核桃殼過濾器運行程序改進研究

白建國 趙凌云(中海石油（中國）有限公司渤中作業公司，天津 300452)

1 概述

核桃殼濾料由于自身具有硬度大、多孔性、多面性和良好的親水疏油性能，使得它具有較強的除油、除固體顆粒、除懸浮物和易反洗等優良性能，在油田生產污水、工業廢水處理和民用水處理中被廣泛地應用[1][2]。目前各油田的采油污水多數采用的基本都是三級處理工藝，即除油-混凝沉降(或氣浮)-過濾[3]，核桃殼過濾器作為污水處理的最后一級設備，在采油污水處理工藝中起著重要的作用，其處理效果的好壞直接關系到下游注水水質的達標。

在核桃殼過濾器的相關標準《GB 50428-2015 油田采出水處理設計規范》和《SY/T0523-2008 油田水處理過濾器》中規定了過濾速度(10～15m/h)、反洗周期(12～24h)、反洗強度(10～20L/m2·s)和反洗持續時間(15～20min)[4]，但這些參數可以選擇的范圍比較大,需要各個廠家根據設備情況和油田實際的水質情況來最終確定。通過對某油田的核桃殼過濾器進行分析發現，其反洗運行程序存在著不足，導致在反洗初期水質較差，嚴重影響下游的水質，需要對其運行程序進行改進以提高其處理效果。在進行運行程序優化之后，核桃殼過濾器的運行效果得到了明顯的改善，保證了處理水質的良好，為同類設備的程序優化提供了參考和借鑒。

2 設備運行情況

某油田的的核桃殼過濾器采用的是GLWA205/0.75核桃殼過濾器，六套設備共用一套公共控制系統，并配有一套反洗裝置用于核桃殼濾料的清洗。

核桃殼過濾器主要的控制邏輯如下：上游來水從進水口經配水管進入核桃殼濾層，并從出水口排出，當來水中的懸浮固體顆粒和雜質被濾料截留到一定程度后，過濾壓差就會增大，當過濾壓差達到150kPa 或過濾時間達到24h 時就會進入自動反洗過程，其反洗時間為15 分鐘，若在過濾時間達不到24h 而過濾壓差提前達到150kPa 時亦停止過濾并進入反洗流程。反洗時先攪拌5 分鐘，然后啟動反洗泵反洗15 分鐘，反洗泵停止后靜置2 分鐘后投入過濾，在過濾狀態每間隔4 小時開啟排污閥門一次，每次開啟5分鐘。

3 存在問題及原因分析

在實際的生產過程中，通過對核桃殼過濾器的處理水質監測發現，其出口的水質不能一直維持在良好的狀態，經常出現某一時刻水質突然變差的情況，在處理水質較差的時期通過對現場流程分析發現，處理水質變差的時候主要集中在反洗后投入過濾的初期，甚至在反洗結束投入過濾時水中含油在60ppm（正常過濾時水中含油在30ppm 以下），遠達不到水質要求，而且需要一定的時間才能見到明顯的改善效果（2 小時之后降低至25ppm）。

核桃殼過濾器反洗的目的是清洗濾料截留的雜質和污油，通過反洗使得核桃殼濾料恢復原有的功能，而在實際中反洗的水質不僅沒有得到改善甚至比反洗前的水質還差，而且是需要較長的時間才能使水質得到改善。基于以上的情況主要的原因分析如下：

（1）反洗之后靜置時間短。核桃殼濾料還處于比較松散的狀態，沒有壓實，彼此間的縫隙還很大，難以對污油、雜質等形成高效的截留作用[5]，導致過濾效果不佳，而且靜置時間短，油水沒有足夠的時間進行充分的分離，再次投入過濾后由于污油較多，核桃殼濾料的難以一次性徹底吸附，未被吸附的污油隨著水一起排出核桃殼過濾器，影響了處理的水質[6]。

（2）污油未能徹底排出。進行反洗作業后，濾料上被截留的污油被沖洗下來，而由于反洗出口的管線位于罐體的中上部，導致在反洗出口管線之上存在一定的死角，在重新投入過濾后，部分未能從反洗出口排放的污油與來水混合后增加了水中含油量，導致來水水質變差，而這部分高濃度的污油不能被濾料徹底吸附，從而也影響過濾器的水質。

4 改進措施

通過對某油田的核桃殼過濾器運行程序進行研究發現，其運行程序存在一定的優化空間，現場通過摸索嘗試，對運行程序進行改進如下：

（1）增加靜置時間。核桃殼濾料在較短的時間內還處于松散的狀態，而且油水未得有有效分離，通過增加靜置時間來保證濾料能夠壓實，同時也促進油水的分離，避免一旦投入過濾后，未從水中分離的污油影響過濾水質。

（2）增加排污程序。在反洗之后在罐頂存在一定的污油沒有得到及時的排出，通過增加排污程序，將污油及時排出罐外，減少對罐內過濾水質的影響。

5 現場應用及效果

針對以上問題將原來的靜置時間分別延長至15 分鐘、30分鐘和1小時，觀察延長靜置時間后核桃殼過濾器的過濾效果，在反洗之后延長靜置時間使反洗后的水質能夠得到提升，但隨著靜置時間的延長反洗后的水質并不是加速變好的趨勢，靜置30 分鐘和靜置1 小時后投入過濾，水質基本一致，為了保證核桃殼過濾器的處理能力，在此選擇延長靜置時間至30分鐘。采取延長靜置時間后，出水水質從投入過濾初期的60ppm下降至

40ppm。

在延長靜置時間的基礎上，考慮增加排污程序，提高水處理效果。在原有邏輯控制中核桃殼過濾器在過濾狀態下每4小時排污一次，而一旦反洗與排污相沖突而優先進入反洗程序，排污則在過濾狀態4小時后再進行，此時過濾和反洗之后產生的污油則不能及時排出。通過在反洗之后靜置30分鐘再增加一次排污程序，觀察增加排污作業后核桃殼過濾器的出口水質，從重新投入過濾初期的40ppm 下降至25ppm，到達了處理水質的要求。

6 結語

通過研究和分析，某油田的核桃殼過濾器存在的主要問題是1、靜置時間短，導致濾料沒有被壓實和油水不能有效分離，再次投入過濾后導致出口水質變差；2、反洗后沒有及時排污，導致污油存在于罐內，不僅影響出口水質還造成核桃殼濾料污染。為此對其反洗過濾程序進行了優化，通過延長靜置時間至30 分鐘和在反洗結束之后增加排污程序有效地解決了核桃殼過濾器反洗后初期水質不達標的問題，保障了含油污水處理系統的水質，避免了對下游流程的影響。