污水站過濾罐悶罐提溫反沖洗參數(shù)優(yōu)化

任冬玨

大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠

隨著油田三采開發(fā)的不斷深入，聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)開發(fā)區(qū)塊不斷增加，油田采出水成分日趨復(fù)雜，化學(xué)劑含量上升，通過常溫反沖洗工藝難以保證濾料再生效果。為提高濾料再生效果，通過產(chǎn)能建設(shè)，某油田為7座污水站增設(shè)了提溫反沖洗工藝，提高濾料再生效果。但由于常規(guī)提溫反沖洗工藝對(duì)熱水熱能的利用率有限，60 ℃的熱水進(jìn)入過濾罐反沖洗后溫度仍在55 ℃以上，為更好地利用熱能，提出了悶罐提溫反沖洗的方式，以提高熱能利用率。悶罐提溫反沖洗屬于一種全新的反沖洗方式，需要對(duì)悶罐溫度、悶罐時(shí)間、悶罐后反沖洗方式、悶罐周期等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提高處理效果。

1 提溫反沖洗工藝

1.1 工藝建設(shè)現(xiàn)狀

目前某油田共建有提溫反沖洗工藝污水站7座，分別為A 污水站、B 污水站、C 污水站、D 三元污水站、E 水驅(qū)污水站、F 三元污水站、G 深度污水站（表1）。

表1 提溫反沖洗工藝現(xiàn)狀Tab.1 Current situation of temperature raising and backwashing process

2.2 提溫反沖洗工藝流程

提溫反沖洗工藝首先將凈化水罐濾后水注入熱洗水罐，采用熱洗循環(huán)泵和熱洗加熱爐加熱，溫度達(dá)到反沖洗要求時(shí)，通過反沖洗水泵進(jìn)行提溫反沖洗，反沖洗后污水進(jìn)入回收水池，具體流程見圖1。

圖1 提溫反沖洗工藝流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of temperature raising and backwashing process

2 悶罐提溫反沖洗現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 悶罐提溫反沖洗操作流程

（1）調(diào)整流程做好反沖洗準(zhǔn)備。悶罐反沖洗開始前，將熱洗水罐注滿濾后水，通過提溫反沖洗加熱爐進(jìn)行加熱，加熱至需要的溫度準(zhǔn)備提溫反沖洗。先關(guān)閉過濾罐進(jìn)口閥和出口閥，打開反沖洗出口閥和進(jìn)口閥，啟運(yùn)反沖洗水泵開始提溫反洗。各站提溫反沖洗應(yīng)集中進(jìn)行，根據(jù)各自過濾罐數(shù)量，制定每日反沖洗罐數(shù)，保證提溫反沖洗期間熱洗水罐及熱洗爐連續(xù)運(yùn)行。

（2）將罐內(nèi)涼水替出注滿熱水?？刂品礇_洗水泵排量在350～400 m3/h 左右，向過濾罐內(nèi)注入熱水，注水5 min 后打開反沖洗出口閥門并取樣測(cè)量溫度。若溫度達(dá)到悶罐溫度，說明此時(shí)過濾罐內(nèi)殘存的涼水已被完全替出，熱水已沒過濾料充滿濾罐；若溫度未達(dá)到悶罐溫度，繼續(xù)注水直到滿足要求為止。

（3）調(diào)整流程開始悶罐。停運(yùn)反沖洗泵，關(guān)閉過濾罐反沖洗進(jìn)口閥和出口閥，開始悶罐，單次悶罐數(shù)量不超過2座，悶罐時(shí)可正常反沖洗本站其他過濾罐。

（4）悶罐結(jié)束完成提溫反沖洗。按規(guī)定要求的時(shí)間進(jìn)行悶罐，悶罐結(jié)束后，打開過濾罐反沖洗出口閥和進(jìn)口閥，啟運(yùn)反沖洗水泵，按本站正常反沖洗參數(shù)進(jìn)行反沖洗，反沖洗結(jié)束后倒運(yùn)正常的過濾流程。

2.2 試驗(yàn)前調(diào)研

2.2.1 電動(dòng)閥能夠承受的最高溫度

過濾罐進(jìn)、出口及反沖洗進(jìn)、出口電動(dòng)閥內(nèi)存在電子元件與橡膠密封元件，需要確定電動(dòng)閥的最高工作溫度，避免由于試驗(yàn)損壞電動(dòng)閥而對(duì)正常生產(chǎn)造成影響，通過查找資料確定該類電動(dòng)閥的工作溫度為-20～70 ℃。

