蔡小壘王春升陳家慶尚 超姬宜朋張 明鄭曉鵬

(1.北京石油化工學(xué)院; 2.中海油研究總院)

BIPTCFU-Ш型旋流氣浮一體化采出水處理樣機(jī)及其在秦皇島32-6油田的試驗(yàn)分析*

蔡小壘1王春升2陳家慶1尚 超2姬宜朋1張 明2鄭曉鵬2

(1.北京石油化工學(xué)院; 2.中海油研究總院)

介紹了自主研制的BIPTCFU-Ⅲ型旋流氣浮一體化采出水處理樣機(jī)的結(jié)構(gòu)方案和工作原理,對(duì)該樣機(jī)在秦皇島32-6油田進(jìn)行的包括單級(jí)CFU正交試驗(yàn)和單一變量影響試驗(yàn)、單級(jí)CFU連續(xù)運(yùn)行和兩級(jí)CFU串聯(lián)連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:運(yùn)行調(diào)試樣機(jī)時(shí)需要對(duì)涉及到微氣泡發(fā)生器和氣液混合泵等設(shè)備的一些參數(shù)進(jìn)行合理組合,以力求除油效率最高;當(dāng)入口污水含油質(zhì)量濃度在1 700 mg/L左右時(shí),即使不添加任何處理藥劑,單級(jí)CFU可將含油質(zhì)量濃度降低到200 mg/L以下,兩級(jí)CFU串聯(lián)運(yùn)行可將含油質(zhì)量濃度降低到20 mg/L以下;自主研制的樣機(jī)達(dá)到了國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。該樣機(jī)在秦皇島32-6油田的成功試驗(yàn)為國(guó)內(nèi)海洋石油工業(yè)的增產(chǎn)減污提供了可行的技術(shù)解決方案,值得進(jìn)一步開(kāi)展工程放大應(yīng)用研究。

BIPTCFU-Ⅲ型樣機(jī);旋流氣浮一體化;采出水處理;現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn);除油效率;秦皇島32-6油田

隨著海洋油氣開(kāi)發(fā)活動(dòng)強(qiáng)度的不斷加大,海上油田采出水量比例將從1990年的不足15%上升到2015年的40%以上,因此采出水處理已經(jīng)成為當(dāng)前海洋石油開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵甚至是瓶頸性問(wèn)題[1]。隨著我國(guó)渤海、南海海域大部分油田逐步進(jìn)入開(kāi)采的中后期,早期建設(shè)的水處理設(shè)施普遍存在效率較低、難以滿(mǎn)足新排放標(biāo)準(zhǔn)等不足,但升級(jí)改造方案往往受平臺(tái)空間緊張和降低建造成本的限制,迫切需要研發(fā)高效緊湊型的水處理技術(shù)與設(shè)備。近10年來(lái),旋流分離與豎流式氣浮分離一體化技術(shù)得到了國(guó)外海洋石油工程界的普遍關(guān)注,先后涌現(xiàn)出10多種緊湊型氣浮裝置(CFU),部分產(chǎn)品已經(jīng)得到了大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用[2-4]。由于國(guó)內(nèi)相應(yīng)的研究起步較晚,旋流氣浮一體化技術(shù)目前整體上尚處于小型樣機(jī)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或放大試驗(yàn)階段,尚未得到實(shí)質(zhì)性的生產(chǎn)應(yīng)用。近3年來(lái),北京石油化工學(xué)院與中國(guó)海油密切合作,圍繞該技術(shù)開(kāi)展了系統(tǒng)深入的應(yīng)用研究工作,通過(guò)利用微孔發(fā)泡技術(shù)、弱旋流和氣液混合泵回流二次氣浮技術(shù),提高了氣泡與油滴粘附的幾率和效率,并建立了旋流氣浮一體化采出水處理裝置的完整設(shè)計(jì)方法,所研發(fā)的BIPTCFU-Ⅲ型旋流氣浮一體化采出水處理樣機(jī)在秦皇島32-6油田成功進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。本文在簡(jiǎn)單闡述旋流氣浮一體化設(shè)備的結(jié)構(gòu)方案和工作原理的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)介紹所研發(fā)樣機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況,并與同類(lèi)產(chǎn)品的處理性能和推廣應(yīng)用潛力進(jìn)行了對(duì)比分析,以期推動(dòng)該熱點(diǎn)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)應(yīng)用進(jìn)程。

