海上平臺生產(chǎn)水處理工藝對比分析

徐鴻，王亞儒，周冠浩，路立杰(中海石油(中國)有限公司秦皇島32-6/渤中作業(yè)公司，天津 300452)

0 引言

海洋是陸上油氣資源的重要接替區(qū)，而渤海則是我國海上的主要產(chǎn)油區(qū)。某平臺位于渤海中部海域，其石油地質(zhì)儲量大，油田發(fā)育主要以底水油藏為主。特殊的油藏類型導(dǎo)致平臺生產(chǎn)水產(chǎn)量巨大，其高效處理是限制平臺產(chǎn)能提升的關(guān)鍵性瓶頸之一。排海生產(chǎn)水從本世紀(jì)初的不足5 000萬噸/年，增長到目前超2億噸/年，且增長趨勢明顯，對海洋生態(tài)環(huán)境存在巨大威脅。為此，生產(chǎn)水的綠色高效除油處理對保障我國能源安全及生態(tài)安全具有重要意義。

實現(xiàn)海洋油氣資源的綠色高效開發(fā)，是國家資源安全、生態(tài)安全的重要保障。平臺為響應(yīng)中國海油“七年行動計劃”，對平臺工藝流程進(jìn)行擴(kuò)容改造。平臺原有生產(chǎn)水系統(tǒng)采用斜板除油器+加氣浮選器的處理模式，受各種因素影響，擴(kuò)容新系統(tǒng)采用聚結(jié)除油器的一級處理來代替原系統(tǒng)的兩級處理模式。

1 老生產(chǎn)水處理工藝介紹

1.1 概述

老生產(chǎn)水系統(tǒng)采用斜板除油器和加氣浮選器的兩級處理模式，作為目前海上平臺使用最廣泛的污水處理裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，操作方便，穩(wěn)定性強(qiáng)的特點。當(dāng)上游水質(zhì)有所波動時，經(jīng)過兩級處理之后的水質(zhì)仍可在正常范圍內(nèi)，抗沖擊性能好。

1.2 工作原理

1.2.1 斜板除油器工作原理

斜板(管)除油是目前最常用的高效除油方法之一，它屬于物理法除油范疇。其基本原理是“淺層沉淀”，又稱“淺池理論”[1]。

含油污水混合液進(jìn)入斜板除油器后，入口分配管將氣體和液體均勻分開，進(jìn)行預(yù)分離，分離出的氣體通過除霧分離元件，經(jīng)沉降分離和碰撞分離去除微小液滴后從氣體出口排出。油水混合物沿入口分配器散開向下流，進(jìn)入斜板除油器凝聚段，借助比重差和在PEX板上凝聚進(jìn)行油-水分離，預(yù)分離后的油-水混合物進(jìn)入分離室，此時比重較輕的油滴上浮，較重的水下降，便形成了明顯的油水界面，比重較輕的油層從油箱板頂部自然流入集油室，最后從油出口排出，水則從水出口排出。

1.2.2 加氣浮選器工作原理

氣浮處理裝置三大部分組成(如圖1所示)：

圖1 加氣浮選器工作原理圖

混合反應(yīng)段(管式反應(yīng)器)、溶氣系統(tǒng)(溶氣泵、溶氣罐)、池體(集渣區(qū)、布水區(qū)、斜板分離區(qū)、集水區(qū)、集泥區(qū))。

根據(jù)氣浮工藝的特點，其設(shè)計了先進(jìn)的管式混合反應(yīng)器，使混合、反應(yīng)均通過管道快速完成。同時部分溶氣水直接加入到反應(yīng)器中，微氣泡參與反應(yīng)凝聚從而產(chǎn)生“共聚作用”，使氣浮體快速長大，將生產(chǎn)水中的浮油和懸浮物向上攜帶，同時增加氣浮體的穩(wěn)定性。氣浮處理裝置采用斜板斜管分離系統(tǒng)，在較短的停留時間內(nèi)(5～10 min)，固液分離徹底，效果穩(wěn)定，最后通過完善的排渣、排泥、排砂系統(tǒng)將罐內(nèi)的沉渣排出。

