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        南海油田水處理新工藝研究及應(yīng)用

        2021-06-17 08:07:48陳文峰張?zhí)K飛曾樹兵
        鹽科學(xué)與化工 2021年5期
        關(guān)鍵詞:含油量油罐旋流器

        周 建,陳文峰,張?zhí)K飛,余 智,曾樹兵

        (海洋石油工程股份有限公司設(shè)計院,天津 300451)

        1 南海油田水處理概述

        海上油田水處理包括生產(chǎn)污水處理和注水處理。南海油田生產(chǎn)污水處理工藝主要有水力旋流器、緊湊式氣浮、撇油罐等,各級設(shè)備適當(dāng)組合使用,將水中含油量處理到要求指標(biāo);南海注水開發(fā)油田很少,可參考渤海油田注水處理流程,主要包括核桃殼濾器、雙介質(zhì)濾器、超濾等處理設(shè)備,處理油及懸浮物。

        1.1 生產(chǎn)污水除油原理

        生產(chǎn)污水的來源很多,但一般是水包油(O/W)的分散體系。其分散的狀態(tài)與油、乳化劑、水的性質(zhì)及其生成條件有關(guān)。一般認(rèn)為,油在水中主要以五種狀態(tài)分布[1]。

        (1)浮油。油在水中分散顆粒較大,油粒徑一般大于100 μm,靜置后能較快上浮,以連續(xù)相的油膜漂浮在水面,用一般重力分離設(shè)備即能去除。

        (2)分散油。油在水中的分散粒徑為 10 μm~100 μm,以微小油珠懸浮于水中,不穩(wěn)定,一般借助旋流和氣浮等外力除去。

        (3)乳化油。油珠粒徑小于 10 μm,一般為0.1 μm~2 μm。往往因水中含有表面活性劑使油珠形成穩(wěn)定的乳化液。

        (4)溶解油。油以分子狀態(tài)或化學(xué)方式分散于水體中,形成穩(wěn)定的均相體系,粒徑一般小于幾微米。油和水形成均相體系,非常穩(wěn)定,用一般的物理方法無法去除。但由于油在水中的溶解度很小(5 mg/L~15 mg/L),所以在水中的比例僅約為0.5%。

        (5)固體附著油。吸附于廢水中固體顆粒表面的油。

        廢水中的油類多數(shù)以幾種狀態(tài)并存,極少以單一的狀態(tài)存在。一般需采用多級處理方法,經(jīng)分別處理后才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。目前根據(jù)油的不同性質(zhì)相續(xù)開發(fā)了不同的除油技術(shù),按照處理原理的不同,可以分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法等,其中物理除油方法在石化行業(yè)裝置回用含油廢水處理及深度預(yù)處理過程中起了重要作用,如重力分離法、過濾法、膜分離法、粗?;靶鞣蛛x方法等。

        經(jīng)濟(jì)有效的分離形式分別為:游離態(tài),重力沉降分離;分散態(tài),旋流分離、CPI;乳化態(tài),聚結(jié)、離心、電場分離;溶解態(tài),吸附、膜、化學(xué)手段。

        1.2 納濾膜分離技術(shù)概述

        常見的去除離子的方法主要有納濾膜法、反滲透膜法、電滲析法、蒸餾法、樹脂交換法。納濾膜孔徑約為1 nm左右,適宜分離大小約為1 nm的溶解組分,更適合于二價離子脫除,截留率≥99.9% ,能耗低,投資較低。

        納濾的工作過程是原水在膜的一側(cè)從一端流向另一端,水分子透過膜表面,從原水側(cè)到達(dá)另一側(cè);而無機鹽離子留在原來的一側(cè),隨著原水的流程逐漸增長,水分子不斷從原水中取走,留在原水中的含鹽量逐步增大,即原水逐步得到濃縮,從裝置中排出。

        研究發(fā)現(xiàn),操作壓力對納濾過程的影響至關(guān)重要,膜最佳操作壓力在2 MPaG~3 MPaG之間;對于溫度,一般需要25 ℃~35 ℃[2]。

