王濤，周曉艷，戴磊，楊宇環(huán)，鄧婷

一種新型緊湊式氣浮在海洋平臺(tái)的應(yīng)用

王濤，周曉艷，戴磊，楊宇環(huán)，鄧婷

（海洋石油工程股份有限公司設(shè)計(jì)院，天津 300451）

緊湊式氣浮作為含油污水處理設(shè)備，具有尺寸小、重量輕、處理效率高等優(yōu)點(diǎn)。本文就近期海上采油平臺(tái)使用的一種新型緊湊式氣浮進(jìn)行原理及流程介紹，對(duì)比傳統(tǒng)緊湊式氣浮，新型氣浮采用獨(dú)立的油水腔室設(shè)計(jì)，減少油水二次污染；油氣集中排放，減少設(shè)備排放口；流程設(shè)計(jì)上縮減了氣浮泵的使用，減少了設(shè)備投資及維修費(fèi)用；設(shè)備采用滿液操作，不需覆蓋氣管線及儀表閥門(mén)，所有這些特點(diǎn)降低了設(shè)備投資費(fèi)用，減少了撬塊尺寸，更加適用于集約型海上采油平臺(tái)。

新型緊湊式氣?。患s型；海洋采油平臺(tái)

緊湊式氣?。–FU）自2001年由挪威EPCON[1]研發(fā)并在海洋平臺(tái)使用，因其占地面積小、處理效率高等特點(diǎn)，已大量應(yīng)用于海洋石油平臺(tái)，特別是在南中國(guó)海已有廣泛應(yīng)用。隨著設(shè)備的不斷改造創(chuàng)新，已進(jìn)入第三代氣浮時(shí)代，第三代氣浮設(shè)備處理效率更高，流程更加簡(jiǎn)潔，占地面積更小，更加適用于集約型海洋石油平臺(tái)。

1 緊湊式氣浮原理及特點(diǎn)

緊湊式氣浮利用氣泡浮選原理，空氣以小氣泡的形式作為上升載體，使廢水中的乳化油、微小懸浮顆粒等污染物質(zhì)通過(guò)黏附或包裹氣泡使總體密度與水的密度相差增大，增加其上浮速度，使之上浮至水面，并通過(guò)撇除裝置將廢物從水中去除。在污水凈化中，各種氣浮處理方法最本質(zhì)的區(qū)別在于水中形成氣泡的方式和氣泡大小的差異。除此之外，在進(jìn)水口采用特殊內(nèi)件，將污水沿徑向方向進(jìn)入，使含油污水在設(shè)備內(nèi)達(dá)到旋流效果，在離心力的作用下幫助油水分離，其工作原理簡(jiǎn)而言之就是浮選加旋流，緊湊式氣浮裝置簡(jiǎn)圖如圖1[1]。因此，緊湊式氣浮相比于傳統(tǒng)水處理設(shè)備具有以下特點(diǎn)。

1.1 尺寸小，重量輕[2]

由于氣浮采用旋流加浮選除油技術(shù)，設(shè)備需要的停留時(shí)間較短，大約為30~60 s，所需的設(shè)備尺寸小，加上采用立式布置，減少了設(shè)備占地面積和重量。

1.2 除油效率高

經(jīng)過(guò)油田使用情況調(diào)研和查詢資料，其效率可達(dá)80%~99%[3]，除油效率高。因其采用微氣泡浮選技術(shù)，還能去除污水中部分懸浮物。

