阻截除油技術(shù)在渤西油氣處理廠的應(yīng)用

譚家翔，徐鵬，王勝，張喦，楊貴強(qiáng)，石小軍，戴立勇

（1.中海石油環(huán)保服務(wù)（天津）有限公司，天津 300452；2.南京碧盾環(huán)保裝備有限責(zé)任公司，南京 210032）

TAN Jia-xiang1, XU Peng2, WANG Sheng1, ZHANG Yan1, YANG Gui-qiang1, SHI Xiao-jun2, DAI Li-yong2

(1.China Offshore Petroleum Environmental Protection Service (Tianjin) Co., Ltd, Tianjin 300452; 2.Nanjing Bidun Environm ental Protection Equipm ent Co., Ltd, Nanjing 210032, China)

阻截除油技術(shù)在渤西油氣處理廠的應(yīng)用

譚家翔1，徐鵬2，王勝1，張喦1，楊貴強(qiáng)1，石小軍2，戴立勇2

（1.中海石油環(huán)保服務(wù)（天津）有限公司，天津 300452；2.南京碧盾環(huán)保裝備有限責(zé)任公司，南京 210032）

“阻截除油”是一種基于新理念、新材料而開發(fā)出的新型油水分離工藝。本文介紹了該新工藝的工作原理，通過對(duì)渤西油氣處理廠現(xiàn)場(chǎng)采油生產(chǎn)含油污水（生產(chǎn)水）進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)，檢驗(yàn)了以“阻截油水分離”新技術(shù)為核心的新型含油污水處理裝置在采油生產(chǎn)含油污水處理方面的性能，并獲取了對(duì)新工藝進(jìn)行適用性優(yōu)化改進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，利于進(jìn)一步對(duì)該工藝的推廣應(yīng)用。

阻截除油;回注水處理;溢油;采油平臺(tái);含油污水處理

1 阻截除油技術(shù)

“阻截除油”是一種基于新理念、新材料而開發(fā)出的新型油水分離新工藝，該工藝與傳統(tǒng)的吸附除油機(jī)理有著本質(zhì)上的區(qū)別。實(shí)現(xiàn)阻截除油的物質(zhì)基礎(chǔ)是一種特殊功能纖維—HK纖維，該種復(fù)合結(jié)構(gòu)纖維的表層結(jié)構(gòu)中有序均布著豐富的強(qiáng)極性官能基團(tuán)。當(dāng)HK纖維遇水時(shí)，極性的水分子即與纖維表面功能結(jié)構(gòu)中的極性官能基團(tuán)發(fā)生極性鍵締合，從而在纖維表面形成較穩(wěn)定的固定化締合水膜。將HK纖維以足夠的密度織成膜布—HK阻截膜，當(dāng)該HK阻截膜浸沒于水中時(shí)，水分子即滲入該膜結(jié)構(gòu)的空隙中并與纖維表層的功能基團(tuán)發(fā)生締合，這個(gè)過程叫做HK膜的水合活化。由于HK纖維上的官能基團(tuán)與水分子之間的極性鍵鍵能要高于水分子之間的氫鍵，完成水合活化的HK阻截膜結(jié)構(gòu)空隙中的水分子就相對(duì)固定化，當(dāng)含油的水要透過這層HK阻截膜時(shí)，來水一側(cè)的水分子必須與膜結(jié)構(gòu)中的締合水分子發(fā)生置換透過，而油等憎水性分散質(zhì)及懸浮雜質(zhì)則不能與膜內(nèi)締合水發(fā)生置換而被阻截在膜外，從而成功地實(shí)現(xiàn)了油水分離及水體凈化，這種效應(yīng)被定義為動(dòng)態(tài)選擇阻截膜效應(yīng)，從現(xiàn)象上看就是水過油不過。由于構(gòu)成HK阻截膜的HK纖維被締合在其上的水所嚴(yán)密覆裹，在工作過程中被阻截的油粒不能吸附到HK膜上造成污染，同時(shí)水中的懸浮雜質(zhì)也只能游移在膜外表面，被阻截膜外表面的水流沖刷帶出罐體。旁流出罐的較濃縮的水經(jīng)過同原理的后兩級(jí)錯(cuò)流阻截罐的分離，滲透出的潔凈水匯集出流，第三級(jí)錯(cuò)流阻截罐的旁流濃縮液回流到物理激發(fā)罐繼續(xù)處理，從而實(shí)現(xiàn)了含油污水油水分離與凈化的目標(biāo)。而正是由于阻截除油膜材料所固有的阻截、排斥油等憎水性雜質(zhì)通過的特性，即便是在來水含油量發(fā)生較大波動(dòng)時(shí)仍能保持較好的油水分離效果。