        2 生產(chǎn)水處理工藝

        2.1 常規(guī)生產(chǎn)水處理工藝流程

        目前南海典型油田生產(chǎn)污水處理流程通常是水力旋流器和緊湊式氣浮CFU串聯(lián)。來自上游三相分離器的生產(chǎn)污水首先經(jīng)水力旋流器除去大部分浮油,而后經(jīng)CFU進(jìn)一步除去微小的分散油,水中含油量處理到30 mg/kg以下達(dá)標(biāo)排海。

        CFU作為一種高效的生產(chǎn)水處理設(shè)備,在適用條件下可進(jìn)一步提高生產(chǎn)水處理效果,達(dá)到減排的目的。一般在加注適當(dāng)藥劑的前提下,CFU處理后的生產(chǎn)水中含油量大多情況下可低于30 mg/L,但各油田的除油率也是差異較大。 經(jīng)調(diào)研南海多個油田CFU的實際除油效果,CFU除油效率在15%~80%之間,處理效果并不穩(wěn)定。設(shè)備在運行中存在故障率高,操維復(fù)雜,浮選氣噴頭腐蝕、堵塞等情況。此外,CFU需要專屬藥劑,廠家試驗和現(xiàn)場反饋情況表明,化學(xué)藥劑的注入濃度對緊湊式氣浮的除油效率影響較大。

        2.2 聚結(jié)除油罐工藝

        為替代價格高、運營費用高的CFU,在南海油田某項目中進(jìn)行了工藝研究及調(diào)研論證。調(diào)研南海油田常規(guī)撇油罐的實際除油效果,除油效率在70%~80%之間,能將來自水力旋流器的生產(chǎn)污水含油量處理到45 mg/kg,不滿足30 mg/kg要求。

        根據(jù)聚結(jié)除油機理,聚結(jié)沉降法很適合乳化油的分離,微小油滴聚結(jié)變大然后加速沉降分離。新近開發(fā)的新型聚結(jié)脫氣除油罐采用新型聚結(jié)填料,包括粗聚結(jié)模塊、沉降快速分離模塊、乳化油滴深度分離模塊,可將1 μm~20 μm油滴聚并至200 μm,再進(jìn)入沉降分離區(qū)分離,極大的提高液相分離的純凈度。油滴粒徑大使得該設(shè)備水力停留時間很短,一般在5 min~6 min,大大縮小設(shè)備設(shè)施尺寸。

        另外,聚結(jié)除油罐操作壓力盡量降低,充分考慮天然氣浮選效應(yīng)。上游較高壓力的生產(chǎn)水進(jìn)入該罐后降壓閃蒸出氣,產(chǎn)生的微氣泡攜油能力較強,可以把水中微米級的細(xì)小油滴攜裹聚合并上浮分離。

        基于以上原理設(shè)計的聚結(jié)除油罐能將水力旋流器來的生產(chǎn)污水進(jìn)一步除去微小的分散油和乳化油,水中含油量處理到30 mg/kg以下達(dá)標(biāo)排海。新型聚結(jié)脫氣除油罐可替代CFU,降本增效。

        此工藝流程處理精度高,且不需要價格昂貴的專用藥劑、循環(huán)泵和連續(xù)氮氣消耗。項目采用聚結(jié)除油罐,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。18 a運行經(jīng)濟(jì)年限內(nèi)即可節(jié)省設(shè)備采辦費用、電能和藥劑維護(hù)費用共計7 000萬元以上。

        3 注水處理工藝

        同時進(jìn)行了預(yù)處理技術(shù)比選研究,最終采用簡單可靠的多柱式濾器作為超濾前置細(xì)濾器,該濾器可實現(xiàn)自清洗,不需要反洗水泵,比常規(guī)雙介質(zhì)濾器節(jié)省投資100萬元,節(jié)省電能消耗、重量及占地。

        4 結(jié)語

        水力旋流器+聚結(jié)除油罐水處理工藝流程已在多個南海油田項目工程設(shè)計中應(yīng)用,將對中國海油今后同類工程項目的開發(fā)積累經(jīng)驗,提供良好借鑒。同時,隨著南海注水開發(fā)油田的日益增加,納濾膜二價離子脫除工藝也將具有比較廣闊的應(yīng)用前景。

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