明珠號(hào)生產(chǎn)污水系統(tǒng)的微氣泡旋流氣浮選改造

鄭秋生（中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司，天津300452）

油氣田水處理

明珠號(hào)生產(chǎn)污水系統(tǒng)的微氣泡旋流氣浮選改造

鄭秋生
（中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司，天津300452）

明珠號(hào)FPSO生產(chǎn)污水流程不穩(wěn)定，加氣浮選器效率低，抗波動(dòng)能力差，難以保證最終出水含油達(dá)標(biāo)。對(duì)現(xiàn)有氣浮設(shè)備進(jìn)行微氣泡旋流氣浮選改造，制備出氣泡粒徑為5～10 μm的溶氣水。通過調(diào)試，當(dāng)運(yùn)行流量為110～120 m3/h，運(yùn)行壓力為50～80 kPa，溶氣水注入流量為1#罐體1.3～1.8 m3/h、2#罐體2.0～2.5 m3/h、3#罐體2.0～2.5 m3/h、4#罐體2.3～2.8 m3/h，溶氣水注入壓力為400～500 kPa，浮選劑投加質(zhì)量濃度為30～40 mg/L，清水劑投加質(zhì)量濃度為15～20 mg/L時(shí)，能夠在入口油質(zhì)量濃度＜100 mg/L的條件下使出口油質(zhì)量濃度＜30 mg/L；當(dāng)入口油質(zhì)量濃度＞100 mg/L時(shí)，除油率＞70%。

微氣泡旋流；溶氣水；油田污水

明珠號(hào)浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油裝置（FPSO）的含油生產(chǎn)污水主要來(lái)自一級(jí)生產(chǎn)分離器、二級(jí)生產(chǎn)分離器和原油電脫罐。其生產(chǎn)污水處理流程為：一級(jí)水艙→二級(jí)水艙→水力旋流器→加氣浮選器→過濾緩沖罐→雙濾料過濾器→注水緩沖罐〔1〕。由于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)任務(wù)較重，明珠號(hào)生產(chǎn)污水流程不穩(wěn)定，流程中的重要除油設(shè)備——加氣浮選器除油率＜25%，抗波動(dòng)能力差，一旦遭受流量負(fù)荷沖擊油水處理效果將更差，難以保證污水處理系統(tǒng)的最終出水含油＜25 mg/L，將給含油污水的合格處理增加極大難度。

提高加氣浮選器的除油效率并穩(wěn)定效果是保證整個(gè)污水處理系統(tǒng)處理污水合格的關(guān)鍵。微氣泡旋流氣浮選技術(shù)作為一種新型技術(shù)，除油效率高、效果穩(wěn)定，因此需對(duì)明珠號(hào)生產(chǎn)污水的加氣浮選器進(jìn)行微氣泡旋流氣浮選技術(shù)改造。

1　微氣泡旋流氣浮選原理及技術(shù)特點(diǎn)

1.1微氣泡除油原理

氣浮除油的基本原理是向污水中通入氣體，使污水中的乳化油或細(xì)小的固體顆粒附在氣泡上，隨氣泡上浮到水面，實(shí)現(xiàn)油水分離。在氣浮除油過程中，除油效率隨氣泡與油珠、固體顆粒的接觸效率和附著效率的提高而提高；氣液接觸時(shí)間延長(zhǎng)可提高接觸效率和附著效率，從而提高除油效率〔2〕。氣泡粒徑越小則相對(duì)表面積越大，與油珠和固體顆粒的接觸效率及附著效率均會(huì)顯著提高，微氣浮技術(shù)正是基于這一原理而提出。因此利用微氣泡發(fā)生器將溶氣水中的大氣泡進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)水流機(jī)械切割和氣泡篩分，制備出氣泡粒徑在5～10 μm范圍的溶氣水，可顯著提高含油污水的浮選效率〔3-4〕。

1.2旋流結(jié)構(gòu)

螺旋形旋流結(jié)構(gòu)可延長(zhǎng)溶氣水與含油污水的接觸浮選時(shí)間，提高浮選效率，增強(qiáng)凈化效果；同時(shí)可以充分利用水流本身的沖擊力將浮選至液面的污油積聚到罐體中心位置進(jìn)行收集，不需要添加額外的機(jī)械力來(lái)收集污油，一方面大大降低了能量消耗；另一方面避免因機(jī)械故障而造成整體設(shè)備的停運(yùn)〔5〕。

