海上生產(chǎn)設(shè)施雨水濾凈裝置

呂健(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

夏季雨水豐量時(shí)導(dǎo)致積累于各層甲板上的大量雨水一直是海上生產(chǎn)平臺比較困擾的氣象危害。大量氣象降水收集在甲板上后，一方面，若將積水排放至生產(chǎn)處理系統(tǒng)，則會對該系統(tǒng)帶來諸如流體物性、系統(tǒng)溫度、承受能力等多方面影響；另一方面，若直接將甲板積水泄放入海，更有悖于健康安全環(huán)保的基本理念，對自然環(huán)境造成危害；再者，若對其置之不理，則會嚴(yán)重腐蝕平臺金屬結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施。

1 濾凈裝置方案設(shè)計(jì)

收集氣象環(huán)境導(dǎo)致的甲板積水，利用物理吸附原理濾凈甲板積水中的油相介質(zhì)、顆粒物等，經(jīng)濾凈處理并達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的甲板積水進(jìn)行自然排放。因設(shè)計(jì)初衷以保護(hù)自然環(huán)境不受危害為目的，所以杜絕使用化學(xué)制劑等有害物質(zhì)。

1.1 濾凈系統(tǒng)設(shè)計(jì)及組成

1.2 濾凈裝置

1.2.1 外形設(shè)計(jì)

(1)采用開啟式壓蓋結(jié)構(gòu)的圓柱形多級濾筒，單級濾筒間采用法蘭式短管連接，內(nèi)部濾料可通過開啟壓蓋進(jìn)行更換。壓蓋固定方式為不銹鋼活節(jié)螺絲配環(huán)形螺帽，拆卸方便、快捷，易于保養(yǎng)、防腐。多級結(jié)構(gòu)也易于單級拆裝、維護(hù)，即可有效避免局部臟堵情況下濾料的大范圍更換，從而造成不必要的成本浪費(fèi)。而且較更換大體積濾料相比，也可有效降低人力、物力的消耗、節(jié)省更換時(shí)間。但是，該濾筒的結(jié)構(gòu)及拆卸方式使其在現(xiàn)場建造、安裝時(shí)需盡可能采用臥式布局，否則可能造成拆裝濾料時(shí)因內(nèi)部濾料坍塌，含油污物溢出。濾器外觀如圖1所示。

圖1 開啟式多級濾筒

(2)采用桶裝式多單元預(yù)填裝濾筒，濾筒單元之間采用環(huán)形密封圈扣緊連接，再通過長螺栓緊固壓實(shí)，達(dá)到密封效果。該濾凈結(jié)構(gòu)同樣具有開啟式壓蓋結(jié)構(gòu)的圓柱形多級濾筒的諸多優(yōu)點(diǎn)，并且可根據(jù)現(xiàn)場要求采用立式或臥式排列、安裝。而其缺點(diǎn)主要為：加工成本較前者相對較高；廢舊濾筒的重復(fù)使用能力相對較低；拆裝單級濾筒時(shí)存在整體拆卸的必要程序。濾器外觀如圖2所示。

圖2 桶裝式多單元濾筒

1.2.2 濾料選擇

(1)陶瓷：陶瓷濾芯，具有耐酸堿、耐高溫、抗腐蝕等獨(dú)特功能。優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：對過濾環(huán)境的物理、化學(xué)等方面抗干擾性較強(qiáng)；產(chǎn)品技術(shù)成熟，過濾性能卓越，應(yīng)用廣泛；滲透性較強(qiáng)，且抗淤堵性能較好；天然材料制品，不產(chǎn)生二次污染；基本不能燃燒，高溫環(huán)境下無可燃物質(zhì)析出，阻燃、防爆性能優(yōu)異；使用壽命長，易于清理，便于更換，可重復(fù)使用。缺點(diǎn)如下：設(shè)備塑形、制造成本較高；運(yùn)輸、存放、處理存在后續(xù)成本；濾后水質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自然環(huán)境下的原生水質(zhì)，反而造成不必要的成本消耗和資源浪費(fèi)。