2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件

各污水站過濾罐反沖洗流程能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，但提溫流程的熱洗水罐注水、加熱爐啟停、熱洗循環(huán)水泵啟停均需要現(xiàn)場(chǎng)操作采用人工控制，無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)控制，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。在熱洗加熱爐的出口處有溫度顯示，其余節(jié)點(diǎn)如過濾罐反沖洗進(jìn)口、反沖洗出口以及濾罐內(nèi)的水溫，均無法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。試驗(yàn)過程中需采用紅外線測(cè)溫槍提取節(jié)點(diǎn)溫度，測(cè)量點(diǎn)都是在管線的外壁，測(cè)量誤差及干擾均較大。

2.3 悶罐提溫反沖洗工藝參數(shù)優(yōu)化

對(duì)B 污水站、C 污水站、F 三元污水站進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。開展試驗(yàn)時(shí)B污水站含聚濃度為315 mg/L，C 污水站含聚濃度為567 mg/L；F 三元污水站含聚濃度為104.6 mg/L，表面活性劑濃度為21.2 mg/L。

2.3.1 悶罐溫度確定

針對(duì)各污水站加熱爐提溫能力，采用不同的悶罐溫度。B 污水站分別采用60、57、55、50 ℃熱水進(jìn)行悶罐（圖2），C 污水站分別采用65、60、55、50 ℃熱水進(jìn)行悶罐（圖3），F(xiàn)三元污水站采用65、60、55、50 ℃熱水進(jìn)行悶罐（圖4），悶罐時(shí)間均為2 h。悶罐方法按操作流程執(zhí)行，跟蹤過濾罐悶罐反沖洗前后去除率變化情況，確定最佳悶罐溫度。

圖2 B污水站悶罐溫度與去除率提升幅度關(guān)系曲線Fig.2 Relationship curve between temperature of closed tank and improvement range of removal rate in Sewage Station B

圖3 C污水站悶罐溫度與去除率提升幅度關(guān)系曲線Fig.3 Relationship curve between temperature of closed tank and improvement range of removal rate in Sewage Station C

從圖2、圖3、圖4的悶罐效果曲線看，悶罐效果主要取決于溫度變化，悶罐溫度越高除油率、除懸率提升幅度越大。根據(jù)效果考慮將B污水站的悶罐溫度定為60 ℃。C 污水站采用悶罐溫度65 ℃和60 ℃時(shí)去除率基本相當(dāng)，考慮能耗將C 污水站悶罐溫度定為60 ℃，將F 三元污水站悶罐溫度定為60 ℃。

圖4 F三元污水站悶罐溫度與去除率提升幅度關(guān)系曲線Figu.4 Relationship curve between temperature of closed tank and improvement range of removal rate in ASP Sewage Station F

2.3.2 悶罐時(shí)間確定

悶罐時(shí)間由1～2.5 h 進(jìn)行調(diào)整，時(shí)間間隔為0.5 h，悶罐溫度為60 ℃，跟蹤去除率效果，確定適宜悶罐時(shí)間[1]。

悶罐2 h時(shí)B污水站除油率為60.3%，除懸率為49.1%（圖5），C污水站除油率為75.4%，除懸率為57.7%（圖6），去除率提升幅度最大。由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著悶罐時(shí)間的延長(zhǎng)，過濾罐反沖洗效果呈向好趨勢(shì)，但超過2 h后去除率提升率有下降趨勢(shì)。在悶罐時(shí)每隔0.5 h記錄一下罐內(nèi)溫度變化情況，對(duì)過濾罐取樣，測(cè)量罐內(nèi)溫度，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 聚驅(qū)污水站不同悶罐時(shí)間后罐內(nèi)溫度跟蹤Tab.2 Tank temperature tracking of polymer flooding sewage station after different tank closing time

圖5 B污水站相同溫度不同悶罐時(shí)間與去除率提升幅度關(guān)系曲線Fig.5 Relationship curve between different tank closing time and removal rate improvement range of Sewage Station B at the same temperature

圖6 C污水站相同溫度不同悶罐時(shí)間與去除率提升幅度關(guān)系曲線Fig.6 Relationship curve between different tank closing time and removal rate improvement range of Sewage Station C at the same temperature

