振動式纖維束過濾器的研制與應(yīng)用

　　隨著我國油田開采逐漸進(jìn)入中后期,注水量逐年上升,對水質(zhì)的要求也越來越高。污水精細(xì)過濾器作為污水回注的最后一個水質(zhì)把關(guān)單元,所起的作用也越來越大。目前油田用量較多的污水精細(xì)過濾器有纖維球過濾器和纖維束過濾器。　　纖維球過濾器以其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、處理量大等優(yōu)點(diǎn)成為油田注水主流精細(xì)過濾設(shè)備。但隨著使用時間的增加,纖維球過濾器因其結(jié)構(gòu)因素[1]暴露出以下問題:①每個纖維球均用線繩捆扎,球心密實(shí)、球表疏松,導(dǎo)致粘附于球心的雜質(zhì)和油污不易脫附,造成濾球不能徹底反洗,影響后續(xù)過濾水質(zhì);②纖維球?yàn)V料在濾罐內(nèi)處于隨機(jī)分布狀態(tài),濾床厚薄不一,導(dǎo)致同一平面內(nèi)的濾阻分配不均勻,造成濾床薄弱處易被擊穿;③纖維球由短纖維捆扎而成,在反復(fù)搓洗過程中,短纖維易脫落,脫落后的短纖維易將濾罐進(jìn)、出口篩管堵死,影響過濾器正常工作流程?；谝陨显?纖維球過濾器在油田現(xiàn)場出現(xiàn)濾后水質(zhì)波動較大,不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo);篩管堵塞頻繁,需要不定期停運(yùn)清罐,致使注水生產(chǎn)不能連續(xù)有效進(jìn)行。因此,纖維球過濾器已逐漸受到油田用戶的冷落。　　纖維束過濾器的結(jié)構(gòu)原理[2]與纖維球過濾器截然不同,濾料以纖維束的型式均勻懸掛在可以正、反交替旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)托盤上,濾料密實(shí)度(或?yàn)V床高度)由升降托盤來調(diào)節(jié)。正常過濾流程采用低進(jìn)高出,水中懸浮物自然沉降,不污染濾料;反洗操作流程采用高進(jìn)低出,濾層表面堆積的泥餅、油污很容易被沖掉。反洗時釋放纖維束的壓力,并正向、反向交替旋轉(zhuǎn)纖維束,提高了反洗的效率和效果,使反洗更徹底、更干凈,后續(xù)工作性能更加穩(wěn)定。纖維束過濾器的設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠家以江漢機(jī)械研究所為主,自推出后,因其濾后水質(zhì)精度高、濾料反洗再生徹底、壽命長等優(yōu)點(diǎn)受到油田用戶的推崇。該過濾器整體為塔式結(jié)構(gòu),較纖維球過濾器復(fù)雜。由于受其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的,目前其單臺設(shè)計(jì)處理量最大為60 m³/h,只適用于油田小型污水處理站。　　在江漢、勝利、長慶等油田的應(yīng)用表明,在保持纖維束過濾器結(jié)構(gòu)原理不變的條件下,再適應(yīng)大處理量而放大過濾器的結(jié)構(gòu)尺寸將導(dǎo)致:①加工難度、運(yùn)行成本、故障幾率呈幾何級數(shù)增加;②機(jī)械反洗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足和反洗死區(qū)增大,影響后續(xù)處理效果。由此可見,有必要根據(jù)油田現(xiàn)場需要并著眼于油田后續(xù)生產(chǎn),從過濾器的反洗技術(shù)入手,再研制一種處理量大、過濾精度高、后續(xù)效果穩(wěn)定、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便的污水精細(xì)過濾設(shè)備。

　　技　術(shù)　分　析　　1.振動式纖維束過濾器結(jié)構(gòu)江漢機(jī)械研究所研制的振動式纖維束過濾器將原有TCL型過濾器的“塔式”結(jié)構(gòu)改為帶有封頭的“容器”式結(jié)構(gòu),如圖1所示。過濾器主要由液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、容器體、上托盤、下托盤、纖維束濾料、上下進(jìn)出水管匯等部件組成。

　　2.工作原理　　過濾時,下托盤上升,形成適當(dāng)密實(shí)度的濾床,含油污水低進(jìn)高出,油和機(jī)雜在濾床上得到吸附和攔截。反洗時,反洗水高進(jìn)低出,下托盤在液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用下,作上、下往復(fù)活塞式振動,吸附在濾料上的油和機(jī)雜被擠壓沖洗出來,使濾料得以均勻反洗再生。　　3.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)　　(1)該過濾器的濾料均勻懸掛在上、下托盤之間,且每束濾料粗細(xì)、長短一致,能很好地保證濾床的均勻性;　　(2)反洗執(zhí)行機(jī)構(gòu)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動,液壓系統(tǒng)具有較快的運(yùn)行速度和過載保護(hù)性能,該系統(tǒng)的運(yùn)用增加了過濾器的安全可靠性;　　(3)容器體采用上下焊接式橢圓形封頭,不但降低了設(shè)備高度,而且減輕了過濾器加工難度和成本,對水流的聚集和成型也有好處;　　(4)過濾時,液缸活塞桿收回,避免了桿體結(jié)垢和銹蝕的可能性;　　(5)液缸上裝有位移傳感器,用于監(jiān)測和控制活塞桿行程(精度達(dá)0.1 mm),對過濾器的過濾和反洗狀態(tài)可實(shí)時監(jiān)控,極大地改善了設(shè)備的操控性能;　　(6)過濾器將過濾升降機(jī)構(gòu)與反洗執(zhí)行機(jī)構(gòu)合二為一,統(tǒng)一由液壓系統(tǒng)的液缸來執(zhí)行,這使結(jié)構(gòu)大幅度簡化,可靠性得以大幅度提升。　　4.技術(shù)參數(shù)　　工作壓力:≤0.6MPa;　　工作溫度:≤80℃;　　處理量:≥150 m³/h;　　過濾前水質(zhì)要求:含油質(zhì)量濃度≤30 mg/L、懸浮物質(zhì)量濃度≤20 mg/L;　　過濾后水質(zhì):含油質(zhì)量濃度≤5mg/L、懸浮物質(zhì)量濃度≤3 mg/L、懸浮物粒徑≤2μm。

