高效油水分离器和过滤器处理油田污水的现场实验研究

来源：发布时间：2014-07-15 11:40:50点击率：

我国主力油田当前采出液含水率均很高,有的油田采出液含水率高达80%以上,而含油污水又需深度处理脱除油及悬浮物以用于回注,所以,研究开发高效含油污水处理工艺和设备,是我国油田地面工程所面临的重要技术课题之一。

　　为了适应石油生产对含油污水处理工艺和设备技术水平不断提高的要求,在油田现场进行了高效油水分离器和高效过滤器处理含油污水工艺技术性能的实验研究,目的是提供能适应当前油田生产需要的高效、低耗含油污水处理工艺流程技术的设备。

　　实验设备　　实验考察的设备是由石油大学(北京)研制开发的高效油水分离器和高效过滤器。
　　高效油水分离器系将强化重力法油水分离过程的两个主要途径,即“浅池原理”和“聚结技术”结合起来而研制开发的。由于采用了斜通道波纹板为基本分离构件,并作特殊配置,保证了在一定设备容积内,可提供大的油滴浮升面积,及尽可能多的油滴聚结机会,使得水中油滴在浮升过程中聚结,在聚结过程中浮升,且内部液流流动分布均匀,防止了液流的短路和沟流。所以,该设备能在较短的停留时间内获得较高的脱油效率。对炼油、石化工业含油污水的处理应用表明,该设备的除油效率在90%以上。
　　高效过滤器采用一定粒度的炉渣作为过滤介质,不但为炉渣的综合利用开辟了一个新途径,且因炉渣滤料形状为不规则多角棱形,粗糙的表面上分布有形状、大小及数量均多种多样的凹坑,孔隙度及表面积大,极有利于栏截、沉积和吸附水中的悬浮物,因而可在较高滤速下取得较高的过滤效率(在90%以上)及较长的过滤周期。
　　现场实验所用的高效油水分离器设备尺寸为Φ500×4 850 mm,高效过滤器的尺寸为Φ280×2 050 mm。

　　实验流程　　实验在吉林油田新立采油厂联合站进行,流程见图1。含油污水经流量计进入油水分离器,脱出的油经上部排走,油水分离器处理后的污水再由过滤器上部进入过滤器,处理后排走。过滤所用的反洗水为自来水,由过滤器底部进入,由上部排走。油水分离器污水出口还有一外排旁路,以便于考察油水分离器和过滤器在相同流量或不同流量下的处理效果。除过滤器入口和反洗水入口装有流量计外,在各设备进、出口均装压力表及流量计,整个系统在压力下操作。

　　新立采油厂联合站所处理的采出液含水在40%~50%左右,为考察油水分离器和过滤器对不同含油污水,特别是对高含油浓度污水的适应性,分别进行了高含油浓度和低含油浓度污水的处理实验。高含油浓度污水来自联合站1#沉降罐,污水中含油浓度为10%~30%;低含油浓度污水来自联合站一次沉降罐,污水中含油浓度为60~100 mg/L。
　　实验中的水质分析按部标SY 5329《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》进行。表1为低含油浓度污水处理实验阶段一个典型的水质分析。实验从1996年12月延续到1997年6月, 长连续运转时间长达1个月。

　　实验结果

　　1、高效油水分离器性能考察
　　图2为高效油水分离器对高含油浓度污水处理效果随污水在油水分离器内停留时间的变化关系。可以看出,尽管进口水中含油量高达10%~30%,但出口水中油含量却在102mg/L数量级以下。随着停留时间的增加,出口水中油含量急骤下降,在停留时间大于20 min的条件下,出口水中油含量都在100 mg/L以下,表现出该高效油水分离器对高含油浓度污水处理的优异特性。

