某海上油田污水處理裝置升級過程中出現的問題及處理方法

(長江大學 湖北 武漢 430100)

一、油田生產污水處理流程概述

井口產出的油水混合物經過分離器重力沉降分離后，每個分離器分離出的水通過管線匯合到撇油罐進行聚集緩沖，少量油經過撇油罐油槽撇掉，污水通過污水增壓泵將污水壓力從3bar提高到9.5bar，然后進入水力旋流器，通過水力旋流管旋流處理后，處理后的水經過水力旋流器出口排出(水出口壓力5.6bar),經過液位調節閥后進入下一級處理單元，污油經過溢油端排放進閉排系統，這里主要控制好水力旋流器的油水端壓差比(壓差比=(入口壓力-溢油壓力)/(入口壓力-出口壓力))，一般通過旋流器后處理的污水含油值可以達到30ppm左右。水力旋流器出口的水流向氣浮選處理裝置，氣浮選污水處理裝置分兩級處理，一級氣浮選罐壓力控制在1.2bar，二級壓力控制在1bar，經過兩級處理后檢測合格直接排海。

二、氣浮選污水處理裝置的工作原理

微氣泡旋流氣浮裝置在運行時，吸氣泵從微氣泡旋流氣浮器的出水端抽取水流，從微氣泡旋流氣浮器的頂部抽取保壓氣，經吸氣泵初步混合后，再進入微氣泡發生器，生成帶有大量微細氣泡的溶氣水，然后將該溶氣水引入微氣泡旋流氣浮器的旋流混合區，與來液含油水進行混合，使微細氣泡溶氣水與含油水進行充分混合接觸，使微細氣泡與小粒徑的分散油、乳化油盡可能的發生接觸和粘附，形成油氣聚集物。由于旋流混合區的底部和分離區的底部互不相通，含油氣聚集物的水只能向旋流混合區的上方流動；繼而翻過旋流混合筒的頂部進入分離區，由于微細氣泡隨著水壓壓力減小，體積不斷膨脹，所受浮力也相應增大，因此，在分離區，粘附有微細氣泡的油氣聚集物由于其整體密度遠小于水，被穩定地被浮選出水面，而實現油滴在微氣泡旋流氣浮器內與水的分離。被分離了油滴的水相液體從微氣泡旋流氣浮器的底部流出，進入下級工藝單元。在旋流氣浮器內，經浮選收集的油相液體作為濃油污水排出，進入閉式排放系統。進入閉排系統的油相液體排量將不超過350m3/d。浮選所用的氣體為氣浮器的保壓氣。微氣泡發生器排出的剩余氣體則進入微氣泡旋流氣浮器，實現重復循環使用，少量尾氣排出后，可進入平臺廢氣處理系統。浮選所用的保壓氣體為生產現場的天然氣(可燃氣)或氮氣，可根據現場安全需要選用。

圖1 氣浮選罐內部結構簡圖

圖2 氣浮選污水處理裝置簡圖

三、氣浮選污水處理裝置在使用過程中出現的問題及解決方案

油田人員通過化驗發現，運行一段時間后，氣浮選污水處理效果變差，主要體現在出口污水含油值相比入口含油值降低少，除油效率低。經過現場人員詳細分析，排除其他因素影響外，根據現場操作人員和廠家工程師共同研究發現存在如下問題并及時提出了相對應的整改措施。

該油田含油污水處理兩級氣浮項目設計處理量為80～450m3/h，正常流量為334m3/h，現平臺處理水量約為180m3/h，根據現場反饋的各儀表的數據顯示分析，可能有如下原因，并賦予解決方法。

(一)問題：回流水量大

原因：按照設計回流量約為處理量的10%，現水量約為180m3/h，回流量應為18m3/h左右，而現場的回流水為50m3/h左右，即回流量為處理量的28%。兩套氣浮串聯，相當于50%的水一直在回流，這部分水多次經過溶氣泵的循環切割，可能導致油滴粒徑在多次切割下變小，處理難度增大。

解決辦法：

a.試著先關閉第一級溶氣泵，即不用溶氣泵，靠時間重力分離。

b.調節第二級溶氣泵回流水量，將溶氣水量控制在15～20m3/h

(二)問題：溶氣水注入壓力低

原因：溶氣水生成系統壓力越高，溶氣水質量越好，由于溶氣水注入壓力低，溶氣水釋放到氣浮罐中很快消散，影響溶氣水的效果。

解決辦法：將溶氣水釋放壓力逐漸提高，即關小溶氣水釋放閥門，從現在的500kPa逐漸每次調高50kPa的壓力，停留1分鐘左右，用透明的玻璃瓶取溶氣水取樣口的水，觀察溶氣水效果，水流平穩，呈乳白色，能明顯看到氣泡上升的界面，且停留時間大于30s以上。可試著調到最大壓力不超過1MPa，看哪個壓力下的溶氣水效果最好，且停留時間最長。

(三)問題：大氣泡釋放閥開度大

原因：大氣泡開度大，導致大部分溶氣水從頂部排出，造成系統泄壓，影響溶氣水效果。

解決辦法：先關閉大氣泡釋放閥，再慢慢打開，約1/3閥門開度左右，管路震動小時停止。

(四)問題：收油設定液位未能使油連續排出，液面處浮油層無法實時排除的話，有可能受水流影響，返混到水體中，從而影響出水指標

解決辦法：重新測定運行液位，保證浮油層能實時排出，具體操作為：通過降低水相液位設定值，降低系統運行液位至收油液位無變化(收油液位調節閥事先關閉)，降低收油筒液位降至低報點；小幅度多次調高水相出口液位調節閥設定點值，密切觀察收油液位變化(此時收油筒液位調節閥應一直處于關閉狀態)，待運行液位升至某點時，收油筒液位開始緩慢升高，升高速率較小，此時的運行液位設定值即為系統正常運行液位，或者叫收油液位。日常運行過程中可以視生產水含油濃度的高低，有針對性的調整該運行液位。例如，生產水含油濃度較高時，可適當提高運行液位SP值，使浮油排量多一些，處理效果會有說改善；同理當出水效果較差時也可以適當調高運行液位設定值。

(五)問題：多相溶氣水泵吸氣量過大

原因：由于吸氣泵吸氣氣源有一定的壓力，氣量過大時很容易對吸氣泵產生沖擊，從而造成氣蝕。

解決辦法：氣量一般為回流水量的6%～10%。在系統啟動時，調節吸氣閥門時調節幅度不要太大，調節時間間隙也不要太短，一般進行一次調節后應觀察1min后再進行第二次調節。

四、總結

針對上述改進措施，我們對污水處理流程進行了一系列調整，通過這些調整，在大水量產出情況下，能夠將污水含油率降低到18ppm，相對比之前只使用水力旋流器設備時除油效率大大提高，有效的解決了污水排放問題。

隨著國家大力提倡綠色工業的發展理念，油田必須把握好排放指標這一硬性要求，根據現場實踐生產需求進行相應改造升級，在一種處理方式不能滿足的條件下可以嘗試將兩種或多種污水處理方法串聯起來運行，以達到最佳處理效果。