喇嘛甸油田氣浮沉降工藝試驗

蔣擎 明星 張淇銘 萬振中大慶油田采油六廠大慶油田采油二廠

喇嘛甸油田氣浮沉降工藝試驗

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2010年，喇嘛甸油田首次在喇三污水站開展了沉降罐加斜管溶氣氣浮工藝的試驗研究，將站內(nèi)的二次沉降罐改造為斜管溶氣氣浮沉降罐，以提高污水處理效果。通過試驗證明，當(dāng)喇三污水站氣浮沉降罐的回流比在10%～25%之間，空壓機壓力在0.4～0.6MPa之間時，污水處理效果較好。當(dāng)一次沉降罐應(yīng)用氣浮分離工藝時，宜采用中心筒底部切向進水方式；二次沉降罐應(yīng)用氣浮工藝時，宜采用中心筒頂部迷宮式進水方式。氣浮工藝應(yīng)用于一次沉降罐時，收油系統(tǒng)宜采用刮油設(shè)備進行機械收油的方式；而應(yīng)用于二次沉降罐時，收油系統(tǒng)宜采用小排量連續(xù)收油方式。

氣浮裝置；含聚污水；沉降罐；優(yōu)化設(shè)計；參數(shù)

目前，喇嘛甸油田已形成水驅(qū)、聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等多種開發(fā)方式并存的格局，由于高濃度聚驅(qū)的大規(guī)模推廣，采出污水含聚濃度不斷升高。與水驅(qū)污水相比，聚驅(qū)污水的黏度增高，油珠和懸浮固體顆粒變得細(xì)小，導(dǎo)致含聚污水中油、水、懸浮固體之間分離難度加大，從而增加了污水的處理難度。

1 氣浮工藝現(xiàn)場試驗

面對油田污水含聚濃度不斷上升，針對過去水驅(qū)污水設(shè)計的站庫適應(yīng)性越來越差的問題，通過在原有設(shè)備基礎(chǔ)上進行技術(shù)改進的方法，提高設(shè)備的適應(yīng)能力[1]。2010年，喇嘛甸油田首次在喇三污水站開展了沉降罐加斜管溶氣氣浮工藝的試驗研究，將站內(nèi)的二次沉降罐改造為斜管溶氣氣浮沉降罐，以提高污水處理效果。

喇三污水站氣浮裝置由沉降罐、壓力溶氣水罐、空壓機和溶氣水泵等設(shè)備組成。工藝流程如下：一次沉降后的污水經(jīng)高效加藥反應(yīng)器充分反應(yīng)，從中心筒底部經(jīng)過導(dǎo)流區(qū)進入氣浮沉降罐內(nèi)斜管沉淀室，在斜管上的油泥依靠水流的推力及自重沉入底部泥斗中；尚不能沉淀去除的絮油珠繼續(xù)隨水流向上，在接觸室遇到釋放器釋出的20～40μm微氣泡后，形成帶氣絮粒上浮至分離室液面，浮渣溢流至環(huán)形集油槽中通過排渣管排出；分離室內(nèi)底部集水管將處理達標(biāo)后的水經(jīng)出水管排出，進入下一級處理工藝進行處理。

氣浮沉降罐出水的一部分通過溶氣水泵進行循環(huán)回流，回流水與空壓機吸入的空氣進入壓力溶氣水罐后，混合加壓形成溶氣水，再通過沉降罐內(nèi)的釋放頭，均勻地釋放出氣泡。

2 試驗效果分析

2.1 氣浮裝置參數(shù)優(yōu)化

2.1.1 回流比的優(yōu)化

回流比是指用于溶氣的水量（即回流水量）與處理量之間的比值，回流的溶氣水越多，處理效果越好，但重復(fù)處理的水量也越多，能耗也越大[2]。因此，開展了對不同回流比的跟蹤試驗。

從試驗結(jié)果可以看出，回流比＜10%時，氣浮對污油和懸浮物的去除率很低，原因是當(dāng)回流比＜10%時，氣浮溶氣釋放水減少，釋放的氣體增加，這樣在釋放水和釋放氣體混合時，無法形成微米級氣泡，影響了污油的去除效果；回流比＞15%時，去除率較高并趨于平穩(wěn)。經(jīng)過試驗分析，將喇三氣浮沉降罐的回流比控制在10%～25%，這樣既不會影響沉降罐效率，又能夠保證處理效果。