1 處理裝置結(jié)構(gòu)方案和工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)方案

常規(guī)的單元除油技術(shù)有重力沉降、離心分離、粗?；?聚結(jié))、氣浮等,隨著人們對(duì)除油效率的不斷追求,數(shù)十年來(lái)除油設(shè)備的研發(fā)趨勢(shì)可以歸結(jié)為“常規(guī)單元技術(shù)的高效化、不同單元技術(shù)的復(fù)合化”,將離心分離與氣浮分離技術(shù)相結(jié)合也因此較早地得到了研究人員的關(guān)注,先后出現(xiàn)了充氣水力旋流器、離心氣浮除油設(shè)備等新型分離設(shè)備,但因處理量受限和除油效率較低等原因一直未能在含油污水處理領(lǐng)域得到工業(yè)化應(yīng)用[5]。20世紀(jì)90年代末期,芬蘭學(xué)者提出了第三代氣浮(即紊流氣浮)新概念,認(rèn)為相對(duì)層流流態(tài)而言,適當(dāng)?shù)耐牧髁鲬B(tài)可以促進(jìn)污染物顆粒與微細(xì)氣泡之間的接觸碰撞粘附,從而將氣浮分離區(qū)的表面負(fù)荷率由第一代的2～3 m3/(m2·h)、第二代的5～7 m3/(m2·h)提高到了第三代的20～40 m3/(m2·h),使得最初的大容積、低負(fù)荷氣浮分離池型逐漸向集成、緊湊型發(fā)展[6]。之后工業(yè)界也開(kāi)始意識(shí)到,可以將低強(qiáng)度的旋轉(zhuǎn)離心力場(chǎng)(弱旋流)作為一種促進(jìn)分散相油顆粒與微細(xì)氣泡之間接觸碰撞和粘附的手段,從而提高氣浮除油設(shè)備的處理性能,并最終導(dǎo)致了緊湊型氣浮裝置的成功問(wèn)世[7-8]。

圖1為所研發(fā)的BIPTCFU-Ⅲ型旋流氣浮一體化采出水處理裝置的工藝流程示意圖。該裝置采用整體立式壓力容器橇裝布局和兩級(jí)CFU串聯(lián)運(yùn)行模式(也可根據(jù)需要采用單級(jí)獨(dú)立運(yùn)行),主體設(shè)備包括微氣泡發(fā)生器、氣液混合泵、緊湊型氣浮罐等,外部管路主要包括采出水入口管路、出油管路、出水管路、回流氣體管路、回流水管路、兩級(jí)CFU連接管路等。其中,微氣泡發(fā)生器用于在入口水中注入大量的微細(xì)氣泡;氣液混合泵用于給回流水增壓,并向其中注入大量的微細(xì)氣泡;緊湊型氣浮罐是整套裝置的核心設(shè)備,主要由立式壓力容器殼體、頂部懸伸排油管、上部穩(wěn)流筒、固定于容器內(nèi)壁的螺旋導(dǎo)流片、下部均勻布水(氣)元件等組成,含油污水的旋流分離和氣浮分離過(guò)程在其中進(jìn)行[9]。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看,所研發(fā)的BIPTCFU-Ⅲ型旋流氣浮一體化采出水處理裝置與國(guó)外同類(lèi)設(shè)備的最大不同之處在于采用了微孔發(fā)泡技術(shù)和氣液混合泵回流二次氣浮技術(shù)。

