韓 旭，李 勇，谷 偉

(中海油能源發(fā)展邊際油田開發(fā)項(xiàng)目組 天津300457)

自升式生產(chǎn)平臺(tái)小型化污水處理裝置淺析

韓 旭，李 勇，谷 偉

(中海油能源發(fā)展邊際油田開發(fā)項(xiàng)目組 天津300457)

根據(jù)自升式生產(chǎn)處理平臺(tái)空間的自身特點(diǎn)，著重研究了污水處理工藝中高效小型化氣浮處理裝置；簡(jiǎn)單介紹了氣浮凈化技術(shù)的概況，并對(duì)氣浮產(chǎn)生的過(guò)程進(jìn)行了概述。根據(jù)海洋固定生產(chǎn)平臺(tái)的含油污水處理工藝，對(duì)常規(guī)氣浮技術(shù)做出了介紹，如誘導(dǎo)氣浮、射流氣浮和溶氣氣?。会槍?duì)近年來(lái)氣浮新技術(shù)的進(jìn)展，著重介紹了緊湊式旋流氣浮(CFU)，并與常規(guī)氣浮做了綜合對(duì)比。

自升式 氣浮技術(shù) 污水 CFU

0 引 言

自升式生產(chǎn)處理平臺(tái)是中海油針對(duì)邊際油田開發(fā)而設(shè)計(jì)的可移動(dòng)式生產(chǎn)設(shè)施(集處理動(dòng)力、儲(chǔ)油、外輸、生活為一體的小型裝置)，可降低油田的開發(fā)成本。其中含油污水處理系統(tǒng)是平臺(tái)非常重要的一環(huán)，高效、小型化對(duì)空間非常有限的自升式生產(chǎn)處理平臺(tái)非常重要。

含油污水是一種量大且面廣的污染源，如果不經(jīng)處理就直接排放，會(huì)造成污染環(huán)境，破壞生態(tài)平衡，以及大量的水資源浪費(fèi)。氣浮凈化技術(shù)是油田海上含油污水處理工藝流程上的重要一環(huán)，直接影響著后端設(shè)備的處理水質(zhì)。

氣浮凈化技術(shù)是在待處理水中通入大量、高度分散的微氣泡，使之作為載體與懸浮在水中的雜質(zhì)絮粒相互粘附，形成整體密度小于水的浮體，依靠浮力作用一起上浮到水面，以完成固-液、液-液分離的凈水方法。氣浮法最早開始應(yīng)用于選礦工業(yè)。[1]20世紀(jì)70年代，氣浮凈化技術(shù)得到快速發(fā)展，并得到國(guó)內(nèi)外的高度重視，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于石油、化工、造紙、印染、電鍍、化纖、毛紡、皮革、機(jī)械等行業(yè)的工業(yè)廢水和城市生活污水處理中。[2]

1 常規(guī)氣浮方法

常規(guī)氣浮依進(jìn)氣方式不同，可分為誘導(dǎo)氣浮選、射流氣浮選和溶氣氣浮選。這 3種形式的浮選機(jī)在我國(guó)海上平臺(tái)上均有應(yīng)用，以誘導(dǎo)氣浮選使用較早和較多，如埕北油田 A、B平臺(tái)，潿 10-3油田希望號(hào)，潿 11-4油田中心處理平臺(tái)均采用了誘導(dǎo)氣浮選。[3]

1.1 誘導(dǎo)氣浮選

誘導(dǎo)氣浮選由4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的浮選室組成，[4]每個(gè)室配有1臺(tái)轉(zhuǎn)速為200～600 r/min的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，它像泵一樣，將水推入擴(kuò)散器，并在立管處建立真空，真空會(huì)吸進(jìn)液面上的氣體進(jìn)入立管，并與水形成混合物，氣水混合物以較高的速度通過(guò)擴(kuò)散器，氣體形成許多小氣泡，油和固體懸浮物會(huì)附著到氣泡上，上浮至浮選室表面將油污回收。誘導(dǎo)氣浮選室橫截面如圖 1所示。

圖1 誘導(dǎo)氣浮選室橫截面Fig.1 Crosssection of induced air flotation chamber

誘導(dǎo)氣浮選有溶氣量大、停留時(shí)間短、造價(jià)低等特點(diǎn)。但在實(shí)際應(yīng)用中，誘導(dǎo)氣浮動(dòng)設(shè)備存在不易維修、耗電量高、設(shè)備尺寸大等缺點(diǎn)。

1.2 射流氣浮選

射流氣浮選是將浮選機(jī)的排出水用泵返回 20%,，返回水通過(guò)文丘利管吸入氣體并同水混合形成氣泡，再返回浮選室浮選。此種浮選有如下問(wèn)題：①返回水占據(jù)浮選室體積不利浮選；②現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)過(guò)程中，文丘利管進(jìn)氣難于調(diào)節(jié)；③文丘利管噴射速度快，容易造成乳化。

