海上采油平臺污水處理工藝對比

李夢越，陳 據(jù)

海上采油平臺污水處理工藝對比

李夢越1，陳 據(jù)2

（1. 東北石油大學(xué)， 黑龍江 大慶 163318； 2. 中國石油玉門油田分公司勘探開發(fā)研究院， 甘肅 酒泉 735019）

在海洋油氣田開發(fā)生產(chǎn)過程中，開采出的油氣產(chǎn)物在儲存、輸送或外銷之前，必須進(jìn)行油、氣、水、雜質(zhì)分離、處理和穩(wěn)定。這樣才能滿足國家法律法規(guī)的要求。工業(yè)污水在排放到外部環(huán)境之前必須經(jīng)過處理后達(dá)到合格排污標(biāo)準(zhǔn)。污水處理意義重大，一方面可以減小污水對海洋生態(tài)環(huán)境的破壞，有利于構(gòu)建環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會；另一方面可以回收污水中的廢油，有利于節(jié)能減排。總之，污水處理的社會意義、經(jīng)濟(jì)意義重大，只有利沒有弊。本文章著重對比分析幾種常見的污水處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，并依據(jù)實(shí)際選擇適合海上平臺的處理工藝。為今后海上平臺污水處理提供科學(xué)依據(jù)。

海上平臺； 污水處理； 工藝； 對比分析

俗話說無規(guī)矩不成方圓，任何事情都必須依照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，海洋平臺污水處理也不例外。GB 4914-85《海洋石油開發(fā)工業(yè)含油污水排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：排海的污水含油濃度需小于30 mg/L[1]。海洋平臺集中處理后的污水必須達(dá)到國家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)后才能排放，GB 4914-85《海洋石油開發(fā)工業(yè)含油污水排放標(biāo)準(zhǔn)》如下表所示。

項(xiàng)目等級濃度限值/（mg?L-1） 石油類一級一次容許值≤30月平均值≤20 二級≤40≤30 三級≤65≤45

海洋平臺排放的污水如果含油濃度過高會導(dǎo)致海洋污染，嚴(yán)重時(shí)會嚴(yán)重影響海洋植物（浮游植物和海藻）的光合作用，破環(huán)海洋的生態(tài)環(huán)境，從而影響海域的生產(chǎn)力，對魚類也有危害。雖然大海自身擁有一定的自我凈花能力，但是重金屬和有毒有機(jī)化合物等有毒物質(zhì)在海域中不斷地?cái)U(kuò)散，再加上海洋生物的富集作用，也會使海洋動(dòng)物本身和以它為食的其他動(dòng)物中毒，嚴(yán)重時(shí)可致死。真要到了病入膏肓的時(shí)候，單憑大海自身的自凈能力也無濟(jì)于事。此外，石油污染還會在海洋表面形成面積較的油膜。油膜的存在會遮住陽光，影響海洋植物的光合作用，同時(shí)也會阻止海水溶解空氣中的氧氣。石油分解會消耗水中溶解的氧氣，導(dǎo)致海水缺氧，不僅危害海洋生物，并且殃及海鳥和人類。鑒于維護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境的意義和重要性，排海的污水含油濃度必須嚴(yán)格控制。

1 海洋平臺污水來源及特點(diǎn)

海洋平臺生產(chǎn)污水的主要來源有：（1）經(jīng)過油、氣、水三相分離器分離產(chǎn)生的污水，大部分以游離水的形態(tài)存在；（2）通過工藝設(shè)備排放的含油污水；（3）清洗設(shè)備產(chǎn)生的含油污水以及降落到甲板上的雨水[2]。

需要處理的生產(chǎn)水的水質(zhì)特點(diǎn)為：（1）由于海下管道添加了水合物抑制劑，因此生產(chǎn)水中含有一定量的乙二醇。（2）生產(chǎn)污水含有一定量的原油。（3）如表1所示，生產(chǎn)水中含有一定量的金屬離子（以某海上油氣田原油脫出水為例進(jìn)行分析）。

表1 油田原油脫出水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

從表中的數(shù)據(jù)可以分析出污水呈堿性，直接排放會污染環(huán)境，需要對污水進(jìn)行相應(yīng)的脫鹽處理。另外碳酸根含量偏高，若果處理不當(dāng)極易造成水體富營養(yǎng)化。