2 新生產(chǎn)水處理工藝介紹

2.1 概述

為克服海上稠油油田深度挖潛產(chǎn)能過程中帶來的含油生產(chǎn)水流量、油含量、氣含量波動大，懸浮油、分散油、乳化油等多形態(tài)油滴同時存在，平臺空間狹小、承重受限等一系列難題，實現(xiàn)生產(chǎn)水快速、高效除油處理，對波動工況下懸浮油的快速分離、高黏重質(zhì)分散油的高效聚并及部分溶解性有機(jī)物協(xié)同分離、不另行添加化學(xué)藥劑前提下乳化油的綠色物理破乳等三項研究工作內(nèi)容進(jìn)行技術(shù)集成，形成了海上重質(zhì)油田生產(chǎn)水緊湊高效除油技術(shù)裝備—聚結(jié)除油器，其作為一種緊湊高效的模塊化逐級聚結(jié)分離成套技術(shù)及裝備，是一種新型的污水處理裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，處理過程技術(shù)優(yōu)勢明顯，能夠去除影響水質(zhì)的重組分及懸浮物，為我國海洋油氣資源開發(fā)利用提供了關(guān)鍵的技術(shù)支持。

纖維球濾料具有密度小、柔性好、可壓縮和空隙率大的特點，過濾時受到壓力，纖維球互相的交叉，形成上松下密的濾層分布狀態(tài)。纖維球以他獨有的特質(zhì)：極大的比表面積和孔隙率吸附同時截留水中的懸浮顆粒，充分發(fā)揮出濾料深層截污能力；纖維球具有不易沾油的特點，因此反沖洗較為容易，進(jìn)而用水率降低；還具有耐磨損、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點；當(dāng)濾料受有機(jī)物污染嚴(yán)重時，還可以采用化學(xué)清洗方法再生，實用性強(qiáng)。

2.2 工作原理

加氣浮選器工作原理圖如圖2所示，聚結(jié)除油器通過模塊化分離，分步分級進(jìn)行油水分離[2]。采用三體芯管，對來液進(jìn)行整流，同時氣體和分散油上浮完成初步分離；初步分離后的含油污水進(jìn)入親疏水性波紋板，液體流動中利用淺池原理將游離態(tài)、分散態(tài)液滴快速分離，即快速強(qiáng)化分離；為確保水質(zhì)合格，液體經(jīng)過改性纖維進(jìn)行深度分離，即親疏水纖維通過X、Ω等編織，實現(xiàn)乳化油(水)滴的快速、深度破乳分離。通過親油親水纖維精密編織誘導(dǎo)油滴快速分離，將油滴聚并時間由秒級縮短至毫秒級，并實現(xiàn)含懸條件下的物理法高效破乳去油。

圖2 加氣浮選器工作原理圖

改性纖維球濾器將纖維改性成為親水疏油的性質(zhì)，經(jīng)過改性的滌綸纖維球表面發(fā)生了徹底性的變化，并提供更大比表面積和更高的孔隙率，除油和除懸能力強(qiáng)。通過氣動液壓缸實現(xiàn)濾料壓緊和放松，過濾狀態(tài)時濾料壓緊，更好的攔截污油和懸浮物。反沖洗狀態(tài)時濾料放松，除油除懸更徹底。

3 新老處理工藝設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對比

如表1所示，通過對比，新系統(tǒng)聚結(jié)除油器相對老系統(tǒng)斜板除油器和加氣浮選器有以下特點：(1)占地面積?。簡闻_占地面積是后者的9%，大大節(jié)約平臺有限的甲板面積；(2)設(shè)備重量?。簡闻_設(shè)備重量是后者的15.7%，節(jié)約甲板承重；(3)操作復(fù)雜程度：需要定期進(jìn)行設(shè)備切換和反洗，較耗費人工時。

表1 新老生產(chǎn)水處理工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對比表

4 新老處理工藝處理效果對比

取額定處理量下的新老系統(tǒng)近期處理效果，進(jìn)行對比分析，具體如圖3所示。

圖3 新老系統(tǒng)處理效果對比圖

由上圖可見，在新老系統(tǒng)都在額定處理量的情況下，新系統(tǒng)出口含油較老系統(tǒng)略高，仍有優(yōu)化空間。

5 結(jié)語

與原廣泛使用的斜板除油器和加氣浮選器的兩級處理模式相比，聚結(jié)除油器的單級處理模式具有占地面積小、設(shè)備重量少的特點，這在有限的海上平臺空間來說是很大的優(yōu)勢。但是同時也存在出口含油略高、需要倒運反洗浪費人工時的不足。建議在內(nèi)部分離模塊上進(jìn)行改進(jìn)，能夠在出口含油達(dá)標(biāo)的前提下，盡量延長反洗間隔，節(jié)約現(xiàn)場操作工時，則具有很高的推廣價值。