核桃殼過濾器運(yùn)行程序改進(jìn)研究

白建國 趙凌云(中海石油（中國）有限公司渤中作業(yè)公司，天津 300452)

1 概述

核桃殼濾料由于自身具有硬度大、多孔性、多面性和良好的親水疏油性能，使得它具有較強(qiáng)的除油、除固體顆粒、除懸浮物和易反洗等優(yōu)良性能，在油田生產(chǎn)污水、工業(yè)廢水處理和民用水處理中被廣泛地應(yīng)用[1][2]。目前各油田的采油污水多數(shù)采用的基本都是三級處理工藝，即除油-混凝沉降(或氣浮)-過濾[3]，核桃殼過濾器作為污水處理的最后一級設(shè)備，在采油污水處理工藝中起著重要的作用，其處理效果的好壞直接關(guān)系到下游注水水質(zhì)的達(dá)標(biāo)。

在核桃殼過濾器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《GB 50428-2015 油田采出水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》和《SY/T0523-2008 油田水處理過濾器》中規(guī)定了過濾速度(10～15m/h)、反洗周期(12～24h)、反洗強(qiáng)度(10～20L/m2·s)和反洗持續(xù)時(shí)間(15～20min)[4]，但這些參數(shù)可以選擇的范圍比較大,需要各個(gè)廠家根據(jù)設(shè)備情況和油田實(shí)際的水質(zhì)情況來最終確定。通過對某油田的核桃殼過濾器進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其反洗運(yùn)行程序存在著不足，導(dǎo)致在反洗初期水質(zhì)較差，嚴(yán)重影響下游的水質(zhì)，需要對其運(yùn)行程序進(jìn)行改進(jìn)以提高其處理效果。在進(jìn)行運(yùn)行程序優(yōu)化之后，核桃殼過濾器的運(yùn)行效果得到了明顯的改善，保證了處理水質(zhì)的良好，為同類設(shè)備的程序優(yōu)化提供了參考和借鑒。

2 設(shè)備運(yùn)行情況

某油田的的核桃殼過濾器采用的是GLWA205/0.75核桃殼過濾器，六套設(shè)備共用一套公共控制系統(tǒng)，并配有一套反洗裝置用于核桃殼濾料的清洗。

核桃殼過濾器主要的控制邏輯如下：上游來水從進(jìn)水口經(jīng)配水管進(jìn)入核桃殼濾層，并從出水口排出，當(dāng)來水中的懸浮固體顆粒和雜質(zhì)被濾料截留到一定程度后，過濾壓差就會增大，當(dāng)過濾壓差達(dá)到150kPa 或過濾時(shí)間達(dá)到24h 時(shí)就會進(jìn)入自動(dòng)反洗過程，其反洗時(shí)間為15 分鐘，若在過濾時(shí)間達(dá)不到24h 而過濾壓差提前達(dá)到150kPa 時(shí)亦停止過濾并進(jìn)入反洗流程。反洗時(shí)先攪拌5 分鐘，然后啟動(dòng)反洗泵反洗15 分鐘，反洗泵停止后靜置2 分鐘后投入過濾，在過濾狀態(tài)每間隔4 小時(shí)開啟排污閥門一次，每次開啟5分鐘。

3 存在問題及原因分析

在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，通過對核桃殼過濾器的處理水質(zhì)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，其出口的水質(zhì)不能一直維持在良好的狀態(tài)，經(jīng)常出現(xiàn)某一時(shí)刻水質(zhì)突然變差的情況，在處理水質(zhì)較差的時(shí)期通過對現(xiàn)場流程分析發(fā)現(xiàn)，處理水質(zhì)變差的時(shí)候主要集中在反洗后投入過濾的初期，甚至在反洗結(jié)束投入過濾時(shí)水中含油在60ppm（正常過濾時(shí)水中含油在30ppm 以下），遠(yuǎn)達(dá)不到水質(zhì)要求，而且需要一定的時(shí)間才能見到明顯的改善效果（2 小時(shí)之后降低至25ppm）。

核桃殼過濾器反洗的目的是清洗濾料截留的雜質(zhì)和污油，通過反洗使得核桃殼濾料恢復(fù)原有的功能，而在實(shí)際中反洗的水質(zhì)不僅沒有得到改善甚至比反洗前的水質(zhì)還差，而且是需要較長的時(shí)間才能使水質(zhì)得到改善?；谝陨系那闆r主要的原因分析如下：

