海上平臺(tái)雙介質(zhì)過(guò)濾器出口水質(zhì)主要影響因素探究

周 興，劉丁友，李彥奇，張凌峰，劉 毅

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 引言

在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，人們認(rèn)識(shí)到油田污水處后代替地下水進(jìn)行回注是合理開(kāi)發(fā)和利用水資源的正確途徑。油田污水處理通常需經(jīng)過(guò)多級(jí)處理后滿足注水指標(biāo)才能進(jìn)行回注[1]。

雙介質(zhì)過(guò)濾器是通過(guò)濾器是利用兩種不同的濾料介質(zhì)，在一定的操作壓力、流速下，分別去除生產(chǎn)污水中的浮油和懸浮顆粒雜質(zhì)。大多數(shù)類(lèi)型的雙介質(zhì)過(guò)濾器采用核桃殼吸附浮油，采用石英砂吸附懸浮物。

1 某海上平臺(tái)雙介質(zhì)過(guò)濾器運(yùn)行現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 運(yùn)行情況

該平臺(tái)有雙介質(zhì)過(guò)濾器15 臺(tái)，性能參數(shù)見(jiàn)表1、運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2。雙介質(zhì)過(guò)濾器處理來(lái)自生產(chǎn)水緩沖罐的污水，處理后的生產(chǎn)污水直接進(jìn)入注水緩沖罐，圖1 所示為雙介質(zhì)過(guò)濾器在污水處理流程中所在的節(jié)點(diǎn)位置，由于雙介質(zhì)過(guò)濾器是污水處理的最后一級(jí)設(shè)備，因此其處理效果直接決定了平臺(tái)注水水質(zhì)。

圖1 某平臺(tái)雙介質(zhì)過(guò)濾器所在污水處理流程節(jié)點(diǎn)

表1 雙介質(zhì)過(guò)濾器性能參數(shù)

1.2 存在的問(wèn)題

為響應(yīng)渤海地區(qū)“注夠水、注好水、精細(xì)注水、有效注水”的號(hào)召，進(jìn)一步提高注水水質(zhì)，結(jié)合污水系統(tǒng)設(shè)計(jì)各級(jí)設(shè)備出口水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)收集了2 個(gè)月污水系統(tǒng)各級(jí)設(shè)備相關(guān)水質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)，與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析，統(tǒng)計(jì)污水系統(tǒng)各級(jí)設(shè)備出口水質(zhì)不合格率（圖2）。

圖2 污水系統(tǒng)各級(jí)設(shè)備出口水質(zhì)不合格率

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示雙介質(zhì)過(guò)濾器出口水質(zhì)不合格率為8.68%，是影響注水水質(zhì)的主要原因。雙介質(zhì)濾器是海上平臺(tái)生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)最后一級(jí)處理設(shè)備，對(duì)注水水質(zhì)起著決定性作用。因此，降低雙介質(zhì)濾器出口水質(zhì)不合格率對(duì)于保障平臺(tái)注水水質(zhì)起著關(guān)鍵性作用。

為找出主要癥結(jié)，以便進(jìn)一步深入研究，連續(xù)兩個(gè)月對(duì)該平臺(tái)各雙介質(zhì)過(guò)濾器出口水質(zhì)的化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 某平臺(tái)雙介質(zhì)過(guò)濾器器出口水質(zhì)7 項(xiàng)指標(biāo)不合格率

根據(jù)圖3 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)比注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，該平臺(tái)雙介質(zhì)過(guò)濾器出口水質(zhì)出現(xiàn)不合格的情況主要表現(xiàn)為含油較高。

2 雙介質(zhì)過(guò)濾器出口水質(zhì)主要影響因素

2.1 分析方法

采用關(guān)聯(lián)圖的形式尋找影響雙介質(zhì)過(guò)濾器出口水質(zhì)的末端影響因素，再針對(duì)各末端影響因素進(jìn)行逐一確認(rèn)，找尋主要影響因素。

2.1.1 影響因素關(guān)聯(lián)圖

為探究雙介質(zhì)過(guò)濾器出口水質(zhì)影響因素，從人員、設(shè)備、流程以及上游來(lái)液等方面著手，運(yùn)用關(guān)聯(lián)圖深入分析（圖4）。