2.1.2 空壓機壓力的優(yōu)化

溶氣罐內(nèi)的壓力是由空壓機氣壓和水泵共同決定的，它是影響溶氣量的重要因素。一般情況下，壓力高，則溶氣多。在正常運轉(zhuǎn)時，首先要保證足夠的水壓，但水壓和氣壓又要基本相當(dāng)，因此開展了空壓機壓力的參數(shù)優(yōu)化試驗。

從試驗結(jié)果可以看出：空壓機壓力＜0.4MPa時，氣浮對污油和懸浮物的去除率很低；空壓機壓力在0.4～0.6MPa時，氣浮對污油和懸浮物的去除率較高；空壓機壓力＞0.6MPa時，氣浮對污油和懸浮物的去除率降低。這時因為當(dāng)空壓機壓力＜0.4MPa時，溶氣釋放器無法開啟或少量開啟，影響了氣浮的去除效果；空壓機壓力＞0.6MPa時，溶氣釋放器釋放的微氣泡會被高壓力水流沖散，無法形成有效的微氣泡，去除率降低。因此空壓機壓力在0.4～0.6MPa之間具有較好的處理效果。

通過試驗，確定了回流比在10%～25%之間，空壓機壓力在0.4～0.6MPa之間時，為喇三氣浮沉降罐的最佳運行參數(shù)[3]。

2.2 氣浮工藝現(xiàn)場試驗效果

對氣浮裝置參數(shù)優(yōu)化后，系統(tǒng)運行平穩(wěn)。為了進一步驗證氣浮工藝的處理效果，開展了氣浮裝置運行和停運的對比試驗。

從氣浮裝置停運和運行期間除油率對比情況可以看出，氣浮運行期間除油率為62.77%，氣浮停運期間除油率僅為19.22%。

從氣浮裝置停運和運行期間懸浮物去除率對比情況可以看出，氣浮運行期間懸浮物去除率為61.5%，氣浮停運期間懸浮物去除率僅為17.43%。

通過氣浮設(shè)備運行及停運期間的水質(zhì)情況對比可以看出，氣浮裝置在運行時比停運時除油率平均高43.55%，除懸浮物率平均高44.07%。

3 氣浮技術(shù)的推廣應(yīng)用及優(yōu)化設(shè)計

通過試驗數(shù)據(jù)可以看出，氣浮工藝對含聚污水的處理效果顯著，因此，2012年在喇Ⅱ—1污水站改造中應(yīng)用氣浮工藝。針對氣浮工藝對污油去除的良好效果，將氣浮工藝設(shè)計應(yīng)用于一次沉降罐，以提高一次沉降的運行效率。并且，在喇三氣浮沉降罐的基礎(chǔ)上，對喇Ⅱ—1污水沉降罐進行了優(yōu)化設(shè)計，使其更適應(yīng)在一次沉降罐上使用。

3.1 釋放系統(tǒng)的優(yōu)化

溶氣釋放器是氣浮系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置，合理地布置釋放器，可使溶氣水的作用范圍遍及全區(qū)，減少死角，提高氣泡的利用率，從而提高除油效果。喇三污水站氣浮工藝的溶氣釋放器密集地分布在中心筒外圍，輻射范圍小，易產(chǎn)生污水溶氣氣泡結(jié)合盲區(qū)，當(dāng)處理量增加、沉降時間減少時，就會影響氣浮處理效果。通過表1可以看出，隨著處理量的增加，污油和懸浮物的去除率保持在60%左右，但當(dāng)處理量增加一定值時，去除率降低。

