方 健
中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司
渤海油田D平臺聚結(jié)-氣浮除油技術(shù)①
方 健
中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司
摘要針對渤海油田D平臺生產(chǎn)水流程的問題及特點,將聚結(jié)與氣浮技術(shù)結(jié)合一起,進行除油效果研究。實驗結(jié)果表明,采用特有的聚結(jié)材料,經(jīng)過2級溶氣設(shè)備和聚結(jié)除油設(shè)備,出口水質(zhì)含油值小于20 mg/L;經(jīng)過3級溶氣設(shè)備和聚結(jié)除油設(shè)備,出口水質(zhì)含油值小于10 mg/L。并根據(jù)渤海油田D平臺現(xiàn)場空間情況,設(shè)計了1套聚結(jié)-氣浮除油的撬裝設(shè)備。
關(guān)鍵詞聚結(jié)氣浮生產(chǎn)水含油值
渤海油田D平臺(以下簡稱D平臺)位于渤海灣西部海域,油田范圍水深20~24.5 m。D平臺屬于油田二期開發(fā)的設(shè)施,為了減輕浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置(FPSO)生產(chǎn)水處理的負擔(dān),2008年11月對D平臺進行了二期改造,增加生產(chǎn)水處理及回注系統(tǒng)。2012年12月,對生產(chǎn)水處理系統(tǒng)改造,由緊湊型浮選器(CFU)代替水力旋流器(HC),處理效果并不理想,注水含油值高于100 mg/L。主要原因是CFU的除油效率低,且難以操控。
為了優(yōu)化注水含油值,使之達到20 mg/L以下,需要對生產(chǎn)水流程開展優(yōu)化工作?;诤I掀脚_生產(chǎn)水處理的特點(流程短、設(shè)備小、停留時間短等),在眾多的除油技術(shù)中優(yōu)選出聚結(jié)除油這一物理方法來解決注水含油值高的難題。
1D平臺生產(chǎn)水處理流程現(xiàn)狀
1.1D平臺生產(chǎn)水處理流程簡介
為了減輕海洋石油FPSO流程的油氣水處理負擔(dān),在D平臺增加油氣水處理流程,在井口平臺實現(xiàn)產(chǎn)液的脫水回注。D平臺的產(chǎn)液主要經(jīng)過自由水去除設(shè)備(V-2130)脫出的含油污水進HC處理,處理后的生產(chǎn)水進入生產(chǎn)水緩沖罐(V-2620)回注。
2012年,D平臺生產(chǎn)水處理系統(tǒng)開展流程改造,用CFU替代HC,以優(yōu)化生產(chǎn)水處理流程。D平臺生產(chǎn)水處理流程見圖1。
1.2D平臺生產(chǎn)水處理現(xiàn)狀
D平臺生產(chǎn)水系統(tǒng)處理后的注水含油值超標(biāo),遠高于20 mg/L。由于整個生產(chǎn)水系統(tǒng)只有CFU一級處理,且除油率較低,在45%左右,水相出口含油值高于300 mg/L。雖然注水緩沖罐(SV)內(nèi)部有手動收油裝置,但是入口水質(zhì)含油值太高,不僅使得注水水質(zhì)不達標(biāo)(高于100 mg/L),而且還會污染SV內(nèi)部空間。D平臺生產(chǎn)水系統(tǒng)各級設(shè)備處理設(shè)計含油值見表1。
表1 D平臺生產(chǎn)污水各級設(shè)備含油值設(shè)計參數(shù)和現(xiàn)行處理值對比(ρ/(mg·L-1)Table1 ComparisonofdesignedandoperationalvaluesofproductionwatertreatmentprocessesatWHPD設(shè)備設(shè)計處理含油指標(biāo)現(xiàn)行處理參數(shù)自由水去除設(shè)備≤1500650~700緊湊型浮選器≤20250~350注水緩沖罐≤20120~130
1.3D平臺生產(chǎn)水處理問題分析
根據(jù)對現(xiàn)場的生產(chǎn)水流程設(shè)備和各級水質(zhì)的調(diào)研,目前僅僅依靠CFU還無法將生產(chǎn)水含油值處理到20 mg/L以內(nèi)。在用絮凝劑可以在CFU內(nèi)部將水包油乳狀液部分破乳,但并不完全(出口水質(zhì)渾濁,未清澈透明),出口水樣中仍有部分浮油。
注水含油值超標(biāo)不僅會傷害地層,而且還會堵塞近井地帶,使得注水壓力逐漸上升,最終頻繁使用酸化等措施。
2除油技術(shù)的選擇
含油污水處理的難易程度隨其來源及油污的狀態(tài)和組成不同而有差異。其處理方法按原理可分為物理法(沉降、機械、離心、粗?;?、過濾、膜分離等),物理化學(xué)法(浮選、吸附、離子交換、電解等),化學(xué)法(凝聚、酸化、鹽析等),生物化學(xué)法(活性污泥、生物濾池、氧化塘等)[1]。
D平臺生產(chǎn)水處理流程的特點主要是空間小、流程短、設(shè)備小和停留時間短,這對除油技術(shù)要求非常高。因此,處理工藝應(yīng)有所選擇,開發(fā)新工藝、應(yīng)用新技術(shù)成為油田污水處理發(fā)展的新趨勢[2]。近幾年來,由于石油廢水的水質(zhì)情況日趨復(fù)雜,化學(xué)除油方法在石油廢水處理凈化過程中受到了限制[3]。所以,研發(fā)一種新型的純物理采出水除油技術(shù),不投加化學(xué)藥劑、不產(chǎn)生老化油和含油污泥,已經(jīng)成為形勢發(fā)展的需要[4-5]。
