高效油水分離器和過(guò)濾器處理油田污水的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究

我國(guó)主力油田當(dāng)前采出液含水率均很高,有的油田采出液含水率高達(dá)80%以上,而含油污水又需深度處理脫除油及懸浮物以用于回注,所以,研究開發(fā)高效含油污水處理工藝和設(shè)備,是我國(guó)油田地面工程所面臨的重要技術(shù)課題之一。

　　為了適應(yīng)石油生產(chǎn)對(duì)含油污水處理工藝和設(shè)備技術(shù)水平不斷提高的要求,在油田現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了高效油水分離器和高效過(guò)濾器處理含油污水工藝技術(shù)性能的實(shí)驗(yàn)研究,目的是提供能適應(yīng)當(dāng)前油田生產(chǎn)需要的高效、低耗含油污水處理工藝流程技術(shù)的設(shè)備。

　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備　　實(shí)驗(yàn)考察的設(shè)備是由石油大學(xué)(北京)研制開發(fā)的高效油水分離器和高效過(guò)濾器。
　　高效油水分離器系將強(qiáng)化重力法油水分離過(guò)程的兩個(gè)主要途徑,即“淺池原理”和“聚結(jié)技術(shù)”結(jié)合起來(lái)而研制開發(fā)的。由于采用了斜通道波紋板為基本分離構(gòu)件,并作特殊配置,保證了在一定設(shè)備容積內(nèi),可提供最大的油滴浮升面積,及盡可能多的油滴聚結(jié)機(jī)會(huì),使得水中油滴在浮升過(guò)程中聚結(jié),在聚結(jié)過(guò)程中浮升,且內(nèi)部液流流動(dòng)分布均勻,防止了液流的短路和溝流。所以,該設(shè)備能在較短的停留時(shí)間內(nèi)獲得較高的脫油效率。對(duì)煉油、石化工業(yè)含油污水的處理應(yīng)用表明,該設(shè)備的除油效率在90%以上。
　　高效過(guò)濾器采用一定粒度的爐渣作為過(guò)濾介質(zhì),不但為爐渣的綜合利用開辟了一個(gè)新途徑,且因爐渣濾料形狀為不規(guī)則多角棱形,粗糙的表面上分布有形狀、大小及數(shù)量均多種多樣的凹坑,孔隙度及表面積大,極有利于欄截、沉積和吸附水中的懸浮物,因而可在較高濾速下取得較高的過(guò)濾效率(在90%以上)及較長(zhǎng)的過(guò)濾周期。
　　現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)所用的高效油水分離器設(shè)備尺寸為Φ500×4 850 mm,高效過(guò)濾器的尺寸為Φ280×2 050 mm。

　　實(shí)驗(yàn)流程　　實(shí)驗(yàn)在吉林油田新立采油廠聯(lián)合站進(jìn)行,流程見圖1。含油污水經(jīng)流量計(jì)進(jìn)入油水分離器,脫出的油經(jīng)上部排走,油水分離器處理后的污水再由過(guò)濾器上部進(jìn)入過(guò)濾器,處理后排走。過(guò)濾所用的反洗水為自來(lái)水,由過(guò)濾器底部進(jìn)入,由上部排走。油水分離器污水出口還有一外排旁路,以便于考察油水分離器和過(guò)濾器在相同流量或不同流量下的處理效果。除過(guò)濾器入口和反洗水入口裝有流量計(jì)外,在各設(shè)備進(jìn)、出口均裝壓力表及流量計(jì),整個(gè)系統(tǒng)在壓力下操作。

　　新立采油廠聯(lián)合站所處理的采出液含水在40%~50%左右,為考察油水分離器和過(guò)濾器對(duì)不同含油污水,特別是對(duì)高含油濃度污水的適應(yīng)性,分別進(jìn)行了高含油濃度和低含油濃度污水的處理實(shí)驗(yàn)。高含油濃度污水來(lái)自聯(lián)合站1#沉降罐,污水中含油濃度為10%~30%;低含油濃度污水來(lái)自聯(lián)合站一次沉降罐,污水中含油濃度為60~100 mg/L。
　　實(shí)驗(yàn)中的水質(zhì)分析按部標(biāo)SY 5329《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》進(jìn)行。表1為低含油濃度污水處理實(shí)驗(yàn)階段一個(gè)典型的水質(zhì)分析。實(shí)驗(yàn)從1996年12月延續(xù)到1997年6月,最長(zhǎng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1個(gè)月。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　1、高效油水分離器性能考察
　　圖2為高效油水分離器對(duì)高含油濃度污水處理效果隨污水在油水分離器內(nèi)停留時(shí)間的變化關(guān)系。可以看出,盡管進(jìn)口水中含油量高達(dá)10%~30%,但出口水中油含量卻在102mg/L數(shù)量級(jí)以下。隨著停留時(shí)間的增加,出口水中油含量急驟下降,在停留時(shí)間大于20 min的條件下,出口水中油含量都在100 mg/L以下,表現(xiàn)出該高效油水分離器對(duì)高含油濃度污水處理的優(yōu)異特性。