表1 不同處理量時氣浮裝置對污油及懸浮物的去除率

因此在喇Ⅱ—1氣浮沉降罐的設(shè)計中，考慮將溶氣釋放器安裝于沉降罐中心筒內(nèi)部，使含油污水經(jīng)過導(dǎo)流區(qū)在中心筒內(nèi)部接觸室就可與釋放的微米級氣泡充分結(jié)合，形成帶氣絮粒后進入分離室，延長了處理污水與溶氣水接觸時間，減少了氣泡結(jié)合盲區(qū)，從而提高氣浮工藝的處理效果。另外，針對一沉回流水含雜質(zhì)較多，易造成堵塞釋放器的問題，在設(shè)計過程中應(yīng)用了可伸縮的膜片結(jié)構(gòu)防堵釋放器，保證溶氣釋放系統(tǒng)高效、平穩(wěn)運行。

3.2 進水方式的設(shè)計

喇三污水站氣浮沉降罐的進水方式為中心筒頂部進水，經(jīng)過多個隔板形成的導(dǎo)流區(qū)后，從中心筒底部的配水孔進入沉降罐內(nèi)部，這種迷宮式進水方式增加了污水內(nèi)雜質(zhì)相互碰撞的幾率，有利于懸浮物之間的聚并。而在喇Ⅱ—1氣浮沉降罐的設(shè)計中，為了提高氣浮的除油能力，將沉降罐進水方式設(shè)計為中心筒底部切向進水，令污水處于層流狀態(tài)，使細(xì)小油珠與氣泡充分結(jié)合，提高除油效率。

3.3 設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計

喇三污水站的氣浮工藝應(yīng)用于二次沉降罐，由于經(jīng)過了一沉的收油，二沉主要去除更加細(xì)小的乳化油及懸浮物，因此氣浮罐內(nèi)設(shè)計斜管沉淀室，使油泥及懸浮固體顆粒在斜管上依靠水流的推力及自身重力沉淀下去。而在喇Ⅱ—1污水沉降罐改造中，將氣浮工藝應(yīng)用于一次沉降罐，在設(shè)計過程中，考慮到一次沉降罐進水水質(zhì)相對較差，斜管填料區(qū)易被污油阻塞甚至堵死，喇Ⅱ—1氣浮沉降罐不設(shè)計斜管沉淀室，從而確保設(shè)備平穩(wěn)運行。

3.4 收油系統(tǒng)的優(yōu)化

對于氣浮沉降工藝，若不能實現(xiàn)高效收油，將大大影響沉降效果。喇三污水站氣浮罐采用頂部環(huán)形集油槽液面溢流收油的方式進行收油，在液面很難調(diào)節(jié)的情況下，液面達不到溢流高度，收油效率低。特別是在冬季溫度下降時，油液面發(fā)擰，流動性變差，收油效果不理想。因此，在喇Ⅱ—1污水站沉降罐改造中采用大型鋼制沉降罐刮油設(shè)備，利用液壓傳動方式，根據(jù)液面高度自動收油。通過對集油槽布置方式的合理設(shè)計，實現(xiàn)用氣浮系統(tǒng)進行機械收油，從而提高氣浮沉降罐的收油效率。

4 結(jié)論

（1）通過試驗證明，當(dāng)喇三污水站氣浮沉降罐的回流比在10%～25%之間，空壓機壓力在0.4～0.6MPa之間時，污水處理效果較好。

（2）當(dāng)一次沉降罐應(yīng)用氣浮分離工藝時，宜采用中心筒底部切向進水方式；二次沉降罐應(yīng)用氣浮工藝時，宜采用中心筒頂部迷宮式進水方式。

（3）氣浮工藝應(yīng)用于一次沉降罐時，收油系統(tǒng)宜采用刮油設(shè)備進行機械收油的方式；而應(yīng)用于二次沉降罐時，收油系統(tǒng)宜采用小排量連續(xù)收油方式。

[1]房永，陳忠喜，夏福軍．沉降罐加氣浮裝置處理含油污水[J]．油氣田地面工程，2007，26（4）：26-27.

[2]張聲，劉洋，張曉健．溶氣氣浮工藝在給排水處理中的應(yīng)用[J]．中國給排水，2003（8）：26-29.

[3]張海永，王傳新，張華峰，等．溶氣氣浮工藝應(yīng)用于含聚污水處理[J]．油氣田地面工程，2010，29（1）：42-43.

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.006