氣田污水處理系統(tǒng)優(yōu)化運行效果評價

景元，王德龍，高好潔，朱珠，錢偉彬，高欣，方丹，于洋

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林718100）

氣田污水處理系統(tǒng)優(yōu)化運行效果評價

景元，王德龍，高好潔，朱珠，錢偉彬，高欣，方丹，于洋

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林718100）

氣田污水處理系統(tǒng)是天然氣處理廠穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，米脂天然氣處理廠氣田污水處理系統(tǒng)自2007年投運以來在生產(chǎn)運行過程中所暴露出的各類矛盾和問題。本文通過對米脂天然氣處理廠氣田污水處理系統(tǒng)運行現(xiàn)狀分析，針對現(xiàn)場存在的不足，結(jié)合現(xiàn)場工藝及設(shè)備條件提出工藝改造措施并實施，促使氣田污水處理系統(tǒng)在生產(chǎn)組織、工藝運行、節(jié)能降耗等方面能起到良好的效果。

氣田污水系統(tǒng)；靜置時間；加藥制度；效果評價

米脂天然氣處理廠氣田污水處理系統(tǒng)自2007年投運以來，在歷年的生產(chǎn)運行過程中所暴露出來的各類矛盾和問題，從2013年開始，歷經(jīng)近兩年的調(diào)研、論證、可行性分析及現(xiàn)場實施，在2014年夏季組織實施了一系列工藝配套措施，促使氣田污水處理系統(tǒng)在生產(chǎn)組織、工藝運行、節(jié)能降耗等方面能起到良好的效果。

1　氣田污水處理系統(tǒng)概況

米脂天然氣處理廠污水處理單元是子洲氣田甲醇回收利用的關(guān)鍵。由處理能力150 m3/d的污水預(yù)處理、甲醇再生、污水回注等三部分組成。

1.1污水預(yù)處理系統(tǒng)

氣田污水進入立式除油罐進行初步除油，然后進入調(diào)節(jié)罐進行沉降，依次加入絮凝劑、NaOH、雙氧水，充分混合后進入斜管除油器進行二次除油，除油后氣田污水進入中間罐，經(jīng)過粗、精兩級過濾器后進入原料水罐（見圖1）。

圖1　污水預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程圖

1.2甲醇再生系統(tǒng)

甲醇再生采用常壓精餾工藝分離出氣田污水中的甲醇，產(chǎn)品甲醇應(yīng)用于天然氣采輸，合格的塔底水回注地層（見圖2）。

圖2　甲醇再生系統(tǒng)工藝流程圖

1.3污水回注系統(tǒng)

蒸汽鍋爐排污等生產(chǎn)氣田污水通過機泵提升至回注罐與甲醇再生塔產(chǎn)生的塔底水混合，經(jīng)過分析化驗合格后回注地層。

2　氣田污水處理系統(tǒng)運行分析

2.1氣田污水處理系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

2.1.1氣田污水量較大，高峰期靜置時間不足

（1）近年來子米氣田滾動開發(fā)，產(chǎn)能逐年遞增，氣田污水量也隨之增加，同時隨著氣田不斷開發(fā)，氣藏壓力降低，地層水侵入氣藏伴隨著天然氣被采出。

（2）自每年的10月冬季高峰供氣來臨，日均污水量隨著氣量增大而增多，日均接卸量在40 m3～70 m3（單日最高接卸量135.55 m3），直至次年夏天回落至20 m3左右。

（3）由于卸車池及各儲罐長期使用，污泥不斷沉積導(dǎo)致容積減少（卸車池由196 m3降至106 m3、原料水罐由700 m3降至600 m3）、加之除油罐、調(diào)節(jié)罐容積有限（均為100 m3），冬季高峰供氣時，氣田污水無法保證12 h以上的靜置沉降時間，污水各項指標難以控制。

2.1.2現(xiàn)行加藥制度及加藥處理后水質(zhì)不達標含醇氣田污水主要含有油份、甲醇、泥砂及Fe2+、Fe3+等離子，氣田污水經(jīng)過除油罐及除油器除油后加入H2O2，將其中的Fe2+氧化為Fe3+。再加入NaOH、絮凝劑等使鐵離子生成Fe（OH）3沉淀與泥砂一起絮凝，最后經(jīng)過濾器過濾后進入原料水罐。