1.3 溶氣氣浮選

溶氣氣浮選是目前油田應(yīng)用最成熟、最廣泛，效果最有保證的一種。溶氣氣浮選在浮選機(jī)外部配有1臺(tái)壓力罐，將要處理水的20%,打入壓力罐，同時(shí)也向壓力罐壓入氣體，使處理水成為氣體飽和的液體。經(jīng)氣體飽和后的液體被連續(xù)釋放到浮選機(jī)中，由于減壓，溶解氣會(huì)形成小氣泡，攜帶油和固體上浮。溶氣氣浮具有氣泡直徑小、溶氣量大的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，處理達(dá)標(biāo)率較高，但溶氣氣浮存在動(dòng)設(shè)備多、動(dòng)力消耗大、維護(hù)和運(yùn)維成本較高等缺點(diǎn)。

2 氣浮新進(jìn)展——旋流一體化設(shè)備

隨著海上油田中后期開發(fā)，原油含水率不斷上升，油田的注水指標(biāo)越來(lái)越高(部分低滲油田要求含油量≤5,mg/L)，[4]油田的現(xiàn)有設(shè)施處理難度加大，嚴(yán)重影響到油田的開發(fā)生產(chǎn)。國(guó)外近些年來(lái)在低強(qiáng)度旋流離心力場(chǎng)與氣浮組合應(yīng)用方面取得了較大進(jìn)展，如美國(guó)Natco Group的VersaFloTM、M-I SWACO公司的 Epcon緊湊型氣浮裝置(CFU)、美國(guó) CETCO Oilfield Services 公司的 CrudeSep?、英國(guó) Cyclotech 公司的DeepSweepTM、英國(guó) OpusMaxim公司的緊湊型氣浮裝置、德國(guó)Siemens水務(wù)公司的CyclosepTM等產(chǎn)品。其中誕生于挪威的 Epcon緊湊型氣浮裝置已在歐亞許多海上石油平臺(tái)、油田和煉化項(xiàng)目上運(yùn)行，并在世界知名的海洋石油工程技術(shù)年會(huì)上獲獎(jiǎng)(OTC)，引起國(guó)內(nèi)外同行的關(guān)注。[5]

2.1 CFU(緊湊式旋流氣浮)

2.1.1 工作原理[6]

Epcon緊湊型氣浮裝置工作原理如圖2所示，整個(gè)裝置包括為上部的油相和氣相積聚區(qū)、中部的分離區(qū)以及下部的處理水積聚區(qū)。中部的分離區(qū)主要位于罐和內(nèi)筒之間，是實(shí)現(xiàn)旋流、釋氣和氣浮作用的關(guān)鍵場(chǎng)所。含油污水從切向入口進(jìn)入罐內(nèi)，入口接管的直徑逐漸減小以提高流動(dòng)速度，在入口螺旋導(dǎo)片的引導(dǎo)下形成較為柔和的旋流運(yùn)動(dòng)，離心加速度一般為 8～10 倍的重力加速度；與此同時(shí)，由于流體流速升高致使流體壓力下降，含油污水中殘留的部分溶解氣以氣泡的形式釋放處理。在旋轉(zhuǎn)離心力作用下，密度較大的水將向罐壁移動(dòng)，而油滴和氣泡等較輕成分將向內(nèi)筒外壁附近運(yùn)移，在此過(guò)程中油滴與氣泡發(fā)生粘附，形成密度更小的組合體而在內(nèi)筒附近區(qū)域上升，在罐內(nèi)上部水面形成一層連續(xù)的油和氣泡浮渣層，分離出來(lái)的氣體、油和水在壓力作用下，將通過(guò)頂部懸伸到罐內(nèi)的接管連續(xù)排出罐外。

圖2 Epcon CFU裝置工作原理示意圖Fig.2 Work principle of the Epcon CFU

2.1.2 與常規(guī)氣浮對(duì)比

Epcon緊湊型氣浮裝置與常規(guī)氣浮在處理要求完全一致的情況下，得到表1的結(jié)果。

表1 Epcon緊湊型氣浮裝置與常規(guī)氣浮的性能對(duì)比Tab.1 Performance comparison of Epcon CFU and conventional air flotation

由表 1可見，海上油田常用的氣浮選裝置在重量和占地面積上遠(yuǎn)大于 Epcon 緊湊型氣浮裝置。這種結(jié)構(gòu)尺寸和占地面積的緊湊氣浮并不是以犧牲工作性能為代價(jià)的。

2.1.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況分析

2007年M-I EPCON AS公司應(yīng)中海油西江30-2油田生產(chǎn)方的邀請(qǐng)，在西江 30-2平臺(tái)上完成了現(xiàn)場(chǎng)樣機(jī)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)樣機(jī)測(cè)試結(jié)果Fig.3 Prototype test results