（1）反洗之后靜置時(shí)間短。核桃殼濾料還處于比較松散的狀態(tài)，沒有壓實(shí)，彼此間的縫隙還很大，難以對污油、雜質(zhì)等形成高效的截留作用[5]，導(dǎo)致過濾效果不佳，而且靜置時(shí)間短，油水沒有足夠的時(shí)間進(jìn)行充分的分離，再次投入過濾后由于污油較多，核桃殼濾料的難以一次性徹底吸附，未被吸附的污油隨著水一起排出核桃殼過濾器，影響了處理的水質(zhì)[6]。

（2）污油未能徹底排出。進(jìn)行反洗作業(yè)后，濾料上被截留的污油被沖洗下來，而由于反洗出口的管線位于罐體的中上部，導(dǎo)致在反洗出口管線之上存在一定的死角，在重新投入過濾后，部分未能從反洗出口排放的污油與來水混合后增加了水中含油量，導(dǎo)致來水水質(zhì)變差，而這部分高濃度的污油不能被濾料徹底吸附，從而也影響過濾器的水質(zhì)。

4 改進(jìn)措施

通過對某油田的核桃殼過濾器運(yùn)行程序進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其運(yùn)行程序存在一定的優(yōu)化空間，現(xiàn)場通過摸索嘗試，對運(yùn)行程序進(jìn)行改進(jìn)如下：

（1）增加靜置時(shí)間。核桃殼濾料在較短的時(shí)間內(nèi)還處于松散的狀態(tài)，而且油水未得有有效分離，通過增加靜置時(shí)間來保證濾料能夠壓實(shí)，同時(shí)也促進(jìn)油水的分離，避免一旦投入過濾后，未從水中分離的污油影響過濾水質(zhì)。

（2）增加排污程序。在反洗之后在罐頂存在一定的污油沒有得到及時(shí)的排出，通過增加排污程序，將污油及時(shí)排出罐外，減少對罐內(nèi)過濾水質(zhì)的影響。

5 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

針對以上問題將原來的靜置時(shí)間分別延長至15 分鐘、30分鐘和1小時(shí)，觀察延長靜置時(shí)間后核桃殼過濾器的過濾效果，在反洗之后延長靜置時(shí)間使反洗后的水質(zhì)能夠得到提升，但隨著靜置時(shí)間的延長反洗后的水質(zhì)并不是加速變好的趨勢，靜置30 分鐘和靜置1 小時(shí)后投入過濾，水質(zhì)基本一致，為了保證核桃殼過濾器的處理能力，在此選擇延長靜置時(shí)間至30分鐘。采取延長靜置時(shí)間后，出水水質(zhì)從投入過濾初期的60ppm下降至

40ppm。

在延長靜置時(shí)間的基礎(chǔ)上，考慮增加排污程序，提高水處理效果。在原有邏輯控制中核桃殼過濾器在過濾狀態(tài)下每4小時(shí)排污一次，而一旦反洗與排污相沖突而優(yōu)先進(jìn)入反洗程序，排污則在過濾狀態(tài)4小時(shí)后再進(jìn)行，此時(shí)過濾和反洗之后產(chǎn)生的污油則不能及時(shí)排出。通過在反洗之后靜置30分鐘再增加一次排污程序，觀察增加排污作業(yè)后核桃殼過濾器的出口水質(zhì)，從重新投入過濾初期的40ppm 下降至25ppm，到達(dá)了處理水質(zhì)的要求。

6 結(jié)語

通過研究和分析，某油田的核桃殼過濾器存在的主要問題是1、靜置時(shí)間短，導(dǎo)致濾料沒有被壓實(shí)和油水不能有效分離，再次投入過濾后導(dǎo)致出口水質(zhì)變差；2、反洗后沒有及時(shí)排污，導(dǎo)致污油存在于罐內(nèi)，不僅影響出口水質(zhì)還造成核桃殼濾料污染。為此對其反洗過濾程序進(jìn)行了優(yōu)化，通過延長靜置時(shí)間至30 分鐘和在反洗結(jié)束之后增加排污程序有效地解決了核桃殼過濾器反洗后初期水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問題，保障了含油污水處理系統(tǒng)的水質(zhì)，避免了對下游流程的影響。