　　圖3為高效油水分離器對(duì)低含油濃度污水處理效果與污水在油水分離器內(nèi)停留時(shí)間的關(guān)系,表現(xiàn)出與圖2相同的趨勢(shì),即隨著停留時(shí)間的增加,出口水中油含量也降低:當(dāng)停留時(shí)間超過(guò)30 min,出口水中油濃度基本上低于20 mg/L。就脫油效率而言,處理高含油濃度污水的脫油效率要比處理低含油濃度污水高。這是由于該高效油水分離器系將淺池原理和聚結(jié)效應(yīng)結(jié)合起來(lái)而研制開發(fā)的,含油濃度高,聚結(jié)效應(yīng)得以充發(fā)發(fā)揮,因而有著較高的脫油效率。
　　通過(guò)不同條件的長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)考察,可得到如下初步結(jié)論:
　　①該高效油水分離器可在較短的停留時(shí)間(一般30 min以內(nèi),而現(xiàn)有沉降罐大多在數(shù)小時(shí)以上)條件下,保持較低的出口油含量。
　?、谠撚退咝Х蛛x器適應(yīng)性強(qiáng),對(duì)于不同含油濃度的污水均能處理,特別是對(duì)高含油濃度污水處理的出色性能,在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證。
　?、墼摳咝в退蛛x器操作彈性較好,在停留時(shí)間變化一倍(即處理量變化一倍)的范圍內(nèi),除油效果無(wú)明顯差異。

　　2、高效過(guò)濾器性能考察
　　高效過(guò)濾器在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中的進(jìn)水來(lái)自高效油水分離器出口,連續(xù)過(guò)濾8~12 h后用自來(lái)水反沖洗,反洗后繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。圖4為高效過(guò)濾器在不同濾速條件下,對(duì)懸浮物及油的脫除效果。從圖4可以看出,當(dāng)過(guò)濾器進(jìn)口水中懸浮物含量為20~30 mg/L,油含量為20~50 mg/L情況下,過(guò)濾器濾速高達(dá)40 m/h時(shí),過(guò)濾器出口水中懸浮物及油的含量均不高于5 mg/L;而當(dāng)濾速在30 m/h以下時(shí),過(guò)濾器出口水中懸浮物及油均在2~3 mg/L左右。這個(gè)結(jié)果表現(xiàn)出了該高效過(guò)濾器優(yōu)異的過(guò)濾性能。在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)考察過(guò)程中,未發(fā)現(xiàn)濾料反沖洗對(duì)過(guò)濾效果的明顯影響。

　　該高效過(guò)濾器的濾料系將工業(yè)爐渣經(jīng)破碎篩分處理后而制成的,此次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中的濾料,其原料來(lái)自新立采油廠鍋爐房爐渣,說(shuō)明該高效過(guò)濾器可以就地利用工業(yè)廢渣,為工業(yè)廢渣資源化利用開創(chuàng)了一個(gè)新途徑。

　　3、油水分離器和過(guò)濾器綜合性能
　　在整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)考察過(guò)程中,除了過(guò)濾器反洗時(shí)間外,不論處理的污水含油濃度高低(包括高濃度污水含油10% ~ 30%及低濃度污水含油60 ~100 mg/L),污水處理量的大小(處理量的變動(dòng)范圍1~3 m³/h),以及油水分離器和過(guò)濾器的處理量是否相同(過(guò)濾器的處理量等于或小于油水分離器的處理量),油水分離器和過(guò)濾器均串聯(lián)連續(xù)運(yùn)行。因之,從過(guò)濾器出口水中懸浮物及油含量的大小,可以看出高效過(guò)濾器和高效油水分離器的總體綜合處理效果。
　　圖5為上述不同操作條件下,64組測(cè)試數(shù)據(jù)(每班測(cè)試一次)中,過(guò)濾器出口水中油及懸浮物含量的統(tǒng)計(jì)直方分布圖。由圖5可以看出,經(jīng)高效油水分離器和高效過(guò)濾器兩級(jí)處理,不論高含油濃度污水或低含油濃度污水,過(guò)濾器出口水中含油不高于5 mg/L的比例占78%、含油為6~10 mg/L者占12%,二者合計(jì),出口水中含油不高于10 mg/L者達(dá)94%,同樣對(duì)水中懸浮物而言(油水分離器進(jìn)口水中懸浮物在100~200 mg/L范圍),過(guò)濾器出口水中懸浮物不高于5 mg/L者占72%,6~10 mg/L者占14%,二者合計(jì),出口水中含懸浮物不高于10 mg/L者占86%。這說(shuō)明,高效油水分離器和高效過(guò)濾器串聯(lián)處理油田采出水,具有很好的處理效果、適應(yīng)能力和操作彈性。

　　應(yīng)用與討論

　?、?gòu)默F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果看,對(duì)于處理油田采出污水并用于回注,采用高效油水分離器和高效過(guò)濾器處理工藝,與現(xiàn)有處理工藝相比較,具有處理效果好,處理水質(zhì)能滿足注水水質(zhì)要求,處理工藝簡(jiǎn)單,投資省,能耗低等優(yōu)點(diǎn),值得在油田推廣應(yīng)用。
　　由于高效油水分離器和高效過(guò)濾器技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)異的核心是油水分離器的內(nèi)構(gòu)件和過(guò)濾器的濾料,所以利用該高效內(nèi)構(gòu)件和濾料,對(duì)現(xiàn)有油田污水處理工藝設(shè)備進(jìn)行改造,也是在較少投資條件下,對(duì)現(xiàn)有工藝設(shè)備技術(shù)改進(jìn)的一個(gè)途徑。例如對(duì)游離水脫除器、斜板沉降罐用高效油水分離器內(nèi)構(gòu)件予以改造,對(duì)石英砂過(guò)濾器和核殼過(guò)濾器改用爐渣濾料,相信會(huì)取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
　　②在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,考慮到新立油田的實(shí)際需要,設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)可移動(dòng)油水分離器,用以處理洗井水,并已投入試用。該油水分離器設(shè)計(jì)能力為50 m³/h,在試用期實(shí)際處理量為30 m³/h,所處理的洗井水含油量波動(dòng)很大,低時(shí)不足100 mg/L,高時(shí)達(dá)5%~10%,經(jīng)處理后排水中油含量均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),試用期內(nèi)每天可收油2 t。