海上平臺(tái)生產(chǎn)水深度處理設(shè)備-精細(xì)過(guò)濾器優(yōu)化及應(yīng)用

易偉，劉俊，張想

（中海石油（中國(guó)）有限公司海南分公司，海南?？?70100）

1精細(xì)過(guò)濾器應(yīng)用介紹

精細(xì)過(guò)濾器是海上油田含油污水處理的重要設(shè)備[1]，該平臺(tái)這套精細(xì)過(guò)濾器共由6個(gè)單體組成（見圖1.1）。正常工作時(shí)壓板將纖維球壓緊，進(jìn)水閥和出水閥打開，進(jìn)氣閥和反洗出水閥關(guān)閉，生產(chǎn)水經(jīng)過(guò)纖維球?yàn)V料時(shí)，油污被纖維球截留，凈化合格后的生產(chǎn)水則通過(guò)罐底集水器進(jìn)入下一流程。

圖1.1 精細(xì)過(guò)濾器組成示意圖

當(dāng)罐內(nèi)濾料使用到一定程度時(shí)，則需要進(jìn)行濾料的反洗。該套纖維球精細(xì)過(guò)濾器的反洗分為氣反洗和水反洗兩個(gè)階段[2]，反洗時(shí)一個(gè)單體退出過(guò)濾流程，由其他單體出口提供干凈的反洗水源。反洗時(shí)壓板提起，使原本壓緊的纖維球慢慢恢復(fù)彈性并被反洗物流沖散。氣反洗階段，進(jìn)氣閥、反洗出水閥打開，進(jìn)水閥和出水閥關(guān)閉，氣流吹散纖維球并將油污從纖維球表面剝離。水反洗階段，出水閥和水反洗出水閥打開，進(jìn)氣閥和進(jìn)水閥關(guān)閉，反洗的油污最終排放至閉排系統(tǒng)。詳細(xì)過(guò)程如下：

（1）當(dāng)正常過(guò)濾時(shí)，壓板下放，濾料被壓緊，水被過(guò)濾。

（2）當(dāng)正常反洗時(shí)，壓板提起，先天然氣氣沖，再水反沖洗將雜質(zhì)及污油洗至閉排。

圖1.3 精細(xì)過(guò)濾器反洗示意圖

2 精細(xì)濾器使用過(guò)程中出現(xiàn)的問題

經(jīng)過(guò)近幾年纖維球精細(xì)過(guò)濾器現(xiàn)場(chǎng)使用檢修發(fā)現(xiàn)，總結(jié)主要存在以下8方面問題：

（1）精細(xì)過(guò)濾器原設(shè)計(jì)為纖維球?yàn)V料一直充裝到罐體底部，底部纖維球未懸空，反洗管線位置高于罐體底部200mm，反洗時(shí)罐體底部纖維球反洗效果差，導(dǎo)致底部纖維球易板結(jié)，堵塞底部排污孔，在底部手動(dòng)排污時(shí)，大顆粒雜質(zhì)不能很好的收集并排出；

（2）精細(xì)過(guò)濾器罐體內(nèi)部距離罐壁50mm處加裝有一層環(huán)空篩網(wǎng)，底部安裝有集水器，由于纖維球?yàn)V料易脫毛，脫下的纖維球毛絲易附著在環(huán)空篩網(wǎng)和集水器的表面，導(dǎo)致篩孔堵塞，進(jìn)而使系統(tǒng)處理能力下降；

（3）精細(xì)過(guò)濾器正常過(guò)濾時(shí)，內(nèi)部壓板在氣缸軸帶動(dòng)下壓實(shí)濾料，在這過(guò)程中，因下部纖維球?yàn)V料分布不均容易使壓板受力不均，最終導(dǎo)致壓板及氣缸軸產(chǎn)生歪斜彎曲損壞；

（4）壓板歪斜導(dǎo)致壓板與環(huán)空篩網(wǎng)之間的間隙增大，纖維球?yàn)V料會(huì)從間隙竄到壓板上方，最終堵塞罐頂排氣口，使精細(xì)過(guò)濾器失去排氣功能；

（5）精細(xì)過(guò)濾器填充濾料為纖維球，纖維球?yàn)V料在使用中出現(xiàn)了類似下列的問題。纖維球?yàn)V料反洗要求高，必須先進(jìn)行天然氣氣沖，使纖維球處于蓬松狀態(tài)，但在使用天然氣反沖洗時(shí)[3]，天然氣可能會(huì)攜帶輕質(zhì)油，造成纖維球?yàn)V料的二次污染；反洗時(shí)要求氣源和水源壓力在350kpa左右，反洗壓力過(guò)低，達(dá)不到反洗效果；纖維球?yàn)V料容易結(jié)餅和脫毛，脫出的纖維球毛絲隨著生產(chǎn)水流入下游，容易堵塞下游濾網(wǎng)；當(dāng)精細(xì)過(guò)濾器進(jìn)口水含油和懸浮物含量異常升高時(shí)，纖維球?yàn)V料容易被污染，污染后必須更換濾料，抗沖擊效果較差；