　　現(xiàn)場應(yīng)用情況　　1.運(yùn)行狀況　　TCLW150/0.6Z型振動式纖維束過濾器樣機(jī)于2006年8月3日安裝在大港油田采油二廠莊大站,8月21日正式投入工業(yè)運(yùn)行,截至2006年12月10日,已累計(jì)工作達(dá)110 d,累計(jì)處理水量3.96萬m³。目前處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。　　莊大站污水處理流程為:井上來液→三相分離器→緩沖罐→除油罐→核桃殼過濾器→振動式纖維束過濾器。處理量為150 m³/h。整體工藝處理水質(zhì)達(dá)到低滲透油層A3級注水水質(zhì)指標(biāo)[3]。反洗采用濾后水,反洗流量150 m³/h。　　2.運(yùn)行水質(zhì)數(shù)據(jù)處理及分析　　以2006年10月28日為例,過濾器進(jìn)、出口水質(zhì)情況如圖2和圖3所示。

　　由圖2和圖3可以看出,在1個過濾周期內(nèi),由于反洗較為徹底(每次反洗水量在50m³左右),過濾剛開始水質(zhì)就呈達(dá)標(biāo)狀態(tài);在反洗2 h后,水質(zhì)呈穩(wěn)定狀態(tài);在反洗后24 h期內(nèi),水質(zhì)呈穩(wěn)定達(dá)標(biāo)狀態(tài);過濾時間達(dá)24 h時,水質(zhì)略微超標(biāo)。這表明過濾及反洗參數(shù)設(shè)計(jì)得比較合理,有利于現(xiàn)場操作管理。　　由圖中可以看出,雖然過濾器進(jìn)口水質(zhì)(即原流程注水水質(zhì))指標(biāo)波動較大,但過濾器出口水質(zhì)相對保持平穩(wěn),這說明該過濾器抗負(fù)荷沖擊能力較強(qiáng)。　　為了對過濾器的過濾性能做更全面的認(rèn)識,列出運(yùn)行開始3個月過濾器在反洗后同一時段水質(zhì)化驗(yàn)的結(jié)果(見表1)。

　　從表1中可以看出,過濾器來液水質(zhì)的含油質(zhì)量濃度和濁度兩項(xiàng)指標(biāo)波動變化較大,反映出現(xiàn)場水質(zhì)的不穩(wěn)定性;但同時也可以看出,不穩(wěn)定來液經(jīng)過過濾器處理以后呈現(xiàn)出穩(wěn)定達(dá)標(biāo)狀態(tài),這進(jìn)一步說明了該過濾器有著良好的過濾、反洗性能和抗負(fù)荷沖擊能力。

　　結(jié)　　　論　　(1)振動式纖維束過濾器出水含油質(zhì)量濃度和懸浮物含量兩項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,即達(dá)到了SY/T 5329—94“碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法”中低滲透地層注水水質(zhì)的要求。　　(2)雖然過濾器進(jìn)口水質(zhì)(即原流程注水水質(zhì))指標(biāo)波動較大,但過濾器出口水質(zhì)相對保持平穩(wěn),這說明該過濾器具有良好的過濾性能和反洗性能,后續(xù)處理效果穩(wěn)定可靠,且具有較強(qiáng)的抗負(fù)荷沖擊能力。　　(3)在使用這種過濾器以前,莊大站的注水水質(zhì)長期不達(dá)標(biāo),經(jīng)過這種設(shè)備過濾處理,該站的注水水質(zhì)指標(biāo)完全達(dá)到了地質(zhì)注水要求(含油質(zhì)量濃度≤10 mg/L、懸浮物質(zhì)量濃度≤5 mg/L、懸浮物粒徑≤3μm、總鐵質(zhì)量濃度≤2 mg/L)。　　(4) TCLW150/0.6Z型振動式纖維束過濾器結(jié)構(gòu)簡單,反洗原理獨(dú)特,整體設(shè)備具人性化設(shè)計(jì),操作簡單,運(yùn)轉(zhuǎn)靈活,納污及反洗再生能力強(qiáng),是含油污水精細(xì)過濾領(lǐng)域較理想的產(chǎn)品。