2 海洋平臺污水處理工藝及新技術(shù)展望

2.1 海洋平臺污水處理常用方法

目前海洋采油平臺常用的污水處理技術(shù)主要有有生物法、化學(xué)法、物理法和物理化學(xué)法等方法，幾種方法各有優(yōu)劣。為了能選出最好的污水處理技術(shù)，表2對上述幾種方法的作用原理及特點(diǎn)進(jìn)行了集中對比[3-5]。

表2 海洋平臺污水處理方法的原理及特點(diǎn)

2.2 海洋平臺常用的污水處理設(shè)備

雖然陸地油田的污水處理技術(shù)在理論上可以在海洋平臺應(yīng)用，但是理論要結(jié)合實(shí)際，不能脫離了實(shí)際，盲目套用理論。從海洋平臺污水處理工藝角度出發(fā)，考慮到海洋平臺所處環(huán)境決定了生搬套用陸地上的污水處理理論存在很多的許多困難和局限。海洋平臺常用的污水處理設(shè)備[6,7]如表3所示。

經(jīng)過上述生產(chǎn)水處理方法的比較和分析，由于水力旋流器體積小，重量輕，沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，維修量小，對設(shè)備平穩(wěn)度沒有要求，因此海上平臺污水處理選定的主要處理設(shè)備為水力旋流器[8]。

2.3 污水處理新技術(shù)

污水的超聲波降解技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新型技術(shù)，超聲波降解技術(shù)的原理是利用超聲波產(chǎn)生高溫高壓，從而促使水分子生成多種具有一定氧化性的離子。具有氧化性的離子會分解污水中的有機(jī)物，同時(shí)超聲波可以通過空化作用將水中的大顆粒固體雜質(zhì)震碎、破裂成小顆粒懸浮物。此外，超聲波還能使油滴和水滴的振動(dòng)頻率加快，從而便于將細(xì)小的油滴凝結(jié)成大油珠，有利于在重力的作用下實(shí)現(xiàn)沉降、分離。但由于超聲波降解技術(shù)也存在能耗過大、容易產(chǎn)生不必要的中間物質(zhì)、降解效率較低等一系列問題，有待進(jìn)一步完善[9]。

表3 海洋平臺污水處理設(shè)備的原理及特點(diǎn)

3 污水處理流程

由于新技術(shù)有眾多問題尚待解決，因此為了及時(shí)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，提高效率。污水處理還是采用成熟可靠的老技術(shù)。主要的生產(chǎn)水處理流程為：來自三項(xiàng)分離器除初步分離的含有生產(chǎn)水、TEG脫水單元的生產(chǎn)水以及凝析油脫水單元的生產(chǎn)水等首先經(jīng)過濾器過濾后進(jìn)入緩沖罐，再由生產(chǎn)水增壓泵泵至水力旋流器。經(jīng)水力旋流器處理的生產(chǎn)水含油量將降至150ppm以下，之后生產(chǎn)水進(jìn)入氣浮罐進(jìn)一步除油至含油量小于30ppm，處理合格的生產(chǎn)水進(jìn)入乙二醇再生系統(tǒng)。生產(chǎn)水處理系統(tǒng)主要包括緩沖罐、生產(chǎn)水增壓泵、水力旋流器、氣浮罐、污油罐、污油泵及各泵前濾器等設(shè)備。其示意圖如圖1所示：

