延長氣田甲醇污水預(yù)處理工藝優(yōu)選與設(shè)計(jì)

劉翔

摘 要：隨著國內(nèi)低產(chǎn)低壓氣田的開發(fā)，氣田甲醇污水處理站的技術(shù)優(yōu)選和成本優(yōu)化受到普遍關(guān)注，但由于這類氣田實(shí)施年限較短，至今尚無形成典型的甲醇污水處理技術(shù)模式。本文介紹了我院承擔(dān)的首座延長甲醇污水廠的工藝優(yōu)化與選擇，將污水預(yù)處理工藝分為除油和除懸浮物兩個(gè)方面進(jìn)行研究，并在研究基礎(chǔ)上對污水預(yù)處理各構(gòu)筑物進(jìn)行了相應(yīng)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：延長氣田；含油含醇污水；污水預(yù)處理；工藝原理

1 前言

1.1 項(xiàng)目簡介

延長氣田延氣2井區(qū)和延128井區(qū)天然氣開發(fā)污水處理廠地處陜北高原南部黃土高原丘陵溝壑區(qū)，位于陜西省延安市延長縣黑家堡鎮(zhèn)境內(nèi)。該污水處理廠與延長氣田延氣2井LNG廠合建，污水處理廠的甲醇污水主要來源為各集氣站的甲醇污水。

根據(jù)延長氣田開發(fā)現(xiàn)狀和以后的發(fā)展，甲醇污水處理廠一期污水處理規(guī)模是150m3/d。甲醇污水處理總體工藝流程如圖1所示。

甲醇污水經(jīng)過收集后，通過甲醇污水預(yù)處理，甲醇再生處理，最后通過污水處理，達(dá)到地層回注需要注水水質(zhì)要求（含油量不高于3mg/L、懸浮物含量不高于10mg/L），供氣田循環(huán)使用。

1.2 甲醇污水預(yù)處理的重要性

由于延長氣井產(chǎn)出水水質(zhì)總體呈現(xiàn)高濁度、高礦化度、高腐蝕性、高含鐵量、低pH值的“四高一低”的特點(diǎn)，甲醇污水預(yù)處理流程的處理效果直接影響甲醇再生流程的生產(chǎn)效率，對整個(gè)流程的穩(wěn)定運(yùn)行和成本控制起著決定性作用。

2 甲醇污水預(yù)處理工藝研究

國內(nèi)外污水預(yù)處理工藝流程，針對不同水質(zhì)特點(diǎn)，大致可分為重力式收油、沉降、過濾，壓力式聚結(jié)沉降分離、過濾，浮選式除油凈化、過濾3種基本處理流程。

2.1 甲醇污水預(yù)處理流程的選擇

（1）由于延長氣井產(chǎn)出水水質(zhì)“四高一低”的特點(diǎn)，同時(shí)甲醇具有較強(qiáng)的揮發(fā)性和毒性，因此主要處理流程確定選擇密閉的壓力式流程，處理設(shè)備選擇壓力式除油器。因污水水質(zhì)預(yù)計(jì)為含油3930mg/L，含懸浮物為1570mg/L，一座壓力式除油器無法較好地完成同時(shí)除油、除懸浮物的目標(biāo)，所以選擇用兩座壓力式除油器串聯(lián)的方式，實(shí)現(xiàn)一次、二次收油，并在二次壓力除油器內(nèi)完成混凝沉降的反應(yīng)。

（2）污水由罐車每天從集氣站拉運(yùn)進(jìn)污水廠，所以選用200m3罐作為污水接收罐，在起到緩沖罐作用的同時(shí)，依靠罐體內(nèi)部的收油裝置以及重力沉降，對污水進(jìn)行初步處理。

（3）溫度對污水的除油及絮凝沉降效果影響較大，溫度越高，除油及絮凝沉降效果越好。延長污水廠地處陜北，冬季溫度經(jīng)常在-10℃以下，污水在輸送途中損失熱量，進(jìn)入壓力除油器時(shí)無法達(dá)到理想的反應(yīng)溫度。因此，在一次壓力除油器之前設(shè)置一座甲醇污水管殼式換熱器，可將污水加熱到25℃左右，為后續(xù)污水處理效果提供保障。

（4）為保證污水預(yù)處理流程的穩(wěn)定出水，還應(yīng)設(shè)置污水原料罐一座。按照150m3/d的污水量，7d的儲存量，選用1000 m?加高甲醇污水罐（有效容積1070m?）。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本與污水接收罐一致。

綜合以上選擇，污水廠與處理流程確認(rèn)如圖2所示。

集氣站車載來水首先進(jìn)入200m?甲醇污水接收罐進(jìn)行初步的油水分離和污泥沉降；之后出水經(jīng)換熱器加熱依次進(jìn)入一、二次壓力除油器進(jìn)一步除油、除懸浮物；二次壓力除油器出水進(jìn)入1000m?加高甲醇污水罐，由該罐向甲醇再生區(qū)提供穩(wěn)定出水；最后污水進(jìn)入與甲醇再生裝置配套的一級核桃殼過濾器及二級精細(xì)過濾器，出水水質(zhì)達(dá)到含油量不高于10mg/L、懸浮物含量不高于5mg/L，滿足進(jìn)甲醇再生塔的進(jìn)水條件。