由溫度記錄可以看出，悶罐2 h 后，罐內(nèi)溫度基本降至污水站正常污水溫度。悶罐時(shí)間過長(zhǎng)，罐內(nèi)水溫降至正常污水溫度后，再繼續(xù)悶罐不會(huì)提高效果，長(zhǎng)時(shí)間停罐也會(huì)影響其他過濾罐反沖洗，建議聚驅(qū)污水站悶罐溫度不宜超過2 h[2-3]。

從圖7悶罐效果曲線看，悶罐2 h時(shí)F三元污水站除油率為44.9%，除懸率為36.4%，效果最好。對(duì)不同季節(jié)悶罐時(shí)罐內(nèi)溫度下降情況進(jìn)行跟蹤，具體數(shù)據(jù)見表3。

圖7 F三元污水站相同溫度不同悶罐時(shí)間與去除率提升幅度關(guān)系曲線Fig.7 Relationship curve between different tank closing time and removal rate improvement range of ASP Sewage Station F at the same temperature

表3 F三元污水站不同季節(jié)悶罐罐內(nèi)溫度變化情況跟蹤Tab.3 Tracking of temperature change in closed tank of ASP Sewage Station F in different seasons

冬季外界溫度低，溫降速度快，冬季悶罐2 h、秋季悶罐2.5 h、春夏季悶罐3 h后，罐內(nèi)溫度降低至常溫，因此考慮不同季節(jié)對(duì)悶罐時(shí)間的影響，冬季悶罐時(shí)間不宜超過2 h，秋季悶罐時(shí)間不宜超過2.5 h，春夏季悶罐時(shí)間不宜超過3 h[4]。

2.3.3 悶罐后反沖洗方式確定

選取4 座過濾罐，悶罐結(jié)束后2 座采用常溫水反沖洗，2座采用熱洗水罐內(nèi)剩余熱水反沖洗，跟蹤去除率，確定悶罐后反沖洗方式，沖洗效果見表4、表5。由表4、表5 可知，悶罐后采用常溫水反沖洗，效果基本能夠滿足反沖洗需求，可考慮悶罐后采用常溫水反洗。

表4 B污水站悶罐結(jié)束后不同反沖洗方式效果跟蹤Tab.4 Effect tracking of different backwashing methods after tank closing in Sewage Station B

表5 C污水站悶罐結(jié)束后不同反沖洗方式效果跟蹤Tab.5 Effect tracking of different backwashing methods after tank closing in Sewage Station C

2.3.4 悶罐周期確定

通過以上試驗(yàn)確定了悶罐提溫反沖洗的運(yùn)行參數(shù)，但需對(duì)悶罐提溫反沖洗周期進(jìn)行摸索[5]。悶罐反沖洗后，通過單罐化驗(yàn)的數(shù)據(jù)，觀察其除油率、除懸率變化情況，將悶罐后除油率、除懸率接近或低于悶罐前的去除率的時(shí)間定為該罐的悶罐提溫反沖洗周期[6]。

由表6 可知，B 污水站單座過濾罐悶罐后30天，單罐出水水質(zhì)與悶罐前接近，去除率接近，因此將該罐悶罐周期定為30天。C污水站單座過濾罐悶罐后60 天，單罐出水水質(zhì)與悶罐前接近，去除率接近，因此將該罐悶罐周期定為60 天。每座過濾罐悶罐周期需要單獨(dú)確定，在來水水質(zhì)正常情況下，可適當(dāng)延長(zhǎng)悶罐周期，在水質(zhì)較差的時(shí)候，可適當(dāng)縮短悶罐周期[7]。

表6 聚驅(qū)污水站悶罐后單罐去除率效果跟蹤Tab.6 Effect tracking of single tank removal rate after tank closing in polymer flooding sewage station

由表7 可知，F(xiàn) 三元污水站一級(jí)2#過濾罐悶罐后25 天，單罐出水水質(zhì)與悶罐前接近，去除率接近，因此將該罐悶罐周期定為25 天。一級(jí)5#過濾罐悶罐后20 天，單罐出水水質(zhì)與悶罐前接近，去除率接近，因此將該罐悶罐周期定為20 天。每座過濾罐悶罐周期需要單獨(dú)確定，在來水水質(zhì)正常情況下，可適當(dāng)延長(zhǎng)悶罐周期，在水質(zhì)較差的時(shí)候，可適當(dāng)縮短悶罐周期[8]。