(2)礫石、核桃殼顆粒、碳粉堆疊制成的組合濾芯：組合濾芯通過不同形狀、不同粒徑、不同材料的濾料分層堆疊，組成具有相互獨(dú)立濾層的濾芯，各濾層內(nèi)部具有大小不一、形狀各異的孔隙半徑和孔隙形狀，介質(zhì)內(nèi)的不同粒徑的物理雜質(zhì)在流動過程中分別被具有相應(yīng)孔隙半徑的濾層攔截，達(dá)到物理凈化的效果。

優(yōu)點(diǎn)如下：制作成本較低，濾料價(jià)格低廉；滲透性較強(qiáng)，流通阻力較??；針對被濾介質(zhì)物性，可人為調(diào)整濾層比例和組合順序，且操作簡便；無化工或合成材料，避免二次污染。缺點(diǎn)如下：該濾芯主要化學(xué)成分為碳和鈣，所以耐酸、耐腐蝕性不存在優(yōu)異性可言；抗淤堵性能一般，浸濕后體積膨脹和質(zhì)量上升均比較明顯，現(xiàn)場清洗和重復(fù)利用存在難度。

端坐于我們面前的廈門吉宏董事長莊浩，一身長裙，頗為雅致，語調(diào)輕柔卻十分自信。言語間表露出的滿滿的正能量，不經(jīng)意間感染了身邊的我們，被問及如何處理壞情緒時(shí)，一句反問給出答案，“負(fù)能量有用嗎”。

(3)毛氈型濾芯：特有的濾芯內(nèi)部整體分布的不規(guī)則孔隙半徑和孔隙形狀，決定其具有較高的物理攔截、吸附的過濾能力。平臺每年調(diào)撥毛氈約8 t，約占生產(chǎn)過程中產(chǎn)生工業(yè)垃圾的10%，在所消耗的毛氈中有近40%的毛氈利用率較低，其中甚至又有近15%的毛氈并未用于油相流體清潔。累計(jì)形成約3.2 t的毛氈消耗余量。若將這些低利用率的毛氈進(jìn)行收集整理制作成濾芯，按濾凈每噸吸油毛氈可濾凈63 183 L的甲板積水計(jì)算，則可過濾共計(jì)約202 185 L，近202 m3的甲板積水。

計(jì)算如下：已知體積為120 mm×380 mm×10 mm，質(zhì)量為150 g的吸油毛氈可吸收9.45 L含油污水(在后面的實(shí)驗(yàn)中可測得)，則：

單位體積吸油毛氈的質(zhì)量為：

(150/1 000)/(120×380× 10)/10-9≈329 kg/m3=0.328 t/m3

單位體積毛氈的濾凈能力為：

9.45 L/(120×380×10)/10-9≈20 724 L/m3

由此可得單位質(zhì)量毛氈的濾凈能力為：

20 724/0.328≈63 183 L/t

優(yōu)點(diǎn)如下：濾料取材方便，制造工藝簡單；工業(yè)生產(chǎn)廢棄物的回收利用，減少新生資源的使用量，提高生產(chǎn)資源利用率；無化工或合成材料，避免二次污染；浸濕后膨脹性較弱。缺點(diǎn)如下：由于羊毛主要成分為蛋白質(zhì)，這就造成了用其制成的該濾芯制品不耐酸堿環(huán)境，易燃，基本不可重復(fù)使用，廢棄濾料回收、處理存在一定經(jīng)濟(jì)成本投入。

(4)壓縮秸稈型濾芯：將這些秸稈回收利用，并將使用后的秸稈濾芯進(jìn)行反向循環(huán)，可大量減低上述領(lǐng)域?qū)瘜W(xué)原料、電煤及礦產(chǎn)資源的消耗和依賴。

優(yōu)點(diǎn)如下：濾料取材方便且價(jià)格低廉，不受地域限制；制造工藝相對簡單；無化工或合成材料，避免二次污染；濾凈效果明顯；副產(chǎn)物的綜合利用高度符合環(huán)境保護(hù)、持續(xù)發(fā)展的基本理念，有效提高生產(chǎn)資源利用率。缺點(diǎn)：使用秸稈為原料制成的濾芯，其主要成分為植物纖維，化學(xué)成分為碳；同樣在耐酸堿、阻燃、抗膨脹等方面表現(xiàn)相對薄弱。