圖4 出口含油不合格率高的關(guān)聯(lián)圖

采用樹(shù)狀圖的方法，對(duì)雙介質(zhì)過(guò)濾器出口含油不合格率的影響因素展開(kāi)分析，分別從化驗(yàn)數(shù)據(jù)、化學(xué)藥劑、反洗效果、收油效果、處理量情況、過(guò)濾效果等方面展開(kāi)分析，找到了12 個(gè)可能導(dǎo)致出口含油高的末端原因，對(duì)應(yīng)在表3 中末端原因列項(xiàng)中。

表3 雙介質(zhì)過(guò)濾器出口不合格率高的末端因素確認(rèn)分析表

2.1.2 主要影響因素確認(rèn)方法

針對(duì)圖4 中可能影響雙介質(zhì)過(guò)濾器出口含油高的因素展開(kāi)確認(rèn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，分別采用了調(diào)查分析和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)的確認(rèn)方法，各個(gè)末端原因?qū)?yīng)的確認(rèn)的內(nèi)容及方法見(jiàn)表3。

2.2 結(jié)論分析

根據(jù)表3 的方法對(duì)平臺(tái)進(jìn)行分析得出，長(zhǎng)期未更換濾料和水洗瞬時(shí)量小是影響雙介質(zhì)過(guò)濾器出口水質(zhì)不合格的主要因素。

2.2.1 長(zhǎng)期未更換濾料的影響

為了驗(yàn)證濾料長(zhǎng)期使用對(duì)雙介質(zhì)過(guò)濾器的影響，首先從雙介質(zhì)過(guò)濾器的總使用天數(shù)與出口水質(zhì)化驗(yàn)不合格率之間的關(guān)系著手研究，逐一進(jìn)行分析。

從圖5 可以看出，使用總天數(shù)越多的雙介質(zhì)過(guò)濾器出口水質(zhì)化驗(yàn)不合格率越高，即雙介質(zhì)濾器出口水質(zhì)化驗(yàn)不合格率與使用總天數(shù)成正相關(guān)關(guān)系。

圖5 總投入天數(shù)與化驗(yàn)水質(zhì)不合格率之間的關(guān)系

為了排除其他因素對(duì)濾器與濾器之間橫向?qū)Ρ犬a(chǎn)生影響，隨機(jī)選取3 臺(tái)雙介質(zhì)濾器（A、I、L）作為對(duì)象，統(tǒng)計(jì)其自濾料更換完成投運(yùn)開(kāi)始的所有化驗(yàn)數(shù)據(jù)，并計(jì)算每個(gè)月出口水質(zhì)含油的不合格率變化趨勢(shì)（圖6）。

圖6 水質(zhì)不合格率逐月變化趨勢(shì)

無(wú)論是從雙介質(zhì)濾器與雙介質(zhì)濾器之間的橫向?qū)Ρ?，還是從單臺(tái)雙介質(zhì)濾器自身的縱向?qū)Ρ?，都可得出：雙介質(zhì)過(guò)濾器的使用時(shí)間越長(zhǎng)，出口水質(zhì)化驗(yàn)不合格率越高。因此，清罐更換濾料周期是否合理直接影響出口水質(zhì)的合格率。

2.2.2 水反洗瞬時(shí)量小的影響

該平臺(tái)雙介質(zhì)過(guò)濾器設(shè)計(jì)反洗強(qiáng)度為360～490 m3/h，反洗泵的額定排量為450 m3/h，但受限于流程需要，以及人員操作誤差的影響，水洗的實(shí)際瞬時(shí)量普遍為360～390 m3/h。

為確認(rèn)該平臺(tái)水反洗瞬時(shí)量是否對(duì)雙介質(zhì)過(guò)濾器過(guò)濾效果有影響，在試驗(yàn)過(guò)程中選擇某臺(tái)雙介質(zhì)過(guò)濾器，隨機(jī)地抽取了該雙介質(zhì)過(guò)濾器一個(gè)月的水反洗瞬時(shí)量和出口含油量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖7 所示。