圖1 水力旋流器處理污水流程

來自三相分離器、TRG脫水系統(tǒng)和凝析油脫水系統(tǒng)的生產(chǎn)水首先進(jìn)入緩沖罐進(jìn)行緩沖。由于緩沖罐操作壓力不能滿足下游水力旋流器的入口壓力要求，所以設(shè)置了2臺生產(chǎn)水增壓泵（1臺供正常使用，1臺備用），對生產(chǎn)水進(jìn)行增壓。經(jīng)生產(chǎn)水增壓泵增壓后的生產(chǎn)水匯合后，先進(jìn)入水力旋流器入口的籃式過濾器進(jìn)行過濾，之后進(jìn)入水力旋流器進(jìn)行除油。水力旋流器處理含油污水的基本原理是：由于水和油之間存在密度差，旋流狀態(tài)下油水離心力差值加劇，從而快速分離油水混合物。密度較大的水由于受到較大的離心力被甩向外面，通過旋流管的底部出口流出，而密度較小的油受到較小的離心力，被水?dāng)D向旋流管的中心，流向旋流管的頂部，并通過一個(gè)孔口溢流出去。經(jīng)水力旋流器除油后的污水進(jìn)入氣浮罐。氣浮罐的主要作用是脫除污水中攜帶的小油滴和乳化油，為立式容器。來自水力旋流器的污水由氣浮罐的一端進(jìn)入容器，并穿過浮選室流入浮選器另一端的排水區(qū)。由排水區(qū)流出的被凈化的污水一部分流至開排沉箱排海，另一部分流至循環(huán)泵，并由該泵泵回氣浮罐內(nèi)。在此過程中，噴水管的高壓水將來自導(dǎo)氣管的N2吸入，噴水管排出的流體中的氣體以眾多細(xì)小氣泡的形式在水相中擴(kuò)散，為穿過浮選室的含油污水充氣，這些氣泡為懸浮在水中的細(xì)小油滴聚結(jié)成大顆粒油滴提供了條件，并攜帶已聚結(jié)的油滴浮至浮選室的液面，將浮選室分出的乳化油撇入集油槽。集油槽的乳化油靠重力排至污油罐。來自水力旋流器和氣浮罐的污油混合進(jìn)入污油罐，經(jīng)過一定時(shí)間的緩沖沉降后通過污油泵泵回凝析油處理單元進(jìn)行脫水。從氣浮罐排出的脫油后的生產(chǎn)水（乙二醇富液）進(jìn)入乙二醇再生單元進(jìn)行乙二醇再生[10,11]。

4 結(jié)束語

（1）從環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，最適合處理污水的方法是生物法。生物法具有應(yīng)用性廣、污染小等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的隔油過濾污水處理工藝往往難以解決其化學(xué)需氧量過高的問題，往往導(dǎo)致排放的污水含鹽量和化學(xué)需氧量過高，因此產(chǎn)生了油田污水微生物處理方法。微生物處理法可以有效的規(guī)避化學(xué)法處理污水帶來的二次污染，但是微生物處理法耗費(fèi)資金多，難以找到高效的用于分解有機(jī)物質(zhì)的微生物。因此此技術(shù)尚無法全面推廣，仍需解決性價(jià)比低的問題?；瘜W(xué)法易產(chǎn)生二次污染，物理法效率較化學(xué)法低。因此物理化學(xué)結(jié)合的方法不失為上上之策。

（2）眾所周知，“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”。自從工業(yè)革命之后，工業(yè)始終朝著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。污水處理工藝也要爭取實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。創(chuàng)新是一個(gè)民族興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力，盡管在污水處理方面積極的發(fā)展出了超聲波降解技術(shù)，但是新技術(shù)相比老的技術(shù)往往面臨成熟性、可靠性欠缺的問題。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，因此在新技術(shù)全面推廣之前必須進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)，解決暴露出的缺陷和不足，爭取利用新技術(shù)早日造福社會。

（3）污水處理應(yīng)本著“循環(huán)利用的原則”，經(jīng)處理后的污水若檢測達(dá)標(biāo)后可循環(huán)使用。比如可以作為壓裂液注入地下油田進(jìn)行采油。盡量做到物有所用，物有所值。

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Comparison of the Sewage Treatment Processes for Offshore Platforms

1,2

（1. Northeast Petroleum University, Heilongjaing Daqing 163318, China；2. PetroChina Yumen Oilfield Company Exploration and Development Research Institute, Gansu Yumen 735019, China ）

In the offshore oil and gas field development and production process, oil, gas, water and impurities inproduced oil and gas products must be separated and treated before storage and transportation, in order to meet the requirements of national laws and regulations. Industrial wastewater before being discharged into the external environment must be treated to reach the required emission standards. Sewage treatment is significant, it can reduce the water damage to the marine environment, and is conducive to build environment-friendly and resource-saving society; on the other hand, recycling waste oil in the sewage may help to reduce the consumption of resources, reduce production costs. In this article, advantages and disadvantages of several common sewage treatment processes were comparatively analyzed, and how to choose suitable treatment process based on actual conditions of offshore platforms was discussed.

offshore platforms; wastewater treatment; process; comparative analysis

2016-11-07

李夢越（1994-），女，在讀研究生，遼寧省盤錦市人，研究方向：從事復(fù)雜流體數(shù)值模擬理論研究。

TE35

A

1004-0935（2017）01-0059-04