2.2 除油工藝研究

除油工藝的構(gòu)筑物為甲醇污水接收罐，一、二次壓力除油器以及加高甲醇污水罐。其中一、二次壓力除油器為主要處理單元。

（1）隔氧收油裝置的應(yīng)用。罐車?yán)\(yùn)的污水經(jīng)卸車泵進(jìn)入甲醇污水接收罐（200m3），在該罐含油污水在22 h的有效停留時(shí)間內(nèi)進(jìn)行自然沉降，油水初步分離，凝析油浮于水表面?？紤]到甲醇的揮發(fā)性較強(qiáng)，罐內(nèi)設(shè)置隔氧收油裝置一套。隔氧收油裝置的工作原理是，通過安裝浮筒使浮盤漂浮在液面上，浮盤上的傳感器反饋信息給罐外的控制柜，由控制柜控制浮盤收油口收油。同時(shí)，浮盤周圍有一圈密封膠囊，與罐內(nèi)壁緊密接觸保持密封。此裝置特點(diǎn)是除了有浮船式收油裝置的作用，還能保證密閉隔氧。經(jīng)過接收罐的初步除油，出水污油含量從來水的3930mg/L降低到600mg/L以下。

加高甲醇污水罐（1000m3）與接收罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致，同樣設(shè)置隔氧收油裝置。主要作用是為后面甲醇再生工藝提供穩(wěn)定出水。

（2）壓力除油器的串聯(lián)使用。污水從污水接收罐穩(wěn)定出水之后通過換熱器加熱進(jìn)入壓力除油器。壓力除油器是根據(jù)粗?；砑皽\池理論研制而成的一種新型油水分離器，采用新型粗粒化聚油、斜管沉降為一體，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)油水分離和固液分離的高精度含油污水處理。壓力除油器罐體由3個(gè)部分組成：油水分離區(qū)、排油排泥區(qū)、出水區(qū)。油水分離區(qū)設(shè)有斜管組件，油水進(jìn)行斜管分離，分離污油從容器上部收油管排出；排油排泥區(qū)設(shè)有斜管組件，泥水進(jìn)行斜管分離，沉降污泥則通過排泥閥定時(shí)排放；污水完成油水分離后，經(jīng)出水格柵從排水口排出。

在除油過程中，一次壓力除油器用于去除絕大部分污油；而在一次壓力除油器出水管位置，通過管道混合器加入混凝劑、絮凝劑以及復(fù)合堿劑，在二次壓力除油器中形成污泥沉淀，經(jīng)排泥管排出。同時(shí)二次壓力除油器進(jìn)行二次除油，進(jìn)一步降低水中污油含量，使出水含油量小于30mg/L。雖然一、二次壓力除油器結(jié)構(gòu)完全一致，但是分工不同。總的來說，就是“先除油，后除泥”的思路。

2.3 除懸浮物工藝研究

二次壓力除油器、核桃殼過濾器與精細(xì)過濾器是除懸浮物的主要處理單元。其余構(gòu)筑物均通過自然沉降，由構(gòu)筑物底部排泥管將污泥排出。

由于延長氣田污水的特點(diǎn)，所以在一次壓力除油器出水管即二次壓力除油器進(jìn)水管處添加復(fù)合堿劑、絮凝劑和混凝劑。

通過參考大牛地氣田甲醇污水的加藥實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們可以得知：

（1）混凝劑為聚合鋁，加量30mg/L左右即可達(dá)到要求，沉淀后懸浮物含量小于20mg/L，懸浮粒子粒徑均小于2um（透光率達(dá)到85%以上），處理溫度高于15℃。

（2）陽離子聚丙烯酰胺（PAM）與聚合鋁（PAC）復(fù)配具有很好的絮凝效果，PAC與PAM復(fù)配的沉淀物密實(shí)，可壓縮性小，沉淀物體積比單獨(dú)加PAC時(shí)沉淀物體積小。加藥順序：先加PAM，再加PAC，加藥時(shí)間間隔大于10s。

（3）當(dāng)水溫高于15℃時(shí)，甲醇含量對絮凝效果影響不大。

綜合藥劑處理效果和成本兩方面考慮，選用PAC作為混凝劑，另選PAM作為絮凝劑，與PAC復(fù)配使用。投加量為PAC40mg/L，PAM10mg/L，連續(xù)投加。

核桃殼過濾器與精細(xì)過濾器作為污水預(yù)處理的最后環(huán)節(jié)，主要通過物理吸附作用去除懸浮物和污油，經(jīng)過兩級過濾器之后，水質(zhì)達(dá)到懸浮物含量不高于5mg/L、含油量不高于10mg/L，滿足甲醇再生塔的進(jìn)水條件。

3 認(rèn)識與總結(jié)

（1）含醇污水預(yù)處理系統(tǒng)對氣田污水的處理起到了重要的作用，預(yù)處理效果不好將嚴(yán)重影響到下游工藝的正常運(yùn)行。

（2）甲醇污水預(yù)處理壓力式流程是已經(jīng)成熟的污水處理技術(shù)。近年來浮選式流程發(fā)展迅速，值得我們的關(guān)注，為以后的設(shè)計(jì)工作提供參考。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司）