曲 直
(中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津300457)
某海上采油平臺配備了機械攪拌式核桃殼過濾器3 臺,采取2 用1 備模式運行,設(shè)計參數(shù)如表1。在核桃殼過濾器運行一段時間后,其處理水質(zhì)變差、濾料反洗效果降低,反洗水儲罐內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量核桃殼濾料,對單罐核桃殼過濾器進行開蓋內(nèi)部檢查,發(fā)現(xiàn)內(nèi)部濾料減少30%,已無法正常過濾,嚴重影響了污水系統(tǒng)正常運行。核桃殼過濾器內(nèi)部進行排查,根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu),先后對內(nèi)部進水管線、布水器及篩管法蘭連接處、內(nèi)部篩管、攪拌機構(gòu)4 部分進行檢查,發(fā)現(xiàn)攪拌機構(gòu)與中心筒之間存在較大縫隙,即核桃殼過濾器攪拌電機軸承套與定板之間的縫隙較大,測量縫隙寬度為4~5 mm。平臺采用的核桃殼濾料粒徑為0.8~1.2 mm,當核桃殼過濾器處于反洗狀態(tài)時,介質(zhì)流向為下進上出,由于濾料松散,水能夠攜帶濾料通過縫隙漏失,即反洗時濾料從縫隙進入到反洗儲罐內(nèi)[1]。故障照片如圖1 所示。
表1 設(shè)計數(shù)據(jù)表Tab.1 Design data
核桃殼過濾器再生過程是采用攪拌使核桃殼在運動中相互磨擦,再通過內(nèi)部布水器進行反洗達到去油、排污、再生目的[2]。根據(jù)其反洗模式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況(圖2)不難發(fā)現(xiàn),在反洗過程中,由于攪拌葉輪的轉(zhuǎn)動,中心筒內(nèi)部密封部分會隨著葉輪轉(zhuǎn)動而與軸承發(fā)生磨損,在長時間的運行后,勢必發(fā)生破損情況,出現(xiàn)裂縫,這是出現(xiàn)濾料漏失的主要原因。
圖1 故障照片F(xiàn)ig.1 Malfunction photo
圖2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig.2 Photograph of internal structure
針對濾料漏失的原因,避免攪拌機構(gòu)與入口配水器的直接接觸是解決濾料丟失的有效方式。通過切斷入口配水器與攪拌機構(gòu)內(nèi)部連接,重新分配內(nèi)部篩管,可以從根本上解決濾料漏失問題。
原核桃殼過濾器內(nèi)部原設(shè)計為8 根篩管,長度為1 000 mm,其入口進水管線與篩管內(nèi)徑為150 mm,優(yōu)化前后篩管開孔率不變,材質(zhì)不變,內(nèi)徑尺寸不變。優(yōu)化后的篩管尺寸長度需滿足原設(shè)計要求,篩管的過水面積與進口截面積之比相同。
入口管線截面積A,其中r是篩管內(nèi)徑尺寸:
原篩管過水面積S:
式中:D是入口進入管線與篩管內(nèi)徑,L是原篩管長度,K是常數(shù),n是原篩管根數(shù)。
過流比M:
將篩管數(shù)量調(diào)整為6 根,內(nèi)徑尺寸D不變,滿足過流比的前提下,計算篩管長度L,其中K是常數(shù),n是篩管根數(shù)(6 根),優(yōu)化后的篩管長度L:
篩管數(shù)量調(diào)整為6 根后,其長度應(yīng)滿足1.27 m,所以新篩管選擇的尺寸參數(shù)為外徑 16 mm,長度1 200 mm,滿足設(shè)計要求。
根據(jù)內(nèi)部實際情況,結(jié)構(gòu)特點、反洗方式等,對核桃殼濾器布水結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改造[3]。內(nèi)部篩管由原來的星狀輻射分布優(yōu)化為水平平行分布[4]。篩管直接與布水器連接,切斷其與中心筒連接管線,同時為了保證內(nèi)部篩管的穩(wěn)定,內(nèi)部增加支撐點用于對篩管進行固定,防止由于平臺晃動、反洗擾動等原因,使篩管法蘭連接處發(fā)生松動脫落。內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后簡圖如圖3 所示。
圖3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化前(左)后(右)示意圖Fig.3 Schematic diagram of internal structure before(left) and after (right) optimization
優(yōu)化改造實物如圖4 所示。將原布水器連接中心筒管線切割,焊接新的布水結(jié)構(gòu),并將中心筒處焊接封堵,使進入水不再經(jīng)過中心筒。同時將原內(nèi)部8 根篩管連接中心筒處進行切割,用鋼板焊接封堵,從而水從縫隙通過,解決漏料問題。
圖4 流程改造實物圖Fig.4 Physical diagram of process modification
2019 年11 月某油田完成核桃殼B 罐的內(nèi)部優(yōu)化,核桃殼過濾器出口含油下降至5 mg/L,懸浮物下降至2.5 mg/L,達到注水水質(zhì)要求,同時反洗流量明顯增加,由原來的30 m3/h 上升至90 m3/h,達到設(shè)計反洗水量要求。
對反洗出口進行取樣觀察,未發(fā)現(xiàn)核桃殼濾料,連續(xù)觀察一個星期,其正常過濾污水處理水質(zhì)達標,反洗時未出現(xiàn)濾料流失情況。
通過研究和分析,核桃殼過濾器存在的主要問題是內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理,在運行過程中出現(xiàn)濾料漏失情況。為此提出核桃殼過濾器內(nèi)部優(yōu)化對策并進行了實施,有效解決了濾料漏失問題,污水系統(tǒng)處理水質(zhì)得到提升,解決了實際生產(chǎn)問題,同時為其他油田解決核桃殼濾料漏失問題提供了經(jīng)驗借鑒。