮裝置(Compact Flotation Unit，CFU)，該裝置具有成本低、效率高、易于操作、適應(yīng)性強等特點。用來分離油、氣、水，從而達到生產(chǎn)水處理標(biāo)準(zhǔn)。它不需要額外的能量，同時，CFU也具有更小的體積、質(zhì)量，跟傳統(tǒng)氣浮裝置相比更小的停留時間等優(yōu)點。相比于傳統(tǒng)分離技術(shù)，CFU在更低的花費同時，表現(xiàn)了更高的處理量和更好的性能。

　　1、緊湊型氣浮裝置介紹

　　1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

　　CFU從外形上看是一個圓柱形容器，主要由圓柱容器、圓柱內(nèi)筒、螺旋導(dǎo)片、水平圓板、切向入口以及油氣出口、處理水出口、泥砂出口等組成(見圖1)。圓柱內(nèi)筒在圓柱容器中心同軸中上部，目的是為旋轉(zhuǎn)提供環(huán)形旋流空間，同時為水和油氣提供通道;螺旋導(dǎo)片是CFU的核心部件，引導(dǎo)含油污水流螺旋流動;水平圓板安裝在圓柱容器下方，主要作用是防止渦流并可以起到一定的緩流作用;油氣出口位于圓柱容器頂部，油氣通過接入罐內(nèi)的短管排出，處理水和泥砂出口位于圓柱容器底部，其中泥砂出口可以連續(xù)或間歇排出罐內(nèi)泥砂，也可以作為維修時的排污口。

　　1.2 工作原理

　　CFU是一種基于低強度旋流離心力場和氣浮組合原理的裝置，含油污水在容器內(nèi)運移過程中，油和浮渣等聚結(jié)凝聚，從而從水中分離出來。CFU運行原理(見圖2)，罐體入口前有一個氣液混合器，含油污水進入罐體前按約0.1m3/m3原水比例注入氮氣，注氣污水首先進入混合器，使氣體均勻分散在污水中。含氣污水從切向入口進入罐內(nèi)，入口管道逐漸減小從而提高流速，流體沿著罐外壁水平方向正切進入罐內(nèi)，在螺旋導(dǎo)片作用下形成旋流運動，此時離心加速度為8～10倍重力加速度，流速增大導(dǎo)致流體壓力減小，污水中溶解氣和先前注入的氮氣變成較大氣泡釋放出來，與油、小顆粒浮渣等向旋流中心運移上升，在罐內(nèi)水面形成一層油和浮渣層，在壓力作用下通過罐體頂部油氣出口排出，頂部排液含油0.5%～10%，流量約在液體總量的1%。處理后的水由旋流導(dǎo)片和內(nèi)筒之間的通道流向罐底，經(jīng)水平圓板防渦緩沖之后排出罐外，流體在罐內(nèi)停留時間約為30s。為了提高處理效果，CFU使用中常常配合注入混凝劑進行水處理。

　　2、CFU現(xiàn)場試驗

　　2.1 流程介紹

　　某FPSO水處理流程(見圖3)，來自分離器和砂系統(tǒng)的含油污水進入閃蒸罐，低壓閃蒸脫出一部分氣并簡單撇油之后，經(jīng)雙螺桿水泵增壓、自動反洗濾器過濾后進入水處理核心設(shè)備水離心機，經(jīng)過離心機離心作用，除去油、小顆粒浮渣等雜質(zhì)后進入緩沖罐緩沖，后經(jīng)注水增壓泵增壓后與處理后的海水混合進入下游平臺深入處理后增壓回注。

　　運行期間，由于上游原油流程改變和分離器沖砂等原因，分離器來液含油量和含砂量波動較大，導(dǎo)致水離心機故障率高，處理常常達不到處理要求(水中含油率不大于30mg/L、固體懸浮物濃度不大于10mg/L，粒徑中值不大于4μm)。為了尋找適合油田生產(chǎn)水處理的方法，進行CFU試驗。

　　2.2 試驗設(shè)施

　　該試驗設(shè)備由一個兩級CFU組成，設(shè)計容量20m3/h，在流程生產(chǎn)水濾器下游和注水增壓泵下游分別接入流程測試(見圖3)，生產(chǎn)水濾器下游注入到CFU的壓力是0.35MPa，生產(chǎn)水注水增壓泵注入到CFU的壓力是1.2MPa。每個CFU上游注入氮氣保證氣浮效果，注氣量0.1m3/m3原水，在CFU入口和一、二級出口設(shè)置取樣點。在CFU試驗前，開展了絮凝劑陸地上化學(xué)藥劑篩選，選擇最合適的絮凝劑。絮凝劑能增加油滴尺寸中值，增大CFU除油效果。