2　加氣浮選器的微氣浮旋流氣浮選改造

原加氣浮選器由位于1個(gè)撬體上的4個(gè)單獨(dú)罐體組成，兩兩串聯(lián)，然后兩兩并聯(lián)。改造的總體思路是：（1）增設(shè)1套溶氣水生成系統(tǒng)，提供浮選溶氣水；（2）將罐體內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造為旋流結(jié)構(gòu)；（3）將4個(gè)罐體改為獨(dú)立并聯(lián)運(yùn)行；（4）運(yùn)行液位控制系統(tǒng)升級(jí)改造；（5）合理布控浮選藥劑加藥點(diǎn)。

2.1增設(shè)溶氣水生成系統(tǒng)

在撬外增設(shè)1套溶氣水生成系統(tǒng)。在旋流氣浮撬的出水管路取水，通過管道連接，引水流進(jìn)入溶氣水生成系統(tǒng)。另從氮?dú)夤抟敫∵x氮?dú)庵寥軞馑上到y(tǒng)。將引入的水和氣通過溶氣泵實(shí)現(xiàn)氣泡破碎和氣液混合，然后經(jīng)微氣泡發(fā)生器生成粒徑為5～10 μm的高壓微氣泡溶氣水，通入各氣浮罐的進(jìn)水管路與含油水來(lái)液進(jìn)行混合。溶氣水生成系統(tǒng)的吸氣泵功率為5.5 kW，防護(hù)等級(jí)IP55，電機(jī)防爆，開關(guān)防爆。

2.2罐體內(nèi)部旋流結(jié)構(gòu)改造

去除罐體內(nèi)部原有結(jié)構(gòu)，增設(shè)內(nèi)筒，罐體中心處設(shè)置收油筒，收油筒上部設(shè)置螺旋形導(dǎo)流板，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收油功能；在罐體內(nèi)部適當(dāng)位置設(shè)置內(nèi)構(gòu)支撐件。同時(shí)將原罐體進(jìn)水管路上的進(jìn)氣口改為溶氣水注入口，通過高壓軟管將微氣泡發(fā)生器生成的高壓微氣泡溶氣水注入，與生產(chǎn)污水均勻混合，用于含油水浮選處理；將氣浮罐罐體取樣口改為浮選污油收集排出口，其與中心收油桶相連，將浮選污油引出罐外。

2.34個(gè)罐體改為獨(dú)立并聯(lián)運(yùn)行

目前該旋流氣浮裝置為4個(gè)罐體，兩兩串聯(lián)，然后兩兩并聯(lián)。根據(jù)前期測(cè)試的結(jié)果，將該4個(gè)罐體改造為獨(dú)立并聯(lián)運(yùn)行，滿足總體流量120 m3/h的要求。

2.4運(yùn)行液位控制系統(tǒng)升級(jí)改造

將罐內(nèi)運(yùn)行液位控制改造為自動(dòng)操控。利用罐體上原有的液位傳感器顯示液位參數(shù)，自動(dòng)控制出水管路的自動(dòng)蝶閥開度來(lái)控制運(yùn)行液面，實(shí)現(xiàn)浮渣的自動(dòng)收集和排放。保證浮選出的所有污油浮渣全部排出罐體外，避免浮渣排不出，避免返混現(xiàn)象的發(fā)生。

2.5合理布控浮選藥劑加藥點(diǎn)

投加浮選藥劑的目的是中和微小懸浮顆?；蛴偷伪砻嫠鶐У碾姾?，使其不再具有相斥性，在被微氣泡黏附浮升帶至水面的過程中進(jìn)行碰撞結(jié)合，保持氣浮效果。由于藥劑的發(fā)揮需要一定時(shí)間，因此將加藥點(diǎn)設(shè)置在二級(jí)水艙至水力旋流器之間的管線上，在線添加藥劑，可保證污水到達(dá)氣浮選罐體時(shí)有良好的凝聚效果，便于浮選出聚集的懸浮顆?；蛴偷?。