圖1 所研發(fā)的BIPTCFU-Ⅲ型旋流氣浮一體化采出水處理裝置的工藝流程示意圖

1.2 工作原理

所研發(fā)的BIPTCFU-Ⅲ型旋流氣浮一體化采出水處理裝置工作原理是:含油污水首先通過(guò)入口管路流經(jīng)微氣泡發(fā)生器,基于微孔發(fā)泡技術(shù)使其內(nèi)混入大量的微細(xì)氣泡[10],然后通過(guò)上部切向入口進(jìn)入第一級(jí)立式緊湊型氣浮罐,在罐內(nèi)中上部的分離區(qū)形成弱旋流,此時(shí)穩(wěn)流筒的作用在于協(xié)助獲得適當(dāng)?shù)男鲝?qiáng)度。輕質(zhì)的油相和微細(xì)氣泡在弱旋流的作用下向氣浮罐中心運(yùn)移,在此過(guò)程發(fā)生接觸碰撞和粘附,油相-氣泡粘附體一部分直接浮升到罐內(nèi)液面表層,剩余的油相污染物隨主體水流在罐內(nèi)向下流動(dòng),接近下部均勻布水(氣)元件附近區(qū)域時(shí)再次與“新一輪”的微細(xì)氣泡發(fā)生接觸碰撞和粘附,油相-氣泡粘附體主要通過(guò)穩(wěn)流筒內(nèi)部“相對(duì)平緩”的流通通道以類(lèi)似于“豎流式氣浮池”的分離機(jī)理浮升到罐內(nèi)液面表層?！靶乱惠啞钡奈⒓?xì)氣泡通過(guò)將處理后的罐底部出水部分回流,利用氣液混合泵的強(qiáng)大溶氣功能而產(chǎn)生;罐內(nèi)液面表層的氣泡、富集油相和少部分水一起依靠頂部氣相空間的壓力自懸伸排油管排出罐外;頂部氣相空間的氣體與氣液混合泵的進(jìn)氣口連通,以便盡可能實(shí)現(xiàn)氣源氣體的回用?？偟膩?lái)看,含油污水相當(dāng)于在一個(gè)緊湊型氣浮罐內(nèi)進(jìn)行了一次旋流分離與兩次氣浮分離,第一級(jí)氣浮罐的外排出水串聯(lián)進(jìn)入第二級(jí)氣浮罐,再次以上述同樣的機(jī)理對(duì)含油污水進(jìn)行凈化處理。當(dāng)然,可以根據(jù)總處理水量和外排水質(zhì)的要求將多個(gè)氣浮罐實(shí)施不同個(gè)數(shù)的并聯(lián)和串聯(lián)運(yùn)行,也可以根據(jù)串聯(lián)運(yùn)行前后各級(jí)之間污水含油濃度的差異有針對(duì)性地對(duì)氣浮罐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行差別化設(shè)計(jì)。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2012年9月底至10月初,自主研發(fā)的BIPTCFU-Ⅲ型旋流氣浮一體化采出水處理樣機(jī)在秦皇島32-6油田作業(yè)區(qū)“渤海世紀(jì)號(hào)”FPSO上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。樣機(jī)額定設(shè)計(jì)處理量為4 m3/h,水力停留時(shí)間為150 s,水力旋流強(qiáng)度為35倍重力加速度,緊湊型氣浮罐的有效體積為0.17 m3,內(nèi)徑為400 mm,表面水力負(fù)荷為32.65 m3/(m2·h)。秦皇島32-6油田的原油屬于重油,密度為954.6 kg/m3(20℃)和938.6 kg/m3(50℃);“渤海世紀(jì)號(hào)”FPSO上采出水的主要處理流程為自由水分離器+熱化學(xué)處理器+電脫水器的水相出口→水工藝艙→斜板除油器(CPI)→加氣浮選機(jī)→核桃殼過(guò)濾器→回注或排海[11-12]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,在不影響正常生產(chǎn)的情況下,將樣機(jī)的入水口與自由水分離器V-101的污水取樣口相連。本次主要進(jìn)行了單級(jí)CFU正交試驗(yàn)和單一變量影響試驗(yàn)、單級(jí)CFU連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)和兩級(jí)CFU連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn),氣浮氣源氣體為氮?dú)?含油濃度的測(cè)試化驗(yàn)設(shè)備為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)用美國(guó)Wilks Enterprise公司CVH型TOG/TPH分析儀。

2.1 單級(jí)CFU正交試驗(yàn)和單一變量影響試驗(yàn)

影響B(tài)IPTCFU-Ⅲ型旋流氣浮一體化采出水處理樣機(jī)除油率的因素主要有:處理水流量、分流比(頂部排油口與處理水流量之比)、微氣泡發(fā)生器注氣比(注入微氣泡發(fā)生器氣與處理水流量之比)、微氣泡發(fā)生器注氣壓差(內(nèi)管污水壓力與外環(huán)腔室氣體壓力之差)、氣液混合泵回流比(氣液混合泵回流流量與處理水流量之比)、氣液混合泵回流注氣比(氣液混合泵吸入流量與回流流量之比)、入口污水含油質(zhì)量濃度、加藥質(zhì)量濃度等。在入口處理量保持穩(wěn)定、不添加生產(chǎn)用處理藥劑的情況下,就分流比、微氣泡發(fā)生器注氣比和注氣壓差、氣液混合泵回流比和回流注氣比對(duì)除油率的影響開(kāi)展5因素、5水平的正交試驗(yàn),總因素組合數(shù)為25組,相關(guān)影響因素的變化參數(shù)取值見(jiàn)表1,除油效果如圖2所示。

