長北處理廠污水處理系統(tǒng)存在問題分析及解決方法

余志斌 ，李朋江 ，常 超 ，張占平 ，王虎丹

（1.西安石油大學，陜西西安 710065；2.中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

長北天然氣處理廠污水處理系統(tǒng)于2006年6月建成，12月正式投入使用，設計處理量為240立方米/天。長北天然氣處理廠污水由三部分組成，生產(chǎn)污水、檢修污水和生活污水。目前生產(chǎn)污水占污水總量的95.3%，檢修污水占1.4%，生活污水占3.3%（日均）。污水處理流程簡圖（見圖1）。

其中，生產(chǎn)污水主要來自甲醇再生單元的塔底廢水，廢水通過廢水泵打入污水回注單元凈水罐，經(jīng)檢驗達到回注指標后，再通過污水回注泵直接注入回注井S213。檢修污水,主要來自各個單元檢修排污，污水先進入污水罐后由機泵輸送到污水處理單元經(jīng)過過濾器過濾，檢測合格后回注地層。生活污水,生活污水來自生活區(qū)，目前生活污水外運處理。

1 目前存在問題及原因分析

長北處理廠污水處理系統(tǒng)自投運以來，回注泵P-4004頻繁損換，嚴重時每天要停泵更換兩次，導致污水不能及時回注，嚴重影響生產(chǎn)。針對這個問題，找出了影響回注泵損壞的主要原因。

圖1 污水處理系統(tǒng)流程圖

1.1 生產(chǎn)污水水質差，機雜含量大

生產(chǎn)污水主要來自甲醇再生單元的塔底廢水，廢水通過廢水泵打入污水回注單元凈水罐，經(jīng)檢驗達到回注指標后，再通過污水回注泵直接注入回注井S213，但在實際的運行過程中，回注泵的閥板閥座頻繁損壞，閥板和閥座被污水中的泥沙沖刷出坑槽，面與面之間的吸合力被破壞，無法進行密封，回注泵也就無法正常上量。

經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)影響回注污水機雜含量的主要因素有。

1.1.1 大量井底泥沙隨氣層水進入處理廠 長北區(qū)域絕大部分氣井為水平井，采用裸眼完井，各井叢到天然氣處理廠采用濕氣輸送模式，在生產(chǎn)過程中井底泥沙被氣帶到地面管線，隨氣層水一起進入處理廠各裝置。液體中固體懸浮顆粒含量平均在300～550 mg/L。

1.1.2 污水系統(tǒng)工藝不合理 長北處理廠甲醇富液處理廠甲醇富液由三項分離器分離出來后，進入甲醇再生單元V2501緩沖后，然后再到罐區(qū)T0602A/B罐進行沉降，沉降后去甲醇再生單元進行處理。由于沉降時間短，固體顆粒不能完全沉降，就帶大量機雜的液體進入甲醇再生單元。而且富液甲醇罐出水口位置不合理。用來做沉降的甲醇富液罐，出水口位置過低，沉降在罐底的機雜隨液體進入甲醇再生單元。

1.1.3 污水處理設施不完善 進入甲醇回收單元的污水機雜含量較高，而甲醇回收單元的廢水在回注前沒有任何后續(xù)處理裝置就直接進入了凈水罐進行回注，水中的固體懸浮顆粒沒有被去除。

以上三個原因導致了污水回注泵回注的污水中含有大量的固體懸浮顆粒，而回注泵由于設計時回注清水，采用的閥板和閥座是面與面接觸，來保持密封，污水中的這些顆粒很容易破壞密封，導致回注泵頻繁損壞，嚴重影響裝置的運行。

1.2 回注壓力高

長北處理廠污水采用三柱塞往復高壓泵進行回注，為了減輕對環(huán)境和地下水資源的破壞，注水層在地下2 800 m的儲氣層，回注壓力平均在27.5～28.6 MPa。回注壓力高也就決定了泵的出口壓力也要高，現(xiàn)在長北處理廠選用的兩臺回注泵出口壓力設計為40 MPa，工作壓力大概在27～28 MPa，如此高的壓力決定了回注泵內(nèi)各部件的接觸壓力也很大，只要污水懸浮物高就會打壞閥板閥座，導致停泵。

1.3 回注污水粘度大，出現(xiàn)乳化

還對回注污水進行了取樣分析，發(fā)現(xiàn)污水乳化嚴重，也無法滿足回注泵輸送清水介質的要求。

通過以上分析，生產(chǎn)污水水質差，機雜含量高；回注壓力高；回注水乳化嚴重是影響回注泵損壞的主要原因。

2 解決辦法及實施效果

2.1 針對大量泥沙隨液進入處理廠的問題

2.1.1 找出出砂原因，制定防砂計劃并實施

（1）確定泥砂來源，紅外光譜衍射顯示，回注井S213井口樣品中懸浮固體與泥漿相似，所以污水中的懸浮固體主要來自泥漿。

（2）用鹽水代替鉆井泥漿，完鉆后用鹽水頂替第二條腿中的泥漿減少井內(nèi)泥漿量。如果開窗側鉆兩條腿都可以替換。

（3）充分利用洗井作業(yè)來清洗新井，優(yōu)化洗井標準，把固體含量由20%降到10%。利用在線分離器建立洗井天數(shù)和反出泥漿及固體含量的關系進一步優(yōu)化洗井作業(yè)。接入新井后控制固體顆粒含量在井口安裝暫時性的固體過濾裝置。如果不用分離器，以較小的產(chǎn)量投產(chǎn)，密切監(jiān)測長北天然氣處理廠水質，根據(jù)水質結果決定下一步的開井計劃。如果用分離器，新井投產(chǎn)時緩慢開到最大產(chǎn)量，密切監(jiān)測長北天然氣處理廠水質評估分離效果。