（6）精細(xì)過(guò)濾器在正常過(guò)濾時(shí)沒有設(shè)計(jì)自動(dòng)收油功能，油污主要集中在罐體頂部，正常工作所截留的污油無(wú)法持續(xù)性及時(shí)排出；

（7）精細(xì)過(guò)濾器正常過(guò)濾時(shí)，生產(chǎn)水從罐體側(cè)上方流入，由于罐內(nèi)環(huán)空篩網(wǎng)與罐壁之間存在50mm的間距（如圖2.1所示），進(jìn)入的生產(chǎn)水會(huì)迅速流到罐底，生產(chǎn)水經(jīng)過(guò)濾層的厚度會(huì)相應(yīng)減小，導(dǎo)致過(guò)濾效果差，出口水質(zhì)下降；

圖2.1 精細(xì)過(guò)濾器單體示意圖

（8）一套能實(shí)現(xiàn)在線清洗的精細(xì)過(guò)濾器最少由2個(gè)單體組成，但每個(gè)單體沒有設(shè)計(jì)流量計(jì)和取樣口，無(wú)法準(zhǔn)確判斷出單體的過(guò)濾通量、反洗水量以及水質(zhì)情況。

3 問題處理實(shí)施過(guò)程

借助每次精細(xì)過(guò)濾器開罐檢修，更換濾料的機(jī)會(huì)，逐步摸索出故障原因，進(jìn)行根源性問題剖析，結(jié)合目前現(xiàn)有的生產(chǎn)水處理技術(shù)，通過(guò)探討優(yōu)化方案，研究和實(shí)踐，驗(yàn)證了精細(xì)過(guò)濾器適應(yīng)性改造的可行性，改造前與改造后對(duì)比圖如下圖3.1所示：

圖3.1 精細(xì)過(guò)濾器改造前和改造后示意圖

通過(guò)與國(guó)內(nèi)技術(shù)成熟的生產(chǎn)水處理廠家合作完成相關(guān)配件的制作，在線退出單體進(jìn)行逐個(gè)優(yōu)化升級(jí)，其中主要技術(shù)措施如下：

3.1 精細(xì)過(guò)濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化，解決內(nèi)部附件易故障、處理量受限

為解決精細(xì)過(guò)濾器罐內(nèi)環(huán)空篩網(wǎng)、集水器易結(jié)垢，壓板及氣缸軸受力不均導(dǎo)致歪斜彎曲等的問題，提出“不改動(dòng)罐體結(jié)構(gòu)的情況下，將精細(xì)過(guò)濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)由復(fù)雜向簡(jiǎn)單化轉(zhuǎn)變”的思路。根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)水處理設(shè)備技術(shù)基礎(chǔ)，決定對(duì)平臺(tái)現(xiàn)有的精細(xì)過(guò)濾器六個(gè)單體進(jìn)行通量測(cè)試，測(cè)試顯示五號(hào)單體濾料污染嚴(yán)重，最終決定對(duì)其中一個(gè)單體進(jìn)行改造試驗(yàn)。同時(shí)，考慮到改造的可逆性，所有改造均是在不改變?cè)芯?xì)過(guò)濾器罐體結(jié)構(gòu)的情況下進(jìn)行，所有配件更換均采用法蘭螺栓連接。設(shè)計(jì)新型布水器（也稱新型集水器）和絲網(wǎng)濾芯。

優(yōu)化之后的精細(xì)過(guò)濾器在罐內(nèi)環(huán)空篩網(wǎng)拆除后，增加罐體充裝濾料體積0.16m3，濾層厚度由原來(lái)的0.5m增加到1.1m，濾層厚度增加0.6m，拆除環(huán)空篩網(wǎng)后不但增強(qiáng)了過(guò)濾效果還增大了設(shè)備的處理量。拆除壓板、氣缸軸及相關(guān)附件，避免了因受力不均導(dǎo)致壓板和氣缸軸歪斜彎曲損壞，使設(shè)備的穩(wěn)定性增加。罐頂增加進(jìn)口布水器，有效防止水力沖刷和反洗時(shí)濾料的流失。

3.2 進(jìn)行濾料換型及增加自動(dòng)收油功能

對(duì)于纖維球?yàn)V料反洗要求高，使用天然氣反沖洗時(shí)，天然氣會(huì)攜帶輕質(zhì)油污染濾料、纖維球?yàn)V料容易結(jié)餅和脫毛、堵塞下游濾網(wǎng)，以及精細(xì)過(guò)濾器在正常過(guò)濾時(shí)沒有自動(dòng)收油功能，油污集中在罐頂無(wú)法及時(shí)排出等問題，經(jīng)調(diào)研實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，將纖維球?yàn)V料試驗(yàn)性更換為無(wú)煙煤濾料，在精細(xì)過(guò)濾器罐頂將排氣口改造為收油口可解決上述問題。