表1 樣機(jī)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所考慮影響因素的變化參數(shù)列表

圖2 固定流量下樣機(jī)單級(jí)CFU正交試驗(yàn)除油效果(不加處理藥劑)

從圖2可以看出:①不添加任何處理藥劑時(shí),單級(jí)CFU的除油率在64.7%～92.3%之間變化,說(shuō)明5個(gè)因素(參數(shù))的不同取值搭配組合會(huì)直接影響設(shè)備的除油率,同時(shí)也表明需要尋找出合理參數(shù)搭配組合以取得較好除油率的必要性;②在罐頂排油口分流比為0.12、回流比為0.20、氣泡發(fā)生器注氣比為0.05、回流注氣比為0.10的參數(shù)組合下(綠色標(biāo)示線(xiàn)),系統(tǒng)的除油效率可達(dá)84.4%,雖然此組合參數(shù)下的除油效率并非最高,但考慮到所采用的回流比和分流比都較小,且入口采出水的含油質(zhì)量濃度與平均穩(wěn)定值較為接近,因此可視為本次正交試驗(yàn)的最優(yōu)參數(shù)。

利用“正交設(shè)計(jì)助手”軟件進(jìn)行正交因素分析可得,分流比對(duì)除油率的影響最高,其次為回流比、注氣比和回流注氣比,注氣壓差對(duì)除油率的影響最低。在此基礎(chǔ)上,保持其他因素(參數(shù))的取值不變,僅分別改變其中一個(gè)因素(參數(shù))所對(duì)應(yīng)的取值,研究單一因素(參數(shù))變化對(duì)樣機(jī)除油率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):①無(wú)論入口污水含油質(zhì)量濃度如何波動(dòng)以及5個(gè)因素(參數(shù))如何單一調(diào)整變化,系統(tǒng)除油率始終保持在73.6%以上,具有較高的穩(wěn)定性;②通過(guò)調(diào)整尋找5個(gè)因素(參數(shù))單一變化時(shí)的最佳取值,可將樣機(jī)的除油率保持在88%以上,其中最大除油率達(dá)到89.7%(此時(shí)入口處理水含油質(zhì)量濃度高達(dá)2 011 mg/L,出水口含油質(zhì)量濃度可控制在210 mg/L以下)。因篇幅所限,這里僅給出分流比對(duì)系統(tǒng)除油率的影響。當(dāng)分流流量從0.1 m3/h增加到0.48 m3/h時(shí)(對(duì)應(yīng)的分流比為0.032、0.064、0.096、0.128和0.154),分流比越高,系統(tǒng)除油效果總體趨勢(shì)越好(對(duì)應(yīng)的除油率分別為80.8%、81.8%、83.6%、82.9%、89.7%)。但考慮到分流比的增加將會(huì)帶來(lái)高含水污油二次處理的麻煩,因此在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)盡可能減小分流比,并在以后的研究中應(yīng)考慮如何進(jìn)一步降低分流比。

