智能撬裝化水處理新工藝在油田采出水處理中的應用

Treatment of oilfield produced water by using of new process intelligence skid water treatment unit

（深圳科力邇科技有限公司 設計中心 王亞聰 ）

摘要：本文介紹了利用旋流溶氣氣浮與雙介質過濾器結合的智能撬裝化水處理的新工藝在油田采出水處理中的應用。

關鍵詞： 旋流溶氣氣浮 雙介質過濾器 撬裝化 智能化

Abstract: This paper introduces the application about treatment of oilfield produced water by using of skid water treatment unit with cyclonic dissolved air flotation and double medium filter.

Key Words:  Cyclonic dissolved air flotation  Double medium filter  Skids  Intelligent  

一  項目背景

隨著人們對環保的日益重視，油田采出水需要經過處理達標后才可以回注。油田采出水水溫高溶氣效果差、含油和懸浮物濃度高，油水密度接近等特點，而且用戶要求占地面積小，不加藥劑進行處理，無二次污染，配套投資少，工期短，易于維護等要求，人員配置少；從而開發了高效旋流溶氣氣浮與雙介質過濾器結合新工藝智能化撬裝水處理設備。采用新工藝的同時，通過緊湊化的撬裝化設計，在有限的空間內集成全套工藝設備，可以很方便地通過集裝箱進行公路運輸，設備到達現場后，只需要經過簡單連接工藝管線和配電后即可使用，大大降低了用戶安裝使用成本和時間。

二  撬裝化水處理裝置原理及結構         

2.1 氣浮原理[1]

氣浮過程： 微氣泡產生->微氣泡與懸浮物(顆?；蛴偷?附著->氣泡帶著懸浮物(顆?；蛴偷?上升到液面->懸浮物(顆?；蛴偷?與水分離。液體和固體都有表面，任何兩相之間都有界面。當氣泡和顆粒共存于水中，即液、氣、顆粒三相介質共存的情況下，兩相之間的界面上都存在各自的界面張力和界面能。界面能與表面能一樣，可用W=σ*S，式中σ-界面張力N/m，S-界面面積m2。

 (圖2.1  親水性顆粒和疏水性顆粒的接觸角)

疏水性：不容易容易被水潤濕的物質θ>90。

在三相接觸點上，三界面的張力處于平衡狀態：

 σLS=σLG*COS(180°-θ)+σa，p （1）

附著前，單位界面面積上的界面能之和為：

w1=σLS+σLG

附著后，單位附著面積上的界面能為：

W2=σa,p 

界面能降低值為：

ΔW=W1-W2（2）

將式（1）代入式（2）

ΔW=σLG*（(1-COS(θ))（3）

2.2 新工藝設計

污水進入旋流溶氣氣浮裝置，經混合裝置與溶氣水釋放出來的大量微氣泡（氣泡直徑5~30μm）混合后，沿著旋流溶氣氣浮罐壁切向進入旋流溶氣氣浮后形成旋流，通過旋流產生的離心力作用，微氣泡和乳化油滴向中間集聚形成浮渣，同時與析出的氣體一起從分離油出口流入浮渣收集罐，在浮渣收集罐中，分離出來的氣體從氣體出口排出；處理后污水逐漸向下，從旋流溶氣氣浮水出口流出。采用雙切向入口設計，產生更大的旋流速度，獲得更大的離心加速度和更為穩定的旋流流場，有利于氣泡和油滴相互作用，加速氣泡和油滴向旋流中間區域聚結，提高氣浮效果，縮短停留時間，使結構更為緊湊，抗波動性更強。在氣浮罐中心位置設置中心筒，將氣浮隔分成中心筒內浮選區和筒外浮選區。污水從內筒切向進入，能夠產生更大的離心力和離心加速度，更有利于氣泡和油滴向中間集聚，氣浮效果更好；內外筒的結構設計細化了污水在氣浮罐體內的流動，形成了不同的浮選區域，避免了出水夾帶油滴，降低氣浮效果；同時空間利用率更高，結構更為緊湊。中心筒底部錐形的設計，能夠起到一定的除沙效果。顆粒在離心力的作用下，逐步被甩到內筒壁，并沿著內筒壁向下流入錐形區域，始終保持旋流狀態，沙粒不易堆積，更容易去除。定期流態化排沙，不易堵塞。

雙介質過濾器過濾機理是水中的油和懸浮固體顆粒在不同孔隙率、不同顆粒粒徑以及不同吸附特性的濾層中進行接觸吸附、機械篩除和遷移等被攔截。雙介質過濾器上層采用輕質濾料，下層采用重質濾料。過濾時污水從上到下流過輕質濾料濾層，部分大顆粒懸浮物和油被攔截，再流過重質濾料去除大部分小顆粒懸浮物。獨特的上輕下重型雙濾料濾層結構，配合先進反洗工藝，既能使濾料保持良好的分層特性，又能確保濾料的反洗再生，達到良好的處理效果。

(圖2.2  旋流溶氣氣浮分離及雙介質過濾器示意圖)

2.3 工藝流程描述

 CDFU采用串聯運行的模式。采出水經過提升泵經過CDFU1和CDFU2；溶氣泵通過CDFU2取出部分采出水與壓縮空氣混合形成溶氣水進入穩定罐；穩定罐經過混合器后回流到CDFU1和CDFU2，并且經過雙切口形成旋流，CDFU2的出水進入雙介質過濾器。雙介質過濾器采用一用一備的模式進行工作，實際運用時可串聯、并聯運行，反洗時設備不停機，雙介質過濾器后的水為濾后水，濾后水進清水罐。

 (圖2.3  工藝流程簡圖P&FD)

2.4  緊湊化的撬裝設計

本裝置采用緊湊的撬裝設計，將2臺CDFU容器，2臺雙介質過濾器，1臺穩定罐，2臺提升泵，2臺溶氣泵，反洗泵，鼓風機，管線，電纜，儀表，控制柜等等全部安裝到一個撬上；而且尺寸僅有6米（長）*3.5米（寬），高度不超過4.5米，可以經過汽車進行運輸。

(圖2.4  撬裝化水處理裝置3D模型)

三 智能化

本撬裝化設備是一個開放性的平臺，可以與客戶的DCS或PLC進行數據交換，方便客戶在已有的SCADA系統中讀取撬裝設備的相關數據；同時可以通過3G、4G,WIFI或者有線網絡通過網絡傳輸模塊把設備診斷數據上傳到云服務器。優點如下：

1.客戶可以從現有的SCADA系統中，讀取設備的相關數據，降低組態開發難度和成本。

2.在偏遠地區可以通過3G、4G網絡聯通設備，大幅度降低網絡設備布線的投資。

3.通過VPN服務可支持PLC遠程調試，可以迅速響應現場工藝更改，降低客戶的時間成本。

4.支持設備診斷信息上傳到云服務器端的智能專家系統，可以為客戶提供更加好的專家技術服務：a.優化工藝參數，b.快速定位設備故障，c.預防性維修......。

 (圖3.1  撬裝智能化設備系統結構)

 四 處理效果

(圖4.1  撬裝智能化對油田采出水的處理效果及檢測報告)

樣品FS1801115845551-09為采出水進水取樣，樣品FS1801115845551-10為CDFU1的取樣,樣品FS1801115845551-11為CDFU2的取樣，樣品FS1801115845551-11為過濾器出水的取樣。

進水水樣：含油≤1000mg/L，懸浮物≤800mg/L ；出水水樣：含油≤11mg/L，懸浮物≤10mg/L

參考文獻：

[1] 馬自俊《乳狀液與含油污水處理技術》北京：中國石化出版社 2006:215-217