對原料水罐進行取樣化驗得知，原料水中機雜含量最高1 395 mg/L、平均為570 mg/L，油份最高8 911.17 mg/L，平均達到3 980.89 mg/L。機雜、油份均超標。5月～9月油份、機雜含量較10月～次年4月明顯較低，對比日均污水接卸量表發(fā)現(xiàn)當夏秋季污水量較小時，靜置沉降時間充足，油份、機雜含量下降明顯。

根據(jù)化驗數(shù)據(jù)得知原料水pH值普遍小于7且波動較大，超出pH控制范圍7.5～8。

2.1.3水質(zhì)超標造成管線、設(shè)備堵塞原料水中機雜、油份含量嚴重超標導(dǎo)致甲醇再生管線、設(shè)備堵塞頻繁、檢修頻次增多，影響裝置運行。

2.1.4污泥處理系統(tǒng)無法運行螺壓脫水機無法正常投運，導(dǎo)致污泥無法得到有效處理，廠內(nèi)污泥在系統(tǒng)內(nèi)不斷循環(huán)、沉積，目前階段性清理方式主要有兩種：一是通過定期排污將污泥排至卸車池，二是待甲醇再生裝置壓差增大后清理各換熱設(shè)備管線。

2.2氣田污水水質(zhì)水樣化驗分析

分別對預(yù)處理各節(jié)點取樣、化驗發(fā)現(xiàn)，氣田污水經(jīng)卸車池、除油罐、調(diào)節(jié)罐除油沉降效果不佳，油份、機雜并未有效分離，經(jīng)加藥、過濾后，pH值較低，油份、機雜含量略有下降，但水樣混濁度依然較高，分層不明顯，進入原料水罐沉降后，機雜含量有較為明顯的降低，水質(zhì)較清，但仍未達標（見圖3）。

圖3　預(yù)處理各節(jié)點油份、機雜、pH值變化圖

在機械過濾器出口處取樣發(fā)現(xiàn)，原料水經(jīng)廢水換熱器及原料加熱器加熱后，變?yōu)榧t褐色的混濁液體，對沉淀物進行化驗發(fā)現(xiàn)其中含有較多的鐵離子（Fe3+含量73.86 mg/L）。

同時對造成甲醇再生裝置頻繁堵塞的泥垢進行定性化驗分析，當對紅褐色泥樣滴入30%的HCl溶液時，泥樣逐漸溶解并伴有少量無色無味氣體產(chǎn)生，繼續(xù)滴加直至反應(yīng)結(jié)束后進行稀釋，溶液呈紅褐色，靜置一段時間底部有少量沉淀。因此判斷：泥垢主要由Fe（OH）3、Fe2O3、CO32-、少許泥砂等不溶雜質(zhì)組成。

通過上述實驗對比后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過加熱后，原來較為清澈的原料水變的混濁，并析出大量的含F(xiàn)e3+的沉淀物，從而造成管線、設(shè)備堵塞。溫度是影響絮凝效果的一個重要因素。

2.3目前運行存在問題

通過各類數(shù)據(jù)化驗結(jié)合現(xiàn)場工藝流程得知，預(yù)處理運行效果不好，甲醇再生裝置堵塞頻繁主要有以下幾點因素導(dǎo)致：

（1）冬季高峰供氣時污水靜置沉降時間不足，導(dǎo)致油份、機雜無法完全分離。

（2）藥劑配比濃度及方法存在問題，加藥后pH值不達標，絮凝效果差。

（3）預(yù)處理溫度低影響藥劑絮凝效果。

（4）系統(tǒng)內(nèi)污泥無法得到有效處理，在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，加劇管線、設(shè)備堵塞。

3　優(yōu)化改造措施

3.1增加氣田污水靜置分層時間

2013年米脂天然氣處理廠改擴建工程，在原有氣田污水預(yù)處理系統(tǒng)新增設(shè)一具卸車池、一具除油罐，增大氣田氣田污水處理系統(tǒng)儲量。