2.2 單級(jí)CFU穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)除油率的影響

為驗(yàn)證BIPTCFU-Ⅲ型旋流氣浮一體化采出水處理樣機(jī)在連續(xù)運(yùn)行工況下的穩(wěn)定性,同時(shí)測(cè)試回流以及添加處理藥劑對(duì)設(shè)備除油性能的影響,先后在額定處理量時(shí)進(jìn)行了無(wú)回流和有回流、不加藥和加藥質(zhì)量濃度為0.02 mg/L共4種工況下單級(jí)CFU連續(xù)運(yùn)行的除油率測(cè)試試驗(yàn),其結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3可以看出:①在“不加處理藥劑+不開(kāi)啟回流”的連續(xù)運(yùn)行工況下,入口采出水的含油質(zhì)量濃度在1 525～2 018 mg/L,出水口的含油質(zhì)量濃度在90～210 mg/L,除油率在86.2%～95.5%,平均除油率接近90%;②在“不加處理藥劑+開(kāi)啟回流”的連續(xù)運(yùn)行工況下,入口采出水的含油質(zhì)量濃度在1 432～1 550 mg/L,出水口的含油質(zhì)量濃度在92～135 mg/L,除油率在90.2%～93.7%,平均除油率接近92%;③在“添加處理藥劑+不開(kāi)啟回流”的連續(xù)運(yùn)行工況下,入口采出水的含油質(zhì)量濃度在1 275～2 007 mg/L,出水口的含油質(zhì)量濃度在107～148 mg/L,除油率在91.5%～93.7%,平均除油率接近93%;④在“添加處理藥劑+開(kāi)啟回流”的連續(xù)運(yùn)行工況下,入口采出水的含油質(zhì)量濃度在1 461～1 982 mg/L,出水口的含油質(zhì)量濃度在82～161 mg/L,除油率在89%～94.9%,平均除油率接近93%;⑤在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中,入水口含油質(zhì)量濃度與出水口含油質(zhì)量濃度的整體波動(dòng)趨勢(shì)基本一致,同時(shí)考慮到取樣和測(cè)量誤差的可能影響,認(rèn)為試驗(yàn)數(shù)據(jù)足以體現(xiàn)出系統(tǒng)工作性能的穩(wěn)定性。

總之,就不添加處理藥劑和添加處理藥劑兩大類(lèi)工況下是否開(kāi)啟回流的對(duì)比情況來(lái)看,由于旋流分離和一次氣浮分離作用已經(jīng)使除油率達(dá)到了一個(gè)較高水平,回流二次氣浮對(duì)除油率的提升作用很小,所以從節(jié)省運(yùn)行功率消耗的角度來(lái)看可以考慮停止使用,甚至可以去掉相應(yīng)的硬件系統(tǒng)配套。就關(guān)閉回流和開(kāi)啟回流兩大類(lèi)工況下是否添加處理藥劑的對(duì)比情況來(lái)看,添加處理藥劑可以提升系統(tǒng)的除油效果,所以可以繼續(xù)圍繞不同藥劑種類(lèi)和不同加藥濃度來(lái)開(kāi)展試驗(yàn)研究,以進(jìn)一步提高設(shè)備的除油率。

2.3 兩級(jí)CFU串聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)除油率的影響

圖3 額定處理量下樣機(jī)單級(jí)CFU連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)除油效果

圖4 BIPTCFU-Ⅲ型旋流氣浮一體化采出水處理樣機(jī)兩級(jí)CFU串聯(lián)連續(xù)運(yùn)行時(shí)的除油效果

為了驗(yàn)證兩級(jí)CFU串聯(lián)運(yùn)行時(shí)樣機(jī)除油性能的穩(wěn)定性,先后進(jìn)行了“不加處理藥劑+開(kāi)啟回流”、“不加處理藥劑+關(guān)閉回流”、“加處理藥劑+關(guān)閉回流”等3種工況下樣機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)的除油率測(cè)試試驗(yàn),其結(jié)果見(jiàn)圖4。從圖4可以看出:①兩級(jí)CFU串聯(lián)運(yùn)行過(guò)程中,入口污水的含油質(zhì)量濃度在1 350～2 311 mg/L,出水口含油質(zhì)量濃度在8～31 mg/L之間,系統(tǒng)除油率在97.9%～99.4%,平均除油率達(dá)到98.7%,不僅除油效果非常顯著,而且除油性能非常穩(wěn)定;②樣機(jī)運(yùn)行過(guò)程中開(kāi)啟回流和添加處理藥劑有利于提高除油率,但回流對(duì)除油率的提升效果不太顯著。值得一提的是,在設(shè)備“不加處理藥劑+關(guān)閉回流”運(yùn)行測(cè)試階段,由于氣源供應(yīng)不足而使得第一級(jí)CFU配用的2個(gè)微氣泡發(fā)生器在短時(shí)間(10 min)內(nèi)的進(jìn)氣量為0,第二級(jí)CFU配用的2個(gè)微氣泡發(fā)生器因依靠高壓氮?dú)馄抗舛匀槐３终９ぷ鳡顟B(tài),在該時(shí)間段內(nèi)(藍(lán)線(xiàn)標(biāo)示線(xiàn))的測(cè)試結(jié)果為入口污水的含油質(zhì)量濃度為1 771 mg/L,兩級(jí)CFU出水口的含油質(zhì)量濃度分別為1 121、77 mg/L,設(shè)備的總除油率為95.7%,除油率出現(xiàn)了明顯的下降。該組測(cè)試數(shù)據(jù)充分說(shuō)明了微細(xì)氣泡在整個(gè)樣機(jī)除油性能中所起的關(guān)鍵作用。