注：國(guó)家科技支撐計(jì)劃《智能化水面溢油處置平臺(tái)及成套裝備研制》項(xiàng)目（編號(hào)2012BAC14B00）。

2 阻截除油技術(shù)的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用實(shí)踐的目的

通過阻截除油技術(shù)在渤西油氣處理廠現(xiàn)場(chǎng)對(duì)海上石油生產(chǎn)含油污水進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)，檢驗(yàn)以“阻截油水分離”新技術(shù)為核心的新型含油污水處理裝置在海上石油生產(chǎn)含油污水處理方向的適用性、先進(jìn)性、可靠性，并在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行中進(jìn)一步獲取對(duì)新工藝進(jìn)行適用性優(yōu)化改進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，為新型油污水處理工藝的工業(yè)推廣應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 渤西油氣處理廠概況

渤西油氣處理廠是渤西油田群聯(lián)合開發(fā)的下游工程，距海上渤西油田群約46.5km。油、氣分輸上岸，管道海上長(zhǎng)39.5km，陸上管長(zhǎng)7km。一期工程于1997年11月建成投產(chǎn)，二期工程在原一期工程的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)建，于1999年10月建成。渤西油氣處理為油、氣、水處理工藝兼有的陸上終端，對(duì)來自渤西海上油田的含水原油、天然氣及生產(chǎn)污水進(jìn)行處理。一級(jí)、二級(jí)三相分離器分離出來的污水進(jìn)入污水處理單元，目前的年污水處理量在46.34萬噸。

3 試驗(yàn)工藝流程

如圖1所示，三相分離器排出的采油含油廢水經(jīng)過一級(jí)沉降罐后，經(jīng)流程增壓泵加壓到0.2MPa后，接入本套含油污水處理裝置。來水首先進(jìn)入水力多相分離器脫除來水中所含的泥沙顆粒物，并在器內(nèi)流程進(jìn)行懸浮油水力分離，然后水流進(jìn)入激發(fā)分離罐，在經(jīng)過該罐內(nèi)的物理激發(fā)器時(shí)，在激發(fā)器內(nèi)特制的激發(fā)通路結(jié)構(gòu)中收到特殊水力作用，使油田含油污水中殘余的少量揮發(fā)性天然氣被激發(fā)而同時(shí)釋放出來，水中產(chǎn)生的大量微小天然氣泡即吸附攜帶著水中的油粒及懸浮雜質(zhì)浮到水面，從而分離去除采油廢水中的油、懸浮物；經(jīng)過物理激發(fā)三相分離后的水經(jīng)過中間水泵增壓后，進(jìn)入物理截油器，含油污水先經(jīng)過罐內(nèi)的紊流擴(kuò)散器初步分離水中的懸浮油，然后再經(jīng)過多孔陶瓷凝聚截濾層凝聚粗?；臀鬯械奈⑿∮土２V除水中的懸浮雜質(zhì)，聚結(jié)后出水自壓進(jìn)入阻截除油器；阻截除油器內(nèi)裝配了具有高性能選擇性阻截除油效能的HKB-2型阻截膜單元，可以較徹底地阻截分離來水中的油分，被阻截的油微粒在膜單元外表面逐漸富集、凝聚然后按設(shè)定的水力通道上浮集聚與罐頂適時(shí)排出，水則置換滲透通過HK阻截膜。從HK阻截膜單元出來的潔凈水在進(jìn)入系統(tǒng)終端的定量保安精濾器保護(hù)性地濾除水中殘留的微量懸浮雜質(zhì)，出水水質(zhì)指標(biāo)為含油量≤5mg/L、懸浮物≤2mg/L、懸浮顆粒物粒徑中值≤1.5μm。