表7 F三元污水站悶罐后單罐去除率效果跟蹤Tab.7 Effect tracking of single tank removal rate after tank closing in ASP Sewage Station F

3 與常規(guī)提溫反沖洗工藝對(duì)比

3.1 效果對(duì)比

為進(jìn)一步對(duì)比悶罐效果，選取2座去除率相近的濾罐，其中1 座采用悶罐反沖洗，另1 座過濾罐采用常規(guī)提溫反沖洗，對(duì)比兩罐反沖洗前后去除率變化情況（表8）。

表8 不同提溫反沖洗方式效果Tab.8 Effects of different temperature raising and backwashing methods

從去除率提升效果看，由于悶罐反沖洗更好地利用了熱水中的熱能，悶罐反沖洗比單純提溫反沖洗效果好，更有利于濾料再生[9]。

3.2 熱能利用率對(duì)比

常規(guī)提溫反沖洗由于反沖洗時(shí)間短，熱水的熱能未能有效利用，而悶罐提溫反沖洗時(shí)，通過悶罐使熱水降溫至接近污水常溫，熱能利用率大幅度提高，可通過計(jì)算得到兩者的耗氣量之差。按照60 ℃進(jìn)水計(jì)算，污水站污水常溫通常為32 ℃左右，常規(guī)提溫反沖洗工藝出水溫度約為54 ℃左右，即有26 ℃左右的熱能被浪費(fèi)，而悶罐提溫反沖洗工藝出水溫度為32 ℃左右，甚至低于32 ℃。同時(shí)，常規(guī)提溫反沖洗工藝熱水消耗量也要高于悶罐提溫反沖洗工藝（悶罐后采用常溫水反沖洗，那么悶罐只消耗約等于過濾灌體積的熱水，而常規(guī)提溫反沖洗工藝消耗水量等于反沖洗水泵排量與反沖洗時(shí)間的乘積，水量遠(yuǎn)大于悶罐提溫反沖洗工藝），通過計(jì)算可以得出兩者的耗氣量差，天然氣耗氣量公式為[10]

式中：V為天然氣耗氣量，m3；c為水的比熱容，MJ/kg·℃，取0.004 2 MJ/kg·℃；m為加熱水的質(zhì)量，kg；Δt為溫度變化，℃；Q低為天然氣低熱值，MJ，取36.8 MJ/m3；η為熱效率，取80%。

根據(jù)浪費(fèi)的溫度以及水量可以計(jì)算出兩者的耗氣量差值。不同提溫反沖洗方式能耗對(duì)比見表9。

由表9可知，悶罐提溫反沖洗工藝相比常規(guī)提溫反沖洗工藝，每座罐過濾可節(jié)約熱能折合天然氣為263～360 m3，節(jié)約水量為71～97 m3，悶罐提溫反沖洗節(jié)能效果明顯。

表9 不同提溫反沖洗方式能耗對(duì)比Tab.9 Comparison of energy consumption of different temperature rasing and backwashing methods

3.3 工作量對(duì)比

由于都需要對(duì)熱洗水罐中污水進(jìn)行加熱，兩種提溫反沖洗方式熱水準(zhǔn)備時(shí)間耗時(shí)相等，主要時(shí)間消耗差異體現(xiàn)在悶罐提溫反沖洗需要長(zhǎng)時(shí)間悶罐；悶罐提溫反沖洗，需要人工啟停反沖洗水泵，進(jìn)行注水及悶罐等操作，相比常規(guī)提溫反沖洗需增加工作時(shí)間30 min，具體數(shù)據(jù)見表10。優(yōu)化悶罐數(shù)，可減少熱洗水罐單次加熱水量，從而降低加熱時(shí)間[11]。

表10 不同提溫反沖洗方式耗時(shí)對(duì)比Tab.10 Comparison of time consumption of different temperature raising and backwashing methods h

4 結(jié)論

（1）悶罐提溫反沖洗相比常規(guī)提溫反沖洗能夠更好地利用熱能，提高濾料再生效果。

（2）悶罐提溫反沖洗溫度、悶罐時(shí)間、悶罐周期需要針對(duì)不同水質(zhì)情況進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化反沖洗。

（3）實(shí)際運(yùn)行中可優(yōu)化悶罐數(shù)，減少熱洗水罐單次加熱水量，從而降低加熱時(shí)間。