核桃殼過濾強(qiáng)腐蝕含油污水工藝優(yōu)化

王吉?！【铣刹拧￠愐莩±睢±住⊥酢∑健〔芰④?/p>

中國石油塔里木油田分公司

核桃殼過濾強(qiáng)腐蝕含油污水工藝優(yōu)化

王吉福鞠成才閻逸超李雷王平曹立軍

中國石油塔里木油田分公司

某核桃殼污水處理系統(tǒng)投運(yùn)初期處理水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，水中懸浮物含量≤10 mg/L，含油量≤5 mg/L，但運(yùn)行約半年之后，水質(zhì)開始連續(xù)超標(biāo)。通過對過濾器進(jìn)行防腐處理、過濾器進(jìn)水流程優(yōu)化改造、在過濾器反沖洗流程增加反沖洗劑加注裝置、增加反沖洗頻次等工藝優(yōu)化，最終使得污水處理水質(zhì)合格，懸浮物含量和含油量都在5 mg/L以下。系統(tǒng)工藝改造運(yùn)行1年多，過濾器內(nèi)部附件未發(fā)生腐蝕脫落，核桃殼濾料未發(fā)生嚴(yán)重板結(jié)。

污水處理；核桃殼過濾器；腐蝕；工藝優(yōu)化；水質(zhì)

某油田16#碎屑巖開發(fā)區(qū)塊目前日產(chǎn)原油129 t、日產(chǎn)水2 556 t，井口產(chǎn)液量全部進(jìn)入16#轉(zhuǎn)油站。產(chǎn)出液在轉(zhuǎn)油站經(jīng)分離器進(jìn)行初步油水分離，然后再進(jìn)入1 000 m3沉降罐進(jìn)一步沉降分離。沉降分離完成后，原油及部分采出水通過離心泵管輸至1#聯(lián)合站進(jìn)行再處理，沉降罐底部污水則排入站外萬方曬水池，日排污水量約1 200 m3。外排曬水池的污水經(jīng)過核桃殼過濾器過濾處理后再回注到地層中避免污染環(huán)境。

1　污水處理工藝現(xiàn)狀及問題

16#轉(zhuǎn)油站核桃殼過濾污水處理系統(tǒng)于2012年10月建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)污水處理能力2 000 m3/d，污水處理后水中懸浮物含量≤10 mg/L、含油量≤5 mg/L，達(dá)到碎屑巖油藏注水指標(biāo)中四級注水水質(zhì)要求［1］。

污水處理工藝流程示意圖如圖1所示，其中曬水池設(shè)計(jì)有效容量20 000 m3，污水提升泵額定排量100 m3/h，反沖洗泵額定排量100 m3/h，喂水泵額定排量85 m3/h。核桃殼過濾器主要技術(shù)參數(shù)：型號為HLJ3000ⅡZ，進(jìn)水水質(zhì)中稀油含油量和懸浮物含量要求都≤20 mg/L，過濾器進(jìn)口篩管10根，濾速20 m/h，污水處理量100 m3/h，反沖洗強(qiáng)度0.25 m3/（min·m2），反沖洗時間10～20 min，反沖洗周期8～12 h。

圖1　16#轉(zhuǎn)油站污水處理工藝

該系統(tǒng)投運(yùn)初期，污水經(jīng)核桃殼過濾器過濾后出水水質(zhì)偶爾會有幾次化驗(yàn)超標(biāo)，大部分時間都能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，如圖2所示。運(yùn)行約6個月后，核桃殼過濾器出口水質(zhì)開始長期不達(dá)標(biāo)，如圖3所示。

圖2　投運(yùn)初期過濾器出水水質(zhì)

圖3　運(yùn)行半年后過濾器出水水質(zhì)

2　原因分析

根據(jù)現(xiàn)場污水處理工藝流程，從核桃殼過濾器及濾料，核桃殼過濾器進(jìn)水，以及核桃殼過濾器反沖洗三個方面進(jìn)行水質(zhì)超標(biāo)分析。

2.1核桃殼過濾器及濾料

2013年6月，對2臺核桃殼過濾器進(jìn)行開罐檢查發(fā)現(xiàn)，其中1臺核桃殼過濾器中的核桃殼濾料已經(jīng)嚴(yán)重板結(jié)成大塊濾料；另外1臺核桃殼過濾器中進(jìn)口有1根篩管發(fā)生腐蝕脫落，罐中的濾料完全消失，成為空罐。這表明16#轉(zhuǎn)油站污水具有強(qiáng)腐蝕性，核桃殼濾料再生效果差。

表1　16#轉(zhuǎn)油站核桃殼過濾器進(jìn)口污水離子分析

2013年7月1日，取核桃殼過濾器進(jìn)口進(jìn)行離子分析，分析結(jié)果如表1所示，污水氯離子濃度恰好處在高腐蝕速率區(qū)間［2］。污水的高腐蝕性導(dǎo)致核桃殼過濾器內(nèi)進(jìn)口篩管脫落，當(dāng)核桃殼過濾器進(jìn)行反沖洗時，濾料隨著反沖洗水一起流出過濾罐，引起過濾失效，導(dǎo)致核桃殼過濾器出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。

核桃殼濾料親水性好，截污能力和除油率較高，不易在酸堿溶液中溶解，耐腐蝕，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。一方面它可以直接截留污水中的懸浮顆粒；另一方面，依靠特有的表面性能粘附污水中的污油和膠質(zhì)［3］。當(dāng)核桃殼濾料表面粘附過多的污油、膠質(zhì)后，濾料容易板結(jié)成塊狀，導(dǎo)致濾料過濾性能降低。