圖1 試驗(yàn)工藝流程

該方案流程中主要的處理工藝為：水力多相分離，物理激發(fā)三相分離除油、除污，阻截除油凈化等，其中阻截除油凈化工藝段為整個(gè)系統(tǒng)的核心工藝。

4 試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

該套裝置為試驗(yàn)性的設(shè)備系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行控制由撬裝結(jié)構(gòu)上的一臺(tái)控制柜集中控制?？刂乒癫捎萌釶LC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，操作界面為1面10′彩色觸摸顯示屏，裝置內(nèi)壓力、流量、溫度等監(jiān)控遠(yuǎn)傳儀表及油分儀的信號(hào)均傳至控制盤顯示器上顯示。

系統(tǒng)中的各單體設(shè)備的運(yùn)、停及沖洗等基本都實(shí)現(xiàn)自控，自動(dòng)閥門采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（由配套的電磁閥一一對(duì)應(yīng)控制），PLC控制器按設(shè)定的程序指令氣動(dòng)閥門執(zhí)行自動(dòng)操作。配套的兩臺(tái)增壓水泵在控制盤上執(zhí)行操作，其中采用電機(jī)變頻控制轉(zhuǎn)速的中間水泵與 “物理激發(fā)罐”的液位微壓變送器聯(lián)動(dòng)，以保持“物理激發(fā)罐”內(nèi)液位的基本平衡。試驗(yàn)設(shè)備外觀見圖2，膜組件見圖3。

圖2 試驗(yàn)設(shè)備外觀

圖3 膜組件

4.1 設(shè)備規(guī)格

試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)處理能力為20m3/h；撬裝外形尺寸6000×2400×2900mm；潔凈水箱容量5m3，規(guī)格為Ф2200×2400mm；電氣設(shè)備防護(hù)等級(jí)IP55；電氣設(shè)備防爆等級(jí)d IICT4；控制柜、儀表箱為正壓防爆型；試驗(yàn)設(shè)備布置占地約30m2，需要大約長(zhǎng)10m、寬3m的平整場(chǎng)地，水泥或碎石地面均可。

4.2 水質(zhì)處理參數(shù)

（1）來水水質(zhì)設(shè)計(jì)條件：含油量≤1000mg/L；懸浮物≤500mg/L；壓力0.2～0.5MPa；礦化度10,000～20,000mg/L；進(jìn)水溫度30℃～60℃。

（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)出水水質(zhì)指標(biāo)：含油量≤5mg/L；懸浮物≤2mg/L；粒徑中值≤1.5μm。

4.3 水、電、氣接口要求

（1）試驗(yàn)水源：自含油污水一次沉降罐到二次沉降罐的連通管上接出，接口為DN65；從該接口接出的管道經(jīng)過一臺(tái)流程增壓泵后接入試驗(yàn)裝置的入口。

（2）試驗(yàn)電源：試驗(yàn)裝置配有3kW、4kW水泵各一臺(tái)，需要就近電源提供380VAC，容量8kW，用電纜接入試驗(yàn)裝置撬裝上的控制柜進(jìn)線端子；儀表控制設(shè)備需要提供220VAC不小于500W，用電纜接入試驗(yàn)裝置撬裝上的PLC控制柜?？刂乒駷樵鰤悍辣停枰獜膲嚎s空氣管路上接出一路DN15氣源管給正壓控制柜送風(fēng)。