3 性能對(duì)比及應(yīng)用潛力分析

3.1 與同類(lèi)設(shè)備的性能對(duì)比

自2010年以來(lái),先后共有3家單位在秦皇島32-6油田“渤海世紀(jì)號(hào)”FSPO上進(jìn)行過(guò)類(lèi)似的小型樣機(jī)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。公司A的旋流式氣浮系統(tǒng)(CFS)樣機(jī)采用四級(jí)串聯(lián)運(yùn)行,當(dāng)入口含油質(zhì)量濃度平均值為3 071.8 mg/L時(shí),四級(jí)出口的含油質(zhì)量濃度平均值為94.6 mg/L;公司B的微氣泡旋流氣浮裝置采用兩級(jí)串聯(lián)運(yùn)行,主體設(shè)備氣浮罐尺寸為φ400 mm× 2 000 mm(直徑×長(zhǎng)),運(yùn)行過(guò)程中回流比為0.500左右、注氣比為0.020、分流比為0.013。表2為某微氣泡旋流氣浮裝置與BIPTCFU-III型旋流氣浮一體化樣機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果對(duì)比,當(dāng)前者的入口含油質(zhì)量濃度在1 250～2 402 mg/L時(shí),出口含油質(zhì)量濃度在31～140 mg/L。由此可見(jiàn),BIPTCFU-III型旋流氣浮一體化采出水處理樣機(jī)展現(xiàn)出了較高的除油率和工作穩(wěn)定性,而且主體處理設(shè)備更為緊湊、附屬輔助設(shè)備也相對(duì)較少,能耗也更低。

3.2 應(yīng)用潛力分析

秦皇島32-6油田已進(jìn)入高含水期,隨著大泵提液等增產(chǎn)措施的逐年增加和后期新調(diào)整井投產(chǎn)的陸續(xù)開(kāi)展,以及秦皇島33-1油田的投產(chǎn)(產(chǎn)液將進(jìn)入秦皇島32-6油田),為了增強(qiáng)FPSO生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性,迫切需要實(shí)施擴(kuò)容改造?！安澈Ｊ兰o(jì)號(hào)”FPSO上現(xiàn)有采出水處理工藝流程的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)為:水工藝艙(入口含油質(zhì)量濃度為1 350～2 300 mg/L,水力停留時(shí)間為2.5 h)→斜板除油器(入口含油質(zhì)量濃度為200～300 mg/L,水力停留時(shí)間為7～9 min)→加氣浮選機(jī)(入口含油質(zhì)量濃度為100～200 mg/L,水力停留時(shí)間為8～10 min)→核桃殼過(guò)濾器(入口含油質(zhì)量濃度為20～30 mg/L,水力停留時(shí)間為8～10 min,出口含油質(zhì)量濃度為≤10 mg/L)[13]。由此可見(jiàn):①僅從除油效果控制指標(biāo)來(lái)衡量,使用兩級(jí)CFU串聯(lián)可以取代“水工藝艙+斜板除油器+加氣浮選機(jī)”的工藝組合;使用單級(jí)CFU可以取代“水工藝艙+斜板除油器”的工藝組合,也可以取代“斜板除油器+加氣浮選機(jī)”的工藝組合。②從設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間的對(duì)比來(lái)看,BIPTCFU-III型旋流氣浮一體化樣機(jī)為2.5 min,僅為加氣浮選機(jī)的1/4左右,因此同比條件下設(shè)備體積可以縮小75%。顯然,新技術(shù)得到推廣應(yīng)用后不僅能夠簡(jiǎn)化處理流程、減少甲板空間的占用,而且可以直接降低水處理系統(tǒng)的建造成本。此外,推廣應(yīng)用CFU還可以大幅度降低藥劑的消耗,從而大大降低運(yùn)行成本,提高油田的總體經(jīng)濟(jì)效益。