2.6改造后的流程

改造后的現(xiàn)場(chǎng)微氣泡旋流氣浮選工藝流程見圖1。

圖1　改造后的微氣泡旋流氣浮流程

3　改造效果

設(shè)備改造完成后，經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)試得出最佳運(yùn)行參數(shù)：運(yùn)行流量為110～120 m3/h，運(yùn)行壓力為0～80 kPa，溶氣水注入流量1#罐體1.3～1.8 m3/h、2#罐體2.0～2.5 m3/h、3#罐體2.0～2.5 m3/h、4#罐體2.3～.8 m3/h，溶氣水注入壓力400～500 kPa，浮選劑投加質(zhì)量濃度30～40 mg/L，清水劑投加質(zhì)量濃度15～20 g/L。在最佳運(yùn)行參數(shù)條件下，通過20 d的跟蹤測(cè)試，統(tǒng)計(jì)得出設(shè)備平均處理效果，結(jié)果見表1。

表1　微氣泡旋流氣浮選改造后的進(jìn)出水水質(zhì)

對(duì)所有測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得出：改造后當(dāng)氣浮罐入口油質(zhì)量濃度＜100 mg/L時(shí)，出口含油質(zhì)量濃度＜30 mg/L；當(dāng)入口油質(zhì)量濃度＞100 mg/L，除油率＞70%。

4　結(jié)論

（1）采用微氣泡發(fā)生裝置制取出氣泡粒徑為5～10 μm的溶氣水，可明顯提高明珠號(hào)FPSO氣浮設(shè)備的除油率。（2）改造后在最佳運(yùn)行參數(shù)下，當(dāng)氣浮罐入口油質(zhì)量濃度＜100mg/L時(shí)，出口含油質(zhì)量濃度＜30 mg/L；當(dāng)入口油質(zhì)量濃度＞100 mg/L，除油率＞70%。

［1］劉暉，劉義剛，馬兆峰.明珠號(hào)生產(chǎn)污水處理流程優(yōu)化與效果分析［J］.工業(yè)水處理，2012，32（5）：81-83.

［2］《海上采油工程手冊(cè)》編寫組.海上采油工程手冊(cè)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2001：95.

［3］陳濤濤，邵天澤，陳家慶，等.緊湊型旋流氣浮一體化技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化研究進(jìn)展與主體結(jié)構(gòu)淺析［J］.北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，22（2）：59-66.

［4］孟迪，邵天澤，李穎.含聚污水處理工藝整體改造思路［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2014，24（2）：28-29.

［5］方健，劉振國(guó)，董洋，等.旋流加氣浮選器處理渤海S油田含聚污水［J］.油氣田地面工程，2012，31（4）：36-37.

Modification of the micro-bubble whirling air flotation of industrial wastewater system on Mingzhu

Zheng Qiusheng
（CNOOC EnerTech-Safety&Environmental Protection Co.，Tianjin 300452，China）

Since the technological process of FPSO industrial wastewater of Mingzhu is not stable，the efficiency of air-entrapping gas flotator is low，and the anti-fluctuation ability is weak，it’s difficult to ensure that the final effluent can reach the set standards.Through the micro-bubble swirling air flotation modification，the dissolved gas water whose bubble size is 5-10 μm can be prepared.By means of debugging，when the optimum operating parameters are as follows：operation flow rate is 110-120 m3/h，operation pressure 50-80 kPa，dissolved gas water injection flow rate at Tank 1#1.3-1.8 m3/h，at Tank 2#2.0-2.5 m3/h，at Tank 3#2.0-2.5 m3/h，at Tank 4#2.3-2.8 m3/h，injection pressure of dissolved gas waster 400-500 kPa，flotation agent mass concentration added 30-40 mg/L，and water clarifier dosing mass concentration 15-20 mg/L，the oil mass concentration at the outlet is＜30 mg/L，under the condition of oil mass concentration at the inlet＜100 mg/L.The oil removing rate can be＞70%，when the oil mass concentration at the inlet is＞100 mg/L.

micro-bubbles swirl；dissolved gas water；oilfield wastewater

分析與監(jiān)測(cè)

TE992

A

1005-829X（2016）04-0087-02

中國(guó)海洋石油總公司重大科技項(xiàng)目（CNOOC-KJ 125 ZDXM 26 THY NFCY 2013-01）

鄭秋生（1983—），機(jī)械工程師，碩士。電話：022-25802116，E-mail：zhengqsh@cnooc.com.cn。

2016-02-20（修改稿）