1.3 裝配位置

(1)氣象環(huán)境：防潮汐、防颶風(fēng)、防海冰。(2)設(shè)備安裝要求：設(shè)備場所需配備相應(yīng)照明，以方便夜間操作；加設(shè)伴熱保溫設(shè)備。方便人員操作，并預(yù)留相應(yīng)設(shè)備保養(yǎng)空間。

2 濾凈裝置模型及模擬濾凈實(shí)驗(yàn)

2.1 模擬濾凈裝置模型

由于平臺無類似實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，且本次實(shí)驗(yàn)所用材料均為廢舊物品再次利用，所以存在外觀較為粗糙以及實(shí)驗(yàn)精度誤差較大等弊端。材料準(zhǔn)備如下：含油分析儀一臺；100 mL量筒3個(gè)；500 mL廢舊飲料瓶兩個(gè)；18.9 L廢舊飲水桶三個(gè)；10×10醫(yī)用紗布塊3張；石英砂、核桃殼濾料、吸油毛氈若干；制作工具，如：剪刀、裁紙刀、卷尺等。

2.2 模擬實(shí)驗(yàn)步驟

(1)用廢舊飲水桶取18.9 L生產(chǎn)污水作為模擬甲板匯集雨水，測得桶內(nèi)污水含油582 mg/L。正常條件下，平臺安全區(qū)甲板所匯集的雨水出現(xiàn)如此高含油濃度的可能性非常低。(2)為降低實(shí)驗(yàn)誤差，采取逐一過濾的方法，利用兩種濾器依次過濾飲水桶中1/2即9.45 L生產(chǎn)水，以避免更換容器導(dǎo)致的含油濃度改變。(3)分別對兩種濾器進(jìn)行過濾計(jì)時(shí)，并對濾后流體進(jìn)行含油測試。

2.3 實(shí)驗(yàn)對比

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

(1)核桃殼濾器在過濾初期濾液量未及期望值，流體過濾阻力較大，偶有流體滯留現(xiàn)象出現(xiàn)。過濾09分04秒后流體嚴(yán)重滯留，并出現(xiàn)進(jìn)口溢流。濾器出口流量明顯減小，由帶狀流態(tài)逐漸變?yōu)榈螤盍鲬B(tài)。遂停止過濾，收取濾后液量1 400 mL。觀察濾液較為渾濁，測得流體含油150 mg/L。同時(shí)，濾器外觀出現(xiàn)輕微膨脹變形，稱得濾后濾器質(zhì)量652 g。

(2)毛氈濾器初始過濾時(shí)由于毛氈親油拒水物性導(dǎo)致生產(chǎn)水因表面張力無法快速浸潤毛氈，出現(xiàn)流體滯留現(xiàn)象。待毛氈緩慢浸潤后，過濾速度明顯上升，濾液流動較為順暢，且濾液色澤較為清亮、透明。該濾器過濾9.45 L生產(chǎn)水用時(shí)12分33秒，測得流體含油5 mg/L，濾后稱得濾器質(zhì)量為215 g。且觀察濾后毛氈發(fā)現(xiàn)仍有部分濾料未粘有油相液體，仍可繼續(xù)過濾使用。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)對比可知：較核桃殼濾器相比，毛氈濾器具有濾料少、質(zhì)量輕、濾液速度快、濾凈程度高、膨脹變形程度低等優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)語

綜上所述，從環(huán)境保護(hù)根本角度出發(fā)，以提倡廢舊回收利用為基點(diǎn)，建議使用毛氈或秸稈作為濾凈裝置的濾芯制作原料。既可達(dá)到降低成本、節(jié)能減排，同時(shí)又能保證排放水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)要求。若能將此套濾凈系統(tǒng)投入使用則能夠大大降低雨水環(huán)境對平臺的正常生產(chǎn)帶來的負(fù)面壓力，提高平臺運(yùn)轉(zhuǎn)的安全系數(shù)，降低環(huán)境污染事件的發(fā)生概率。