（3）壓縮空氣：試驗(yàn)裝置運(yùn)行中需要兩路壓縮空氣。一路是提供設(shè)備上的氣動(dòng)閥門動(dòng)力的儀用壓縮空氣，壓力0.4M～0.7MPa、瞬時(shí)最大用氣量8NL/min，現(xiàn)場(chǎng)附近應(yīng)能提供DN15、壓力大于0.4MPa的儀表氣接口；試驗(yàn)裝置設(shè)備的部分處理罐在運(yùn)行期間需要用普通壓縮空氣進(jìn)行輔助反沖洗，瞬時(shí)最大用氣量為70NL/min，現(xiàn)場(chǎng)附近應(yīng)能提供不小于DN25、壓力大于0.3MPa的壓縮空氣接口。

4.4 處理出水與廢水排放

（1）處理后的出水用DN65橡膠軟管通入一個(gè)5m3的潔凈水箱，然后從潔凈水箱DN80溢水口通入含油污水處理系統(tǒng)的氣浮系統(tǒng)出水水池。

（2）潔凈水箱內(nèi)放置的一臺(tái)潛水泵，設(shè)備反沖洗時(shí)利用潛水泵泵水入設(shè)備的反洗水入口，反沖洗廢水排入氣浮污水池。反沖洗廢水主要含油及懸浮雜質(zhì)。

（3）物理激發(fā)罐分離出來的浮油、浮渣通過排污管道自流排入氣浮油污水池或隔油池。

5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

采用石油類，紅外分光光度法GB/T16488-1996標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)裝置的處理數(shù)據(jù)見下表。

上表中的含油指標(biāo)有些偏差，原因是油田含油污水中殘余的少量乏揮發(fā)性天然氣被激發(fā)后，對(duì)后續(xù)工藝的影響造成的，當(dāng)采用SY/T5329-94碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法時(shí)，送檢的四個(gè)樣品含油量為：0.6、0.3、2.1及0.8mg/L，完全在系統(tǒng)設(shè)計(jì)出水的水質(zhì)指標(biāo)范圍內(nèi)。

試驗(yàn)裝置處理后的水樣與原系統(tǒng)處理水樣的對(duì)比見圖4。

6 結(jié)語

試驗(yàn)表明，以“阻截油水分離”新技術(shù)為核心的新型含油污水處理裝置在海上石油生產(chǎn)含油污水處理方面具有占地少，處理精度高，節(jié)能和節(jié)省藥劑的多重優(yōu)點(diǎn)，并且處理手段是物理性的，可根據(jù)平臺(tái)使用面積設(shè)計(jì)成多種處理量級(jí)的設(shè)備，完全可在海上生產(chǎn)裝置上推廣使用，在達(dá)標(biāo)排放或達(dá)標(biāo)回注的前提下，簡(jiǎn)化流程、降低生產(chǎn)成本。

Application of Oil Obstruction and Removal Technology in Boxi Oil and Gas Treatment Plant

The “Oil obstruction and removal” is a new separation technology of oil and water based on the new ideas and new m aterials. The paper presents the working principle of the new technology. Based on the actual operation experiments of the oil-bearing sewage (production water) of oil extraction in Boxi Oil and Gas Treatment Plant, the paper verifies the capabilities of the oil-bearing sewage water treatment produced in oil extraction and obtains the experiences which are optim ized and im proved by the new technology and which are beneficial to popularization and app lication of the new technology.

oil obstruction and removal; treatment of return water flooding; spilling oil; oil extraction p latform; oil-bearing sewage water treatment

TAN Jia-xiang1, XU Peng2, WANG Sheng1, ZHANG Yan1, YANG Gui-qiang1, SHI Xiao-jun2, DAI Li-yong2

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1006-5377（2014）03-0016-04