新增卸車池、除油罐與原有卸車池、除油罐并聯(lián)，采取倒運模式運行，確保氣田氣田污水靜置沉降12 h以上，從而得到較為徹底的分層，提高預(yù)處理效果。

改造后氣田污水靜置由原來最長10.2 h增加至少14.7 h，沉降時間明顯增長，由于兩具除油罐相互切換使用，因此沉降時間增長一倍（見圖4，圖5）。

圖4　靜置沉降前后原料水油份對比

圖5　靜置沉降前后原料水機雜對比

通過對靜置沉降前后原料水取樣化驗對比得知：經(jīng)卸車池及除油罐進行較長時間靜置后，油份及機雜含量均有不同程度的降低。

3.2優(yōu)化加藥制度

3.2.1調(diào)整藥劑最佳配比針對預(yù)處理加藥后pH值較低，絮凝效果差的問題，在現(xiàn)有藥品濃度的基礎(chǔ)上通過取樣實驗的方式來得到藥劑的最佳配比。

當NaOH、H2O2加量分別為7 mL/L，絮凝劑加量為8 mL/L時，先加NaOH，后加H2O2，處理后污水的絮凝效果最佳。

3.2.2提高預(yù)處理溫度，增強絮凝效果對原料水罐內(nèi)原料水取樣加熱后發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高，原料水中的鐵離子將不斷發(fā)生絮凝沉淀，當溫度升至40℃左右時，效果最好。因此，需在預(yù)處理設(shè)備管線增加電伴熱設(shè)備，控制氣田污水溫度在40℃左右，使Fe2+、Fe3+在預(yù)處理裝置中充分反應(yīng)沉淀（見圖6，圖7）。

從圖6，圖7中可以看出，加藥制度優(yōu)化后，原料水中機雜、油份明顯降低。

3.2.3開展污泥清理工作自建廠以來，預(yù)處理系統(tǒng)污泥含量逐年累積，于2012年開始開展清罐作業(yè)，隨著卸車池及污泥提升池內(nèi)淤泥含量增多，因此清罐工作量逐年上升，2012年至2014年共計清理污泥550 t，從而提高氣田污水處理效果，降低甲醇再生檢修頻次。

自11月3日-12月5日完成污泥清理工作后，經(jīng)化驗原料水中機雜含量有較為明顯的下降，同時清罐后原料水罐的實際容積由原來的600 m3恢復(fù)至700 m3。

圖6　不同溫度對氣田污水鐵離子含量對比圖

圖7　加藥制度優(yōu)化前后油份、機雜對比圖

圖8　工藝優(yōu)化前后油份、機雜含量圖

3.2.4優(yōu)化甲醇再生裝置管線開展工藝改造，增設(shè)消防水沖洗口及排污口，便于啟停裝置前沖洗污泥。增設(shè)廢水換熱器、原料加熱器旁通管線，便于不停運裝置清理設(shè)備內(nèi)污泥，保證生產(chǎn)正常運行。

結(jié)合預(yù)處理系統(tǒng)優(yōu)化及甲醇再生裝置管線改造，并制定裝置啟、停前沖洗制度，保障甲醇再生平穩(wěn)安全運行，甲醇再生裝置因堵塞造成的停產(chǎn)檢修頻次降低50%以上，大幅減少員工勞動強度，保障冬季高峰生產(chǎn)運行平穩(wěn)。

4　改造效果分析

通過投運新卸車池、除油罐、優(yōu)化加藥制度及污泥清理等措施，氣田污水處理系統(tǒng)處理效果顯著提高，對比2013年指標整體降低50%以上（見圖8）。

5　認識結(jié)論

（1）通過工藝優(yōu)化，原料水機雜降低至300 mg/L左右、油份降低至600 mg/L左右，相比優(yōu)化前有了明顯下降。

（2）通過污泥清理、管線改造等措施，甲醇再生裝置檢修頻率由每年11次左右降低至6次，有效降低員工勞動強度，保障裝置在冬季高峰生產(chǎn)安全平穩(wěn)運行。

（3）新卸車池及除油罐的投運有效減少了預(yù)處理啟停的頻率，從而降低了能耗，同時增大了預(yù)處理的容積，為子米氣田進一步提產(chǎn)做好準備。

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10.3969/j.issn.1673-5285.2015.06.034

TE992.2

B

1673-5285（2015）06-0121-05

2015－04-28

景元，男（1986－），工程師，2008年6月畢業(yè)于西安科技大學(xué)自動化專業(yè)，現(xiàn)任長慶油田第二采氣廠米脂處理廠技術(shù)員，負責米脂天然氣處理廠工藝生產(chǎn)。