表2 新研制樣機(jī)與國(guó)內(nèi)同類(lèi)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)論

1)旋流氣浮一體化采出水處理技術(shù)將旋流離心分離與豎流式氣浮分離技術(shù)有機(jī)結(jié)合,借助低強(qiáng)度旋流離心力場(chǎng)促進(jìn)微細(xì)氣泡與采出水待去除油相的碰撞粘附,進(jìn)而強(qiáng)化常規(guī)氣浮分離過(guò)程,是油田采出水處理發(fā)展史上的重大突破,具有水力停留時(shí)間短、占地面積小、處理效率高和操作要求低等優(yōu)點(diǎn)。

2)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明,運(yùn)行調(diào)試時(shí)需要對(duì)涉及到微氣泡發(fā)生器和氣液混合泵等設(shè)備的一些參數(shù)進(jìn)行合理組合,同時(shí)要充分發(fā)揮微氣泡的重要作用。當(dāng)入口污水含油質(zhì)量濃度在1 700 mg/L左右時(shí),即使不添加任何處理藥劑,BIPTCFU-Ⅲ型旋流氣浮一體化采出水處理樣機(jī)單級(jí)CFU穩(wěn)定運(yùn)行也可將出水口含油質(zhì)量濃度降低到200 mg/L以下,兩級(jí)CFU串聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)可將出水口含油質(zhì)量濃度降低到20 mg/L以下,平均除油率達(dá)到98.7%,能夠直接滿(mǎn)足核桃殼過(guò)濾器的進(jìn)水水質(zhì)含油質(zhì)量濃度的要求。

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BIPTCFU-III integrated cyclonic flotation prototype and its experimental study on the treatment of produced water from offshore Q HD32-6 oilfield

Cai Xiaolei1Wang Chunsheng2Chen Jiaqing1Shang Chao2Ji Yipeng1Zhang Ming2Zheng Xiaopeng2
(1.Beijing Institute of Petrochemical Technology,Beijing, 102617;2.CNOOC Research Institute,Beijing,100028)

The paper describes the structure and work principle of the BIPTCFU-III prototype which was integrated with cyclonic flotation technology and researched and developed with self-independent intellectual property.The field tests in QHD 32-6 oilfield consisted of single-stage CFU orthogonal experiment,individual parameter-effect experiment,single-stage CFU continuous running experiment,and two-stage CFU serial and continuous running experiment.The experimental results have demonstrated that,some parameters related with micro-bubble generator and gas-liquid mixing pump should be integrated reasonably when operating the prototype,so as to achieve the highest oil removal efficiency;when the inlet oil content is around 1700 mg/L,even without the addition of chemicals,the outlet oil content can be controlled below 200 mg/L with single stage CFU and below 20mg/L with two-stage CFU serially,which has approached the advanced level of the same-kind domestic products.The successful development of BIPTCFU-III prototype can provide the domestic offshore industry with a practicable technological solution for increasing production and decreasing pollution.And of course it is worthy to expand its engineering application research.

BIPTCFU-III prototype;integrated cyclonic flotation;produced water disposal;field test;oil removal efficiency;QHD 32-6 oilfield

2014-01-06改回日期:2014-05-06

(編輯:葉秋敏)

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“海上油田采出水處理用旋流氣浮一體化技術(shù)的機(jī)理與特性研究(編號(hào):51079006)”、中海石油(中國(guó))有限公司項(xiàng)目“新型原油和生產(chǎn)水高效處理技術(shù)研究——?dú)飧⌒饕惑w化水處理技術(shù)研究(編號(hào):CNOOCRC(LTD)-JB-2010-ZHKY-001)”、北京市屬高等學(xué)校人才強(qiáng)教深化計(jì)劃資助項(xiàng)目“環(huán)境治理與調(diào)控制技術(shù)北京市優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)(編號(hào):PHR201107213)”部分研究成果。

蔡小壘,男,北京化工大學(xué)在讀博士研究生,現(xiàn)主要從事油氣水多相分離技術(shù)與設(shè)備研究。地址:北京市大興區(qū)清源北路19號(hào)北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院(郵編:102617)。E-mail:caixiaolei@bipt.edu.cn。