3聚結(jié)-氣浮除油技術(shù)介紹
該系統(tǒng)采用的是一種綜合物理除油方法,即:加壓溶氣氣浮除油和填料聚結(jié)除油原理。
含油污水進入除油裝置時,先進行旋流分離,同時通入定量的氣液混合物;進入油水分離槽后,氣液混合物中的氣體膨脹形成大量微小的氣泡(直徑約為10 μm),在旋流作用下,攜帶部分油滴及懸浮物上浮到水面;剩余的油和懸浮物隨污水向下進入正弦形填料,在運動過程中,油珠經(jīng)反復(fù)碰撞、摩擦、聚集,當(dāng)油滴直徑增大到一定程度后(≥10 μm),被小氣泡攜帶上浮至水面,從而被收集送至集油池中,懸浮物則沉積在處理槽底部,被送至集污池中[6-7]。
4室內(nèi)評價實驗
4.1實驗水樣及標(biāo)準(zhǔn)
D平臺生產(chǎn)水的水樣是從自由水去除設(shè)備(V-2130)水相出口取得,20 L。經(jīng)檢測,水中含油值460 mg/L,觀其水樣顏色是淺黃色、不透明、渾濁,油在水中完全呈現(xiàn)出乳化和溶解狀態(tài)。
4.2室內(nèi)主要實驗設(shè)備及流程圖
結(jié)合D平臺水質(zhì)及平臺空間的特點,在CFU氣浮裝置與SV之間增加一套快速聚結(jié)-氣浮除油移動撬裝,室內(nèi)實驗設(shè)計簡易的聚結(jié)和氣浮設(shè)備,將現(xiàn)場水樣(現(xiàn)場流程溫度60 ℃下)在該套設(shè)備中反復(fù)處理,根據(jù)處理結(jié)果設(shè)計最終的撬裝設(shè)備,即:簡易微氣泡發(fā)生器1臺;氮氣鋼瓶1個;2 L/h簡易聚結(jié)除油裝置(單元)1套;微型蠕動計量泵1臺;pH值在線檢測儀1臺;污水含油檢測儀(上海佑科紅外分光光度計)1臺。 室內(nèi)實驗裝置流程簡圖見圖2。
4.3室內(nèi)實驗步驟
由D平臺自由水去除設(shè)備出水原水桶5 L,流量2 L/h經(jīng)過蠕動計量泵計量并升壓后送入簡易微氣泡發(fā)生器;與此同時,由氮氣鋼瓶中的氮氣流量有控制地輸入到簡易微氣泡發(fā)生器與污水混合并完成混溶,氣液混合物通過簡易微氣泡發(fā)生器出口在釋放閥的控制下,流經(jīng)簡易聚結(jié)除油單元裝置底部而釋放;污水中的乳化或溶解油滴(O/W)經(jīng)摩擦分離聚結(jié)后,油相流入外部玻璃杯中,水相流入外部緩存桶(7)中,并在緩存桶(7)中取樣檢測水中含油量;操作結(jié)束后,將緩存桶(7)替換原水桶進行第二次重復(fù)上述操作過程,將第二次處理好的水流入緩存桶(8)中并取樣檢測;操作結(jié)束后,緩存桶(8)替換緩存桶(7)進行第三次重復(fù)上述操作過程,將第三次處理好的水流入緩存桶(9)并取樣檢測。上述污水經(jīng)過重復(fù)3次操作過程,其每次水樣在簡易聚結(jié)除油單元裝置內(nèi)停留3 min。
4.4室內(nèi)實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果
通過自行設(shè)計的模擬除油裝置,針對D平臺的自由水去除設(shè)備出口水樣進行3輪循環(huán)實驗(見表2)。實驗數(shù)據(jù)表明,含油值為460 mg/L的水樣經(jīng)過第一輪聚結(jié)除油,出口水樣含油值達到50 mg/L以下;經(jīng)過第二輪聚結(jié)除油,出口水樣含油值達到20 mg/L以下;經(jīng)過第3輪聚結(jié)除油,出口水樣含油值達到10 mg/L以下。
表2 室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計一覽表Table2 Summaryofthebench-scaletestresults序號進水含油值/(mg·L-1)停留時間/min出水含油值/(mg·L-1)循環(huán)次數(shù)/次重復(fù)次數(shù)/次1460.0350.011250.0318.021318.037.7314460.0349.012549.0319.522619.536.8327460.0356.013856.0319.923919.938.933
結(jié)合D平臺現(xiàn)行生產(chǎn)水處理流程,撤去簡易微泡發(fā)生器及設(shè)備內(nèi)部的聚結(jié)材料,將氮氣直接混入計量泵出口,并注入現(xiàn)場使用的絮凝劑SZB-4491(質(zhì)量濃度為50 mg/L),測定出口水質(zhì)含油值為110~130 mg/L。
室內(nèi)實驗結(jié)果顯示,具備核心聚結(jié)材料和微氣泡發(fā)生器技術(shù)后,除油效率大幅度提高。
5現(xiàn)場設(shè)計方案
保留現(xiàn)有的CFU(V-2630)氣浮裝置和SV(V-2620),同時在CFU氣浮裝置與SV之間增加一套快速聚結(jié)-氣浮除油移動撬裝,使SV(V-2620)清水緩存罐出水含油值小于20 mg/L。該裝置針對D平臺(空間小、生產(chǎn)水處理量大等)的特點而設(shè)計,具有高效而快捷的優(yōu)點。該撬裝采用模塊化設(shè)計,在D平臺所占空間為4.75 m×2.63 m×5.5 m(L×W×H),處理量為500 m3/h。撬裝設(shè)備現(xiàn)場應(yīng)用的聚結(jié)-氣浮設(shè)計參數(shù)見表3。