　　3、現(xiàn)場試驗

　　3.1 生產(chǎn)水濾器下游

　　將CFU接入生產(chǎn)水濾器下游試驗期間，每4小時對進口、一、二級出口取樣化驗，共化驗32次，化學(xué)藥劑注入濃度為10mg/L。試驗中觀察到生產(chǎn)水中含有乳化油，具有相當(dāng)高的水中含油率，而且變化范圍比較大;試驗期間在CFU入口處也發(fā)現(xiàn)砂，由于沒有試驗裝備可用來標(biāo)定砂的尺寸或含量，很難確定砂對乳狀液穩(wěn)定性的影響。由于砂、閃蒸罐生產(chǎn)水界面不穩(wěn)定等條件使生產(chǎn)水濾器下游水質(zhì)量變化很大，生產(chǎn)水入口含油率高，但CFU持續(xù)表現(xiàn)出一個很好的除油效果(見圖4、圖5)。

　　從試驗結(jié)果可以看出，生產(chǎn)水濾器下游CFU入口最高水中含油率變化很大，最大含量達3900mg/L，最低含油率410mg/L;經(jīng)過兩級CFU處理，水中含油率最低可以處理到10mg/L。試驗過程中，平均除油率97.5%，最大除油率99.5%，最低除油率93.3%。CFU處理效果照片(見圖6)，其中圖6(a)展示低含油率情況下CFU處理效果，入口水中含油率為410mg/L，二級出口水中含油率為29mg/L，圖6(b)展示高含油率情況下CFU處理效果，入口水中含油率為2500mg/L，二級出口水中含油率為16mg/L。

　　分離器沖砂是該FPSO每天日常工作的一部分，分離器沖砂會導(dǎo)致生產(chǎn)水中油包砂型浮渣增多、水中含油率增大。觀察沖砂后CFU運行狀況也表明，沖砂對CFU運行影響很小，CFU仍能有效降低入口水中含油率至30mg/L以下，這充分證明了CFU的適用性。

　　3.2 生產(chǎn)水注水增壓泵下游

　　與在生產(chǎn)水濾器下游試驗相似，生產(chǎn)水注水增壓泵下游試驗期間，每4小時對進口、一、二級出口取樣化驗，共化驗6次。試驗過程中觀察到，相比較于生產(chǎn)水濾器下游水質(zhì)，生產(chǎn)水注水增壓泵下游水質(zhì)含油量比較低，而且含油量變化范圍相對小，但是經(jīng)過水離心機和離心式生產(chǎn)水注水增壓泵的剪切力作用，生產(chǎn)水注水增壓泵下游生產(chǎn)水中含有更多穩(wěn)定的乳化油，處理難度增大。預(yù)選的化學(xué)藥劑在不同速度下測試之后，微調(diào)CFU處理設(shè)備，化學(xué)藥劑注入濃度為5mg/L時處理效果最好�；瘜W(xué)藥劑破壞乳化液穩(wěn)定性，提高了處理效果，但是CFU出口水仍舊有棕色的環(huán)。試驗結(jié)果(見圖7、圖8)。

　　生產(chǎn)水注水增壓泵下游水中含油率相對穩(wěn)定，最大含量460mg/L，最小含量380mg/L，平均含油量427mg/L;經(jīng)過兩級CFU處理，優(yōu)化化學(xué)藥劑注入量后水中含油率最低可以處理到90mg/L，最大除油率80%，平均除油率67.2%，表現(xiàn)出較好的除油效果。

　　通過觀察CFU試驗，可以明顯看出，由于上游流程條件原因，蓬勃FPSO生產(chǎn)水質(zhì)量變化比較大，比較兩個測試點可以看出，上游條件對水處理效果影響比較大，尤其是注水泵下游注入點，由于離心機、離心式注水增壓泵的剪切力作用，微小的油包砂在水中變成穩(wěn)定乳化油，使油水分離復(fù)雜化。

　　4、結(jié)論

　　(1)由于上游流程條件原因，蓬勃FPSO生產(chǎn)水質(zhì)量變化比較大，相比較于離心機，旋流氣浮一體化CFU有更好的除油效率，同等工況下，CFU平均除油效率97.2%，處理后水中含油率小于30mg/L。

　　(2)使用旋流氣浮一體化CFU解決生產(chǎn)水問題靠近上游相比靠近下游更有效，可以避免泵等設(shè)備的剪切力作用下增加水中含油的穩(wěn)定性，從而增大處理難度。

　　(3)試驗期間，尤其是生產(chǎn)水濾器試驗期間，使用旋流氣浮一體化CFU表現(xiàn)出較好的除油效果，而且在沖砂等導(dǎo)致上游流程變化時仍能表現(xiàn)出較高除油率，有很好的穩(wěn)定性和適用性。(來源：中海石油(中國)有限公司蓬勃作業(yè)公司，中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院)