圖1 緊湊式氣浮裝置圖

其除油效率也通常受以下因素影響：（1）氣泡和油滴的接觸時(shí)間。氣泡與油滴的接觸時(shí)間與氣泡大小有關(guān)，小氣泡的上升速度比大氣泡的小。如果氣泡上升太快，它們與油滴接觸的幾率就會(huì)很小。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，產(chǎn)生的氣泡粒徑不斷減小，微氣泡氣浮技術(shù)產(chǎn)生的氣泡可以小于30 μm。（2） 結(jié)合方式。油滴和氣泡的結(jié)合有兩種途徑，分別是附著和包裹。附著是氣泡和油滴的部分表面接觸。由于這種結(jié)合聯(lián)系較弱，一旦發(fā)生湍流，它們就可能很容易被沖開(kāi)。而包裹的聯(lián)系較強(qiáng)，此時(shí)油滴將氣泡完全包住。這種狀況較為理想，因?yàn)閮烧咻^難分開(kāi)，這也意味著它們一起到達(dá)液面的可能性很大。（3）低湍流和剪切力。油滴一旦附著或包裹著氣泡，就要保證它們保持狀態(tài)，直到到達(dá)液面。如果它們過(guò)早分離，會(huì)極大降低氣浮裝置的分離效率。油滴和氣泡被大量地分開(kāi)的原因一般是由于氣浮罐內(nèi)較大的剪切力和湍流較強(qiáng)。這些作用的來(lái)源主要有兩個(gè)，一為氣浮罐內(nèi)部設(shè)計(jì)得不合理；二為氣泡較大。大氣泡上升較快，同時(shí)還會(huì)在其尾流中產(chǎn)生大量的湍流，小氣泡產(chǎn)生較小的分散力，這是小氣泡的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

2 新型緊湊式氣浮設(shè)備原理

新型CFU屬第三代氣浮，裝置設(shè)置有獨(dú)立的混合內(nèi)腔和外腔，外腔用于儲(chǔ)存分離后的干凈水，裝置簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。首先浮選氣體如氮?dú)饣蛉剂蠚庾⑷隒FU入口管線產(chǎn)生微氣泡，在進(jìn)入CFU罐前經(jīng)混合器（圖3）混合均勻，之后從底部進(jìn)入內(nèi)部腔室。水在布液管的作用下，水出口與內(nèi)腔壁相切，產(chǎn)生旋流。水中夾帶的固體雜質(zhì)在旋流作用下沉積在內(nèi)腔下部，可定期通過(guò)排渣口排出。

圖2 新型氣浮裝置原理圖

圖3 混合器

水在旋流作用下沿內(nèi)腔內(nèi)壁向上流動(dòng)。內(nèi)腔成錐形，往上旋流速度逐漸降低，提高氣泡和油滴聚集效果。在旋流和浮選作用下，氣泡和油滴充分接觸聚集成大的液滴和氣泡，向上往中心移動(dòng)，然后從頂部排出，分離后的水在頂部出來(lái)后沿邊緣進(jìn)入外腔流向底部。頂部?jī)?nèi)外腔之間裝有一圈導(dǎo)流葉片，使水流動(dòng)方向從旋流變?yōu)閺较蛄鲃?dòng)，防止氣泡隨旋流進(jìn)入外腔，造成油進(jìn)入水中，引起二次污染。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)投產(chǎn)運(yùn)行，除油效率達(dá)到90%左右，運(yùn)行效果良好。

３　新型CFU和傳統(tǒng)CFU流程對(duì)比

傳統(tǒng)的CFU流程圖如4，包括氣浮循環(huán)泵、氣體噴射器、氣浮罐、流量控制儀表、壓力控制儀表和安全儀表，利用氣浮循環(huán)泵將部分水與氣泡混合，進(jìn)入氣浮罐進(jìn)行旋流浮選分離，覆蓋氣一部分用于氣浮氣，另一部分用于罐內(nèi)穩(wěn)壓操作。處理后的污油和廢氣單獨(dú)排放，循環(huán)泵的使用造成生產(chǎn)水在氣浮罐中循環(huán)，增加了設(shè)備處理量，相應(yīng)增加了設(shè)備尺寸，同時(shí)氣浮泵的設(shè)置也增加了設(shè)備費(fèi)及操作維修費(fèi)用。

圖4 傳統(tǒng)緊湊式氣浮流程圖

圖5 新型緊湊式氣浮流程圖

新型CFU流程圖如5，包括混合器、氣浮罐、相關(guān)控制和安全儀表，利用高效混合器將污水與氣泡混合后，進(jìn)入氣浮罐進(jìn)行旋流浮選分離，分離出的油和浮選氣從上部排出，處理合格水從底部排出，與傳統(tǒng)氣浮設(shè)備相比完全取消了氣浮循環(huán)泵，減少了設(shè)備一次投資費(fèi)用，同時(shí)也避免了泵循環(huán)造成處理量增加的問(wèn)題，罐內(nèi)采用滿液操作，不需單獨(dú)設(shè)置覆蓋氣管線及控制儀表閥門(mén)。