表3 油田采出水處理裝置設(shè)計參數(shù)表Table3 Designparametersofthefull-scaleproductionwatertreatmentdevices1.進出水水質(zhì)參數(shù)設(shè)計水量/(m3·d-1)≤11000進水含油值/(mg·L-1)≤2500出水含油值/(mg·L-1)≤20停留時間5~10min2.設(shè)計參數(shù)工作壓力/MPa1.6最大壓力/MPa2.5出水壓力/MPa0.6氣源天然氣供氣壓力/MPa2.0清洗方式在線清洗自控系統(tǒng)PLC+組態(tài)監(jiān)控設(shè)備尺寸4.75m×2.63m×5.5m(L×W×H)應(yīng)用范圍海上作業(yè)平臺污水處理
6結(jié) 語
(1) 基于D平臺生產(chǎn)水處理流程的問題和平臺空間狀況以及特點(空間小、處理量大、停留時間短等),在眾多的除油技術(shù)中推薦使用撬裝的聚結(jié)除油設(shè)備。聚結(jié)除油原理是將粗粒化與氣浮選有機結(jié)合在一起,并對聚結(jié)材料和氣泡粒徑這兩個核心技術(shù)進行創(chuàng)新,使得該設(shè)備能夠?qū)臀鬯疃忍幚怼?/p>
(2) 針對D平臺生產(chǎn)水處理流程入口水樣(含油值為460 mg/L),開展聚結(jié)-氣浮除油室內(nèi)評價實驗,并與平臺現(xiàn)用流程的室內(nèi)實驗結(jié)果進行對比。經(jīng)過2級溶氣設(shè)備和聚結(jié)除油設(shè)備,出口水質(zhì)含油值在20 mg/L以下;經(jīng)過3級溶氣設(shè)備和聚結(jié)除油設(shè)備,出口水質(zhì)含油值在10 mg/L以下。使用普通氣浮出口水質(zhì)含油值在110~130 mg/L之間。
(3) 根據(jù)聚結(jié)-氣浮除油室內(nèi)評價實驗結(jié)果,利用D平臺現(xiàn)有的空撬塊,設(shè)計聚結(jié)-氣浮除油撬裝設(shè)備(4 m×2.4 m×6 m)為3級溶氣設(shè)備和2級聚結(jié)除油設(shè)備,第3級溶氣設(shè)備處理的生產(chǎn)水進入緩沖罐釋放,將注水含油值控制在20 mg/L以下。
參 考 文 獻
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Aggregation-floatation technology for oily wastewater treatment at WHPD of BH Oilfield
Fang Jian
(CNOOCEnergyTechnology&ServicesLimited-SafeandEnviromental
ServicesCompany,Tianjin300458,China)
Abstract:In this study, aggregation and floatation technology has been used to improve the oil removal efficiency corresponding to the problems and characteristics of the production water from the WHPD of BH Oilfield. The results showed that the oil contents of treated water were under 20 mg/L through 2-stage treatment. Furthermore, the oil contents of the water collected at the outlet of the treatment process were below 10 mg/L through 3-stage treatment. A set of skid-mounted device for coalescence-gas floating oil removal was designed based on the space conditions of WHPD.
Key words:aggregation, floatation, production water, oil content
收稿日期:2014-09-22;編輯:鐘國利
中圖分類號:X741
文獻標(biāo)志碼:A
DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2015.04.023
作者簡介:①方健(1981-),男,天津大學(xué)碩士研究生,工程師,現(xiàn)就職于中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司水處理及SNG項目組,研究油田化工的固廢和污水的處理。E-mail:fangjian5@cnooc.com.cn