2.2核桃殼過濾器進(jìn)水

根據(jù)現(xiàn)場流程發(fā)現(xiàn)，核桃殼過濾器進(jìn)水過程是通過提升泵直接在曬水池中取水，取水點(diǎn)距離沉降罐排水口和過濾器反沖洗出口距離僅1 m左右。分析認(rèn)為，沉降罐排出的含油污水和過濾器反沖洗污水在曬水池未沉降分離即被提升泵抽走，導(dǎo)致過濾器進(jìn)口水質(zhì)較差，超過了該過濾器對進(jìn)水水質(zhì)含油量和懸浮物含量要求都≤20 mg/L的要求。

2.3核桃殼過濾器反沖洗

核桃殼過濾器反沖洗是通過罐頂攪拌器攪拌和反沖洗泵，利用濾后水沖洗完成反沖洗過程，反沖洗頻次是每日2次，每次反沖洗10 min。開罐檢查發(fā)現(xiàn)，核桃殼過濾器運(yùn)行半年后濾料就板結(jié)成塊，核桃殼再生效果差，過濾污水能力下降。說明僅依靠物理清洗，核桃殼濾料清洗再生非常困難。

綜上分析可知，16#轉(zhuǎn)油站污水處理工藝處理水質(zhì)連續(xù)不達(dá)標(biāo)主要原因是：

（1）污水腐蝕性強(qiáng)。污水的強(qiáng)腐蝕性導(dǎo)致核桃殼過濾器內(nèi)部附件使用僅半年時間就腐蝕失效。

（2）核桃殼濾料板結(jié)嚴(yán)重。僅依靠反沖洗泵用濾后水對核桃殼進(jìn)行清洗再生作用效果差，濾料表面粘附的污油、膠質(zhì)等沖洗不干凈，導(dǎo)致濾料使用時間不長就發(fā)生嚴(yán)重板結(jié)。

（3）核桃殼過濾器進(jìn)水水質(zhì)較差。核桃殼過濾器進(jìn)水懸浮物含量和含油量都大于20 mg/L，超過了核桃殼過濾器對進(jìn)水水質(zhì)要求。

3　工藝優(yōu)化及應(yīng)用效果

根據(jù)處理水質(zhì)不達(dá)標(biāo)原因，逐一找到解決辦法進(jìn)行工藝優(yōu)化，優(yōu)化后污水處理工藝流程示意圖如圖4所示。

（1）針對16#轉(zhuǎn)油站污水強(qiáng)腐蝕性，更換核桃殼過濾器濾罐內(nèi)部附件，附件金屬部分全都采用316 L材質(zhì)，過濾罐內(nèi)壁及附件都重新刷內(nèi)涂層進(jìn)行防腐處理。

圖4　工藝優(yōu)化后污水處理流程

（2）對于核桃殼濾料板結(jié)嚴(yán)重問題，一方面通過在反沖洗泵進(jìn)口加注反沖洗劑，采用物理清洗與化學(xué)清洗相結(jié)合方法進(jìn)行濾料再生；另一方面，增加反沖洗頻次，由原來的每日反沖洗2次增加至每日反沖洗3次。

（3）反沖洗劑加藥泵與反沖洗泵之間設(shè)計(jì)連鎖，當(dāng)反沖洗泵啟停時，反沖洗劑加藥泵連鎖啟停，降低手動啟停泵的勞動強(qiáng)度，節(jié)省勞動時間。

（4）充分利用曬水池旁邊的隔油池，將沉降罐排水及核桃殼過濾器反沖洗出水先全部排入隔油池，在重力分離作用下對污水進(jìn)行油水分離和懸浮顆粒沉降，然后再進(jìn)入曬水池。進(jìn)入曬水池的排水點(diǎn)與核桃殼過濾器提升泵的取水點(diǎn)距離約50 m，這樣曬水池也可以起到沉降分離效果。

經(jīng)上述工藝流程改造后，16#轉(zhuǎn)油站核桃殼過濾器進(jìn)水水質(zhì)及過濾后水質(zhì)大部分時間均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，濾后水懸浮物含量和含油量都≤5 mg/L，如圖5、6所示。截至2014年12月，過濾器內(nèi)部附件未發(fā)生腐蝕脫落，核桃殼濾料未發(fā)生嚴(yán)重板結(jié)。

圖5　核桃殼過濾器進(jìn)出口懸浮物含量曲線

圖6　核桃殼過濾器進(jìn)出口含油量曲線

4　結(jié)論

（1）16#開發(fā)區(qū)塊采出水礦化度約6×104mg/L，處于高腐蝕速率區(qū)間，在污水處理工藝設(shè)計(jì)中對設(shè)備進(jìn)行防腐處理可延長設(shè)備檢維修周期。

（2）核桃殼濾料僅用物理清洗方法進(jìn)行濾料再生比較困難，物理清洗與化學(xué)清洗相結(jié)合方式，可使濾料得到較大程度的清洗。

（3）反沖洗劑加藥泵與反沖洗泵之間設(shè)計(jì)啟停泵連鎖，可有效降低加注反沖洗劑的勞動強(qiáng)度和節(jié)約勞動時間。

（4）應(yīng)用隔油池可有效降低污水處理系統(tǒng)的負(fù)荷，緩解核桃殼濾料板結(jié)狀況，延長濾料使用時間。

［1］碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法：SY/T5329—2012［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2012.

［2］曹懷山，譚云賢，羅楊，等.注水井腐蝕原因分析及防護(hù)對策［J］.石油與天然氣化工，2010，39（2）：151-154.

［3］黃廷林，宋維營，趙建偉.采油廢水處理中核桃殼濾料再生技術(shù)研究［J］.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2003，5（3）：238-242.

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.020

2015-03-09