測(cè)試結(jié)果非常理想，并于 2008年第3季度安裝全尺寸CFU 裝置，項(xiàng)目總投資在 800萬(wàn)美元左右，至今運(yùn)行性能良好。

2011年南海番禺4-2和5-1平臺(tái)也成功運(yùn)行了兩套挪威TST公司的一罐三級(jí)緊湊式旋流氣浮，處理量為525 m3/h，運(yùn)行至今，污水的處理效果十分明顯。[7]

2.2 國(guó)內(nèi)旋流氣浮一體化設(shè)備的現(xiàn)狀

由于國(guó)內(nèi)在該方面的研究起步較晚，迄今已有 10多家企業(yè)單位申請(qǐng)了專利，現(xiàn)有巨濤、寧波威瑞泰默賽、江蘇亞洲環(huán)保和中科院等單位和研究機(jī)構(gòu)處在研究開發(fā)過(guò)程中，[8]結(jié)構(gòu)方案總體上可以分為不設(shè)內(nèi)筒式、內(nèi)筒內(nèi)旋式、內(nèi)筒外旋式氣旋浮 3大類，但提出采用內(nèi)筒外旋流式氣旋浮結(jié)構(gòu)方案占絕大多數(shù)?，F(xiàn)在整體上處于小型樣機(jī)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或放大試驗(yàn)階段。真正投入生產(chǎn)實(shí)際使用的裝置，迄今為止全部是耗巨資進(jìn)口。

3 結(jié) 語(yǔ)

緊湊式旋流氣浮裝置屬高技術(shù)、高附加值產(chǎn)品，具有除油效率高、停留時(shí)間短、占地面積小等特點(diǎn)，在未來(lái)海洋石油平臺(tái)的開發(fā)應(yīng)用中將會(huì)得到廣泛的使用，對(duì)于空間相對(duì)有限的自升式生產(chǎn)處理平臺(tái)來(lái)說(shuō)更加適合?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)技術(shù)還處于起步階段，油田開發(fā)應(yīng)用需耗巨資進(jìn)口，后期的保養(yǎng)維護(hù)和配件購(gòu)買都成了很大的制約因素。因此，國(guó)內(nèi)油田應(yīng)給這類研究型企業(yè)更多的試驗(yàn)機(jī)會(huì)，使國(guó)產(chǎn)的緊湊式旋流技術(shù)快速發(fā)展。緊湊式旋流氣浮的開發(fā)應(yīng)用，將極大地提高我國(guó)海洋石油含油污水處理工藝的技術(shù)水平，具有十分顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ Edzwald J K. Principles and applications of dissolved air flotation [J]. Wat. Sci. Tech. ，1995，31(3/4)：1-23.

［2］ 徐振華，趙衛(wèi)紅，方為茂，等. 氣浮凈水技術(shù)的理論及應(yīng)用[J]. 化工與環(huán)保，2005，8(4)：49-51.

［3］ 《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會(huì). 海洋工程設(shè)計(jì)指南第一分冊(cè)：設(shè)計(jì)概論與工藝設(shè)計(jì)[M]. 北京：石油工程出版社，2007：327-329.

［4］ 國(guó)家能源局. 碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法[S]. SY/T 5329—2012. 北京：石油工業(yè)出版社.

［5］ 陳家慶，韓旭，梁存珍，等. 海上油田含油污水旋流氣浮一體化處理設(shè)備及其應(yīng)用[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012，1(6)：81-93.

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［7］ 施書定，歐陽(yáng)雄，楊天笑，等. CFU在海上油田處理中的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用[J]. 工業(yè)水處理，2013，8(33)：90-92.

［8］ 陳濤濤，邵天洋，陳家慶，等. 緊湊型旋流氣浮一體化技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化研究進(jìn)展與主體結(jié)構(gòu)淺析[J]. 北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，2(22)：59-65.

Analysis of a Miniaturized Sewage Treatment Unit for Jack-up Production Processing Platform

HAN Xu，LI Yong，GU Wei
(CNOOC Energy Technology & Services-Marginal Oil Fields Development Project Group，Tianjin 300457，China)

This paper studies the effective wastewater treatment process of miniaturized gas float processing unit according to the production processing jack-up platform’s space characteristics and introduces the process of gas float. According to the marine fixed production platform of oil-bearing wastewater treatment process, traditional air flotation was introduced, including induced air flotation, jet flotation and dissolved air flotation. In view of new air flotation technologies, compact flotation unit (CFU) was expounded and compared with traditional air flotation techniques.

jack-up；air floatation technology；wastewater；CFU

X703.3

A

1006-8945(2015)11-0018-02

2015-10-05