　　图3为高效油水分离器对低含油浓度污水处理效果与污水在油水分离器内停留时间的关系,表现出与图2相同的趋势,即随着停留时间的增加,出口水中油含量也降低:当停留时间超过30 min,出口水中油浓度基本上低于20 mg/L。就脱油效率而言,处理高含油浓度污水的脱油效率要比处理低含油浓度污水高。这是由于该高效油水分离器系将浅池原理和聚结效应结合起来而研制开发的,含油浓度高,聚结效应得以充发发挥,因而有着较高的脱油效率。
　　通过不同条件的长期运转考察,可得到如下初步结论:
　　①该高效油水分离器可在较短的停留时间(一般30 min以内,而现有沉降罐大多在数小时以上)条件下,保持较低的出口油含量。
　　②该油水高效分离器适应性强,对于不同含油浓度的污水均能处理,特别是对高含油浓度污水处理的出色性能,在现场实验中得到验证。
　　③该高效油水分离器操作弹性较好,在停留时间变化一倍(即处理量变化一倍)的范围内,除油效果无明显差异。

　　2、高效过滤器性能考察
　　高效过滤器在现场实验中的进水来自高效油水分离器出口,连续过滤8~12 h后用自来水反冲洗,反洗后继续进行运转。图4为高效过滤器在不同滤速条件下,对悬浮物及油的脱除效果。从图4可以看出,当过滤器进口水中悬浮物含量为20~30 mg/L,油含量为20~50 mg/L情况下,过滤器滤速高达40 m/h时,过滤器出口水中悬浮物及油的含量均不高于5 mg/L;而当滤速在30 m/h以下时,过滤器出口水中悬浮物及油均在2~3 mg/L左右。这个结果表现出了该高效过滤器优异的过滤性能。在整个运转考察过程中,未发现滤料反冲洗对过滤效果的明显影响。

　　该高效过滤器的滤料系将工业炉渣经破碎筛分处理后而制成的,此次现场实验中的滤料,其原料来自新立采油厂锅炉房炉渣,说明该高效过滤器可以就地利用工业废渣,为工业废渣资源化利用开创了一个新途径。

　　3、油水分离器和过滤器综合性能
　　在整个现场考察过程中,除了过滤器反洗时间外,不论处理的污水含油浓度高低(包括高浓度污水含油10% ~ 30%及低浓度污水含油60 ~100 mg/L),污水处理量的大小(处理量的变动范围1~3 m³/h),以及油水分离器和过滤器的处理量是否相同(过滤器的处理量等于或小于油水分离器的处理量),油水分离器和过滤器均串联连续运行。因之,从过滤器出口水中悬浮物及油含量的大小,可以看出高效过滤器和高效油水分离器的总体综合处理效果。
　　图5为上述不同操作条件下,64组测试数据(每班测试一次)中,过滤器出口水中油及悬浮物含量的统计直方分布图。由图5可以看出,经高效油水分离器和高效过滤器两级处理,不论高含油浓度污水或低含油浓度污水,过滤器出口水中含油不高于5 mg/L的比例占78%、含油为6~10 mg/L者占12%,二者合计,出口水中含油不高于10 mg/L者达94%,同样对水中悬浮物而言(油水分离器进口水中悬浮物在100~200 mg/L范围),过滤器出口水中悬浮物不高于5 mg/L者占72%,6~10 mg/L者占14%,二者合计,出口水中含悬浮物不高于10 mg/L者占86%。这说明,高效油水分离器和高效过滤器串联处理油田采出水,具有很好的处理效果、适应能力和操作弹性。

　　应用与讨论

　　①从现场实验的结果看,对于处理油田采出污水并用于回注,采用高效油水分离器和高效过滤器处理工艺,与现有处理工艺相比较,具有处理效果好,处理水质能满足注水水质要求,处理工艺简单,投资省,能耗低等优点,值得在油田推广应用。
　　由于高效油水分离器和高效过滤器技术经济性能优异的核心是油水分离器的内构件和过滤器的滤料,所以利用该高效内构件和滤料,对现有油田污水处理工艺设备进行改造,也是在较少投资条件下,对现有工艺设备技术改进的一个途径。例如对游离水脱除器、斜板沉降罐用高效油水分离器内构件予以改造,对石英砂过滤器和核壳过滤器改用炉渣滤料,相信会取得较好的技术经济效益。
　　②在现场实验的基础上,考虑到新立油田的实际需要,设计制造了一台可移动油水分离器,用以处理洗井水,并已投入试用。该油水分离器设计能力为50 m³/h,在试用期实际处理量为30 m³/h,所处理的洗井水含油量波动很大,低时不足100 mg/L,高时达5%~10%,经处理后排水中油含量均达到排放标准,试用期内每天可收油2 t。

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