綜上，通過(guò)設(shè)備流程和平臺(tái)使用情況對(duì)比，新型氣浮相比傳統(tǒng)氣浮有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用獨(dú)立的凈水腔體設(shè)計(jì)可以阻止油滴流向凈水出口，防止油水二次污染。

（2）在特有的氣泡發(fā)生器及混合器作用下產(chǎn)生均勻分散的氣泡。無(wú)須使用循環(huán)泵+氣體噴射器進(jìn)行溶氣操作，大大減少了工藝設(shè)備及操作維修費(fèi)用。

（3）流程更加簡(jiǎn)化，撬塊尺寸更小，若采用傳統(tǒng)氣浮，整撬尺寸為5.8m(L)×5.5m(W)，采用新型氣浮尺寸降低為4.9m(L)×4m(W)，減少甲板面積約12.3 m2，減少平臺(tái)甲板及結(jié)構(gòu)鋼材費(fèi)用約130萬(wàn)。

（4）設(shè)備采用滿液操作，無(wú)須設(shè)置單獨(dú)的覆蓋氣管線及控制儀表、閥門(mén)，減少儀表閥門(mén)的投資費(fèi)用。

（5）產(chǎn)生的油及氣泡同時(shí)從上部排出，不同于傳統(tǒng)CFU采用油氣單獨(dú)排放，減少了設(shè)備排出口，但應(yīng)注意核實(shí)下游接收設(shè)備的處理能力，如有必要可在下級(jí)增加脫氣罐，進(jìn)行污油和浮選氣的進(jìn)一步分離。

4 結(jié)束語(yǔ)

新型緊湊式氣浮設(shè)備與傳統(tǒng)緊湊式設(shè)備相比，除油效率更高，流程上更加簡(jiǎn)化，減少了氣浮循環(huán)泵、覆蓋氣管線及相關(guān)控制儀表的設(shè)置，降低了設(shè)備投資費(fèi)用及整撬尺寸，減少了甲板面積，僅平臺(tái)甲板結(jié)構(gòu)鋼材一項(xiàng)，節(jié)約成本約130萬(wàn)元，在集約型海洋石油平臺(tái)上使用效益明顯。

［1］王海燕，王春升，張明，等．多級(jí)緊湊式氣浮工藝處理海上重質(zhì)油田生產(chǎn)水的研究[J].海洋工程裝備與技術(shù)，2018，5（1）：16-19．

［2］姜學(xué)華.小型集約化處理工藝在海洋重油油田含油污水處理中的研究[J].工藝與設(shè)備，2017（3）：69-70．

［3］張春娥，劉昕宇.番禺4-2/5-1油田生產(chǎn)水處理工藝[J].油氣田地面工程，2013，32（6）：73-74．

Application of a New Compact Air Flotation Device on Offshore Oil Platform

,,,,

（Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300451, China）

The compact air flotation device as the produced water treated equipment has the advantages of small size, low weight and high efficiency. In this paper,the mechanism and process flow of a new type compact air flotation device recently used on offshore oil platforms were introduced. Compared with conventional compact air floatation devices, the new type air flotation device adopts individual oil and water compartment to reduce the likelihood of oil and water mixing together; in the device, oil and gas can be discharged together to reduce the number of equipment’s nozzles; the floatation pumps can be cut down to diminish the cost of equipment and maintenance; full-liquid operating mode can be employed to reduce blanket gas pipes and instrument valves. All above features make the investment and size of whole skid less, so the new type air floatation device is more suitable for intensive offshore oil platforms.

new compact air floatation device; intensive type; offshore oil platform

2019-11-27

王濤（1985-），男，工程師，碩士研究生，天津市人，2011年畢業(yè)于大連理工大學(xué)，研究方向：石油與天然氣工藝設(shè)計(jì)。

TE978

A

1004-0935（2020）03-0309-03