首先將濾料規(guī)格采用粒徑為1.2-1.5mm的無(wú)煙煤，每個(gè)過(guò)濾器單體濾料充裝高度距離上筒體法蘭面200mm，濾層厚度接近1100mm，充裝量850kg。通過(guò)無(wú)煙煤濾層的阻力截留、重力沉降和深床過(guò)濾等多種作用，確保生產(chǎn)水中的污油和懸浮物處理合格。其次將原精細(xì)過(guò)濾器罐頂1寸排氣口改造為收油口，內(nèi)部焊接線隙寬度為0.4mm的絲網(wǎng)濾芯，防止收油時(shí)濾料漏失，外部1寸管線上安裝自動(dòng)收油閥，定時(shí)打開收油并排放至閉排。

在采用無(wú)煙煤濾料后，反洗時(shí)只需要進(jìn)行水洗，不需要?dú)鉀_，既節(jié)約了天然氣的使用，也避免了天然氣攜帶污油對(duì)濾料造成污染。反洗時(shí)對(duì)水源壓力要求較低，壓力100kpa左右即可，降低了受反洗壓力影響的程度。通過(guò)使用無(wú)煙煤濾料，水出口含油由35ppm降至15ppm，除油效果好，抗沖擊能力強(qiáng)，不易被污染，穩(wěn)定性好，不易結(jié)餅和脫毛。精細(xì)過(guò)濾器罐頂原有一寸排氣口改造為自動(dòng)收油口以后，當(dāng)罐內(nèi)積聚一定量的污油時(shí)，閥門自動(dòng)打開將污油排至閉排，避免了收集的污油無(wú)法及時(shí)排出影響過(guò)濾水質(zhì)和污染濾料的情況發(fā)生，并且延長(zhǎng)了反洗間隔時(shí)間。

3.3 進(jìn)水口移位，增加進(jìn)口和反洗水出口流量計(jì)以及取樣口

對(duì)于精細(xì)過(guò)濾器進(jìn)水口位于側(cè)面導(dǎo)致濾料填充高度受限以及過(guò)濾效果差的問題，采用不改變罐體結(jié)構(gòu)的情況下，改變進(jìn)水口位置，利用精細(xì)過(guò)濾器罐頂原有氣缸軸的2寸口作為新進(jìn)水口。在精細(xì)過(guò)濾器進(jìn)水口和反洗出水口加裝電磁流量計(jì)，并且在水出口增加取樣口，方便日常取樣操作。

在精細(xì)過(guò)濾器進(jìn)水口由側(cè)面移位至罐頂后，濾料充裝體積得到增加，過(guò)濾時(shí)濾層厚度升高，生產(chǎn)水中污油和懸浮物能更高效地被無(wú)煙煤濾料截留，提高了過(guò)濾效果，出口污水含油降低至20ppm，處理量由改造前30m3/h增至42m3/h。在進(jìn)口和反洗出口加裝電磁流量計(jì)，能及時(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)出單體過(guò)濾通量及反洗流量。出口增加取樣口后，通過(guò)取樣化驗(yàn)及時(shí)判斷濾料污染情況，便于提前采取措施。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)近半年的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用，精細(xì)過(guò)濾器優(yōu)化改造初見成效。設(shè)備在處理量得到提升，該平臺(tái)精細(xì)過(guò)濾器整套處理量設(shè)計(jì)為4800m3/d，由六個(gè)單體組成，每個(gè)單體處理量33.4m3/h，目前已完成一個(gè)單體改造，穩(wěn)定運(yùn)行兩個(gè)月，處理量約40 m3/h，若將其他5個(gè)單體完成同樣改造，處理量將由4800m3/d增加到5800m3/d。其次，設(shè)備的處理效果變好，優(yōu)化后設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定，精細(xì)過(guò)濾器出口水含油維持在20ppm左右。此外，改造后的設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)和濾料費(fèi)用顯著降低，填料更換周期由原來(lái)的半年一次延長(zhǎng)至兩年一次，原改性纖維球338元/kg，無(wú)煙煤為7.9元/kg，按每個(gè)單體充裝纖維球50kg、無(wú)煙煤850kg計(jì)算，一個(gè)單體每?jī)赡隇V料費(fèi)用節(jié)省338×50×4-7.9×850=60885元，每次更換濾料一個(gè)單體人工費(fèi)用1000元，一個(gè)單體每?jī)赡昕晒?jié)省填料更換費(fèi)用1000×4-1000×1=3000元，平臺(tái)整套精細(xì)過(guò)濾器（6個(gè)單體）每?jī)赡昕晒?jié)省人工費(fèi)和填料費(fèi)用共 （60885+3000）×6=38.33萬(wàn)元。