（4）用Clampon出沙設備檢測儀監(jiān)測出砂情況，建立合適的生產(chǎn)制度防止出砂。

2.1.2 改造甲醇富液罐出水口，進一步提高機雜沉降效果 在今年6月檢修期間對T0602A/B罐的出水口進行改造，將出水口抬升70 cm，避免了罐內(nèi)液位過低時，大量機械雜質進入甲醇再生單元。同時，也根據(jù)進入處理廠的水質情況，對加藥配方進行了調整和優(yōu)化，進一步提高機雜沉降效果。

2.2 針對工藝不合理、污水處理設施不完善的問題

對現(xiàn)有的污水處理系統(tǒng)流程進行改善。

（1）現(xiàn)有富甲醇儲罐目前被用來起沉降作用，但這是浮頂罐，按原設計是作為儲罐用的，并不能穩(wěn)定和連續(xù)地排油和排泥。需要通過停罐檢修才能除去罐底沉積的泥。富甲醇浮頂罐內(nèi)上方的浮油聚積并逐漸增厚，但也需要通過操作者的判斷和人工排油，這既難于操作又不便于判斷。所以在甲醇富液罐區(qū)新建500 m3罐作為沉降罐，具有除油和除泥功能。

這樣在來流含油量在5 000～10 000 mg/L和懸浮物含量為1 000 mg/L時，經(jīng)沉降罐處理后其出口氣田水（即富甲醇）含油量和懸浮物含量指標可分別降至1 000 mg/L和100 mg/L以下。

（2）在新建沉降罐下游設置水力旋流器，并在污水處理單元設置氣浮裝置和精細過濾器，設置一個轉輸泵，將新建沉降罐（T-0620）出口的富甲醇升壓送至水力旋流器，進一步除油，處理后油含量可從1 000 mg/L降至100 mg/L。

富甲醇經(jīng)水力旋流除油后，通過現(xiàn)有的3級過濾器進入甲醇再生塔。可考慮只保留2級過濾。塔底水去污水處理單元，經(jīng)氣浮裝置處理后含油量和懸浮物含量分別降至30和10 mg/L

在凈水罐T-4002入口設置5 μm精細過濾器以控制回注水懸浮物粒徑。這樣就可以防止甲醇塔底廢水攜帶雜質直接進入凈水罐進行回注。

2.3 回注壓力高的問題

針對回注壓力高的問題，采取了回注井清洗及酸化的方法。

2.3.1 清洗S213井 用連續(xù)油管將機雜循環(huán)出來，接著進行酸化。這樣可以重新啟動下面的注水層，改善回注水層的污染情況。

2.3.2 酸化作業(yè) 2010年10月11號對回注井S213進行酸化作業(yè)。總共注入36m3酸液，注酸壓力為23MPa。（配方：20%HCl+1.5%防腐蝕劑+0.15%鐵離子控制劑）。恢復注水后壓力為26.11MPa（酸化前為27.89MPa），上次酸化后壓力為26.32 MPa,注水能力基本恢復到2008年水平，有效的降低了回注壓力。自2009年初到現(xiàn)在一共進行過4次酸化作業(yè)，酸化后回注壓力平均降低1.81 MPa。

3 效果檢驗

3.1 實施效果

3.1.1 干線來液中固體懸浮物明顯減少 通過與鉆井組聯(lián)合作業(yè)，制定完善的洗井程序，嚴格新井配產(chǎn)制度，干線來液中固體懸浮顆粒明顯減少，由原來的443 mg/L減少到平均215 mg/L（見圖3）。

3.1.2 甲醇處理單元來液水質得到改善 經(jīng)過對甲醇富液罐出水口改造，加藥配方的調整，進入甲醇處理單元含醇污水的固態(tài)懸浮顆粒明顯減少，由原來的246 mg/L減少到目前的103 mg/L。

3.1.3 回注壓力下降 經(jīng)過對S213的酸化作業(yè)和洗井作業(yè)，回注壓力有了明顯下降，平均在1.5 MPa左右（見圖4）。

3.2 效益對比

通過各種措施，保證了污水的水質，降低了回注壓力，從而減少了回注泵維修頻率、降低了勞動強度，5個月內(nèi)維護維修成本從32.6萬元降低到20.3萬元。

通過這一系列措施，我們達到了預期的目標，不僅干線來液中固體懸浮物明顯減少、水質得到了改善、回注壓力也降低了，而且還降低了不少成本，大大減輕了員工的勞動強度。

表1 成本對比表

4 鞏固措施及建議

針對長北天然氣處理廠污水處理系統(tǒng)存在的問題，目前雖然采取了一些措施，降低了回注污水中的機雜含量，減少了回注泵的損壞次數(shù)，使得污水處理系統(tǒng)暫時能夠連續(xù)運行，不會影響到長北天然氣處理廠的天然氣生產(chǎn)，但這些僅僅是權宜之計。要從根本上解決問題，還需要對污水處理系統(tǒng)不合理的工藝流程進行改造。因此，在日常的工作中還要注意以下幾點：

（1）繼續(xù)跟蹤水質情況，密切監(jiān)測處理廠水質，根據(jù)水質結果決定下一步的開井計劃。

（2）在新投產(chǎn)井井口安裝Clampon探頭監(jiān)測新井出砂情況，合理計劃生產(chǎn)。

（3）根據(jù)處理廠回注壓力情況，及時對回注井進行酸化。

（4）繼續(xù)跟進回注系統(tǒng)改造工作。

［1］張忠祥，錢易.城市可持續(xù)發(fā)展與水污染防治對策［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994：6-7.

［2］趙寶江.污水處理廠節(jié)能減排的實現(xiàn)途徑分析［J］.環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟，2010，（11）：49-52.