圖7 雙介質(zhì)水洗瞬時(shí)量與出口水質(zhì)的關(guān)系

通過(guò)圖7 可知：在實(shí)際水洗量范圍內(nèi)，雙介質(zhì)過(guò)濾器出口水質(zhì)含油與水洗的瞬時(shí)量存在一定的關(guān)系，瞬時(shí)水洗量越大，出口水質(zhì)含油量越低。上述現(xiàn)象反映出水洗瞬時(shí)量對(duì)于雙介質(zhì)過(guò)濾器的過(guò)濾效果有影響，并且目前常用的瞬時(shí)水洗量可能不符合雙介質(zhì)過(guò)濾器的反洗要求。

3 雙介質(zhì)過(guò)濾器運(yùn)行模式優(yōu)化方法

在日常生產(chǎn)過(guò)程中，為確保雙介質(zhì)過(guò)濾器出口水質(zhì)能夠滿足流程的需要，以保證注水水質(zhì)合格，最經(jīng)濟(jì)有效的方法就是從主要影響因素入手，即采取優(yōu)化濾料更換時(shí)間和選擇合適的水洗瞬時(shí)量的方法。

3.1 優(yōu)化濾料更換時(shí)間

上文指出，使用周期較長(zhǎng)的雙介質(zhì)過(guò)濾器的出口水質(zhì)較差，因此需要選擇合適的濾料更換周期。不僅需要滿足流程中雙介質(zhì)過(guò)濾器出口水質(zhì)的需要，還需要考慮到經(jīng)濟(jì)性和可操作性，避免過(guò)于頻繁的更換濾料帶來(lái)的施工上的不便以及其他的問(wèn)題。因此，根據(jù)實(shí)際需要，探索出一個(gè)合適的雙介質(zhì)過(guò)濾器的濾料使用周期有重要的意義。根據(jù)圖6 可知，在A 平臺(tái)，當(dāng)雙介質(zhì)過(guò)濾器濾料使用周期達(dá)到10～12 個(gè)月，出口水質(zhì)出現(xiàn)不合格的概率將逐漸走高，結(jié)合A 平臺(tái)實(shí)際情況綜合考慮，濾料更換周期選擇為12 個(gè)月。

3.2 選擇合適的水洗瞬時(shí)量

綜合考慮雙介質(zhì)過(guò)濾器的設(shè)計(jì)水洗瞬時(shí)量及反洗泵的額定排量等因素，設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)：水洗瞬時(shí)量360～460 m3/h，每10 m3/h 為一個(gè)梯度，對(duì)雙介質(zhì)過(guò)濾器進(jìn)行水洗，并對(duì)投用后出口水質(zhì)含油量進(jìn)行化驗(yàn)，結(jié)果如圖8 所示。

圖8 水洗瞬時(shí)量與出口含油量的關(guān)系

從圖8 趨勢(shì)可以看出，當(dāng)水洗瞬時(shí)量在360～420 m3/h 時(shí)，出口含油量隨水洗瞬時(shí)量增加而降低，并且趨勢(shì)比較明顯，但是當(dāng)水洗瞬時(shí)量大于420 m3/h 時(shí)，出口含油量基本趨于平穩(wěn)，綜合考慮水洗瞬時(shí)量對(duì)下游設(shè)備的沖擊，盡可能選擇較小的水洗瞬時(shí)量，故選擇420 m3/h 為最佳的水洗瞬時(shí)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

雙介質(zhì)過(guò)濾器是海上平臺(tái)污水處理的關(guān)鍵設(shè)備，它的過(guò)濾效果直接影響到注水水質(zhì)，處理流程的運(yùn)行工況的波動(dòng)、人員操作及運(yùn)維保養(yǎng)不到位、運(yùn)行參數(shù)選擇不當(dāng)?shù)纫蛩鼐赡軐?dǎo)致雙介質(zhì)過(guò)濾器處理效果變差，進(jìn)而影響到注水水質(zhì)。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，優(yōu)化濾料更換時(shí)間和選擇合適的水洗瞬時(shí)量的方法，是確保雙介質(zhì)過(guò)濾器出口水質(zhì)滿足流程最經(jīng)濟(jì)有效的方法。