旋流加氣浮選器處理渤海S油田含聚污水的解析

孫明(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

為了實現收率注入聚合物當中的AP-P4含量，渤海油田中心處理平臺提升了產液的聚含量濃度，最終使得聚合物驅產出污水的污水粘度大于水驅含油污水，并且相比之下油水的分離速度也出現下降，除此之外，含聚污水經過乳化后，油滴的粒徑也變得更小，界面膜的強度也得到提升，性質也更加穩定，但是經過處理的污水油含量仍然很高，同時伴有較大的攜砂量。對于聚合物驅采油廢水，用常規的處理技術存在一定的處理難度。如果堅持采用常規的處理技術進行處理，那么在進行總沉降工作時需要的時間往往大于常規水驅，通常為2倍左右，對于這種情況海上平臺處理系統是難以滿足的。為了實現對含聚污水的高效處理，實現注水水質達到要求標準，因此渤海油田中心處理平臺決定使用全新的旋流加氣浮選器，對含聚污水進行高效處理。

1 旋流加氣浮選器的工作原理與技術特點

1.1 工作原理

之所以選擇旋流加氣浮選器，是因為要實現對粒徑相對較小的油滴與固體懸浮顆粒物與生產水實現分離。運用旋流加氣浮選器，利用氣浮與旋流的雙重作用強化油水分離。生產水源自于撇油器，與立式壓力罐形成一種切線角度，從而使生產水從兩個噴嘴進入到歷史壓力罐當中。在立式壓力罐的筒體上還設置了另外兩個噴嘴，在溶氣泵的作用下，立式壓力罐底部的循環含氮液體與在氮氣發生器作用下產生的氮氣在氣浮區可以實現將氣體瞬間減壓，進而將大量的密集微氣泡釋放出來[1]。

污水在上升時會與微氣泡實現較為充分的結合，在這種條件下，油滴與懸浮物就會附著在微氣泡上進而被帶出液面，最終實現較為理想的除油效果。

1.2 技術參數

旋流加氣浮選器的主要組件包括氮氣發生器、循環射流泵以及加氣浮選器，具體技術參數詳見表1。

1.3 技術優點

相比傳統的加氣浮選器，旋流加氣浮選器具有一系列優點：不存在需要移動的內部構件，維護低，所需要的占地面積較小、操作相對便捷，在還上操作平臺的使用過程中可以節省一定的操作空間，實現高度自動化；將水利旋流工藝氣浮工藝實現有效結果，強化含聚污水處理效率；最大程度上適應污水流程波動造成的影響[2]。

表1 氮氣發生器、循環射流泵以及加氣浮選器的具體技術參數

2 使用條件與處理效果

微氣泡尺寸、油滴尺寸、污水的礦化程度、化學藥劑等諸多因素都會對氣浮效果造成不同程度的影響，所以需要對設備的參數進行調整，結合化學藥劑對旋流加氣浮選器的最佳使用條件進行確定。

2.1 污水水質檢測標準

污水含有濃度檢測設備使用Infra CalTOG/TPH Analyzer含有分析儀，嚴格參照Q/HS 2042—2008《海上碎屑巖油藏注水水質指標及分析方法》。

2.2 旋流加氣浮選器參數設定

對于旋流加氣浮選器來說，參數的設定是一項非常重要的工作，因為旋流加氣浮選器參數設置的合理與否直接決定了旋流加氣浮選器的除油效果，其中設備壓力、水相液位控制、油相液位控制、收油時間等都是決定旋流加氣浮選器除油效果的重要參數[3]。不同的含油污水具有不同的性質，所以根據性質的不同旋流加氣浮選器的參數設置也不同，結合設備生產廠家的實驗結果，設備壓力為75kPa，PV3010氮氣壓力閥設定值70kPa，PV-3012設定值75kPa。進行旋流加氣浮選器調試工作之前，氮氣壓力閥PV-3010設定值4kPa，PV-3012設定值5kPa，顯然與調試后的參數相比要低。氣液比、設備內部氣體釋放氣泡的直徑都是影響氣體壓力調試的影響因素。

旋流加氣浮選器結構如圖1所示。

LV-3010水相液位調節閥設定值為55%，收油液位設定值為62%，LV-3012油相液位調節閥設定值為70%，出口閥只能實現開或關；設定油水分離時間5min，設定收油時間1min。

2.3 實際除油效果

對旋流加氣浮選器的實際除油效果的每一種情況進行實驗：

圖1 旋流加氣浮選器結構示意圖

(1)雙臺設備并聯運行不使用有機絮凝劑。設備參數設定完畢，不添加有機絮凝劑，對旋流加氣浮選器的進、出口水質進行監測，對加氣懸浮器的除油效果進行確定。監測結果顯示，如果沒有添加有機絮凝劑，即便是使用了旋流加氣浮選器只能實現對含聚污水當中浮油與一小部分不穩定乳化油的去除[4]。因為是A、B兩臺旋流加氣浮選器并聯運行，每臺設備的流量均為170m3/h。A、B設備進出口含油量與除油效果如表2所示。

表2 雙臺設備并聯運行且不使用有機絮凝劑的除油效果

如表2數據所示，足以說明在對設備進行參數調整以后，旋流加氣浮選器的除油效果可以維持在60%左右，對比設備參數調試之前得到顯著提升。

(2)雙臺設備并聯運行并使用有機絮凝劑。為了實現將乳化油高效去除，同時保證出口的含油量小于20mg/L，此時需要運用到化學藥劑的效應。選擇聚丙烯酞胺類的HB-2060作為有機絮凝劑。A、B兩臺旋流加氣浮選器并聯運行，每臺設備的流量仍然保持在170m3/L左右，具體除油效果如表3所示。在使用了聚丙烯酞胺類HB-2060有機絮凝劑以后，設備的實際除油效果與所使用化學藥劑的濃度成正比，由此證明有機絮凝劑對于去除乳化油具有顯著的效果[5]。聚丙烯酞胺類HB-2060有機絮凝劑濃度維持在40mg/L左右，此時檢測到設備污水出口的污水含油量可以維持在20mg/L左右。

表3 雙臺設備并聯運行且使用有機絮凝劑的除油效果

(3)單臺設備運行并使用有機絮凝劑。用單臺設備進行試驗測試選用旋流加氣浮選器B，流量控制在240m3/L左右，使用聚丙烯酞胺類HB-2060有機絮凝劑。表4所示為旋流加氣浮選器B單獨運行時的進水口、出水口的水質對比以及除油效果。在一個立式壓力罐運行的情況下，可以將含聚污水的滯留時間縮減一半，在保證氮氣壓力不變的情況下，旋流加氣浮選器液比縮減一半，相比之下處理效果遜色于雙臺設備并聯運行[6]。使用聚丙烯酞胺類HB-2060有機絮凝劑的濃度為70mg/L左右時，可以將設備污水出口污水含油量控制在20mg/L左右，除油效果可以高達80%[7]。

表4 單設備運行且使用有機絮凝劑的除油效果

3 結語

旋流分離技術作為一門可以實現快速、穩定、高效的分離方式得到石油化工行業的廣泛認可，并且被運用于實際生產當中。含油污水的油相復雜且分離難度較高，所以旋流分離技術在實現含聚污水油水分離當中的運用還有待遇進一步探究。

旋流加氣浮選器具備相對出眾的油水分離性能，在處理含聚污水出油的工作中可以發揮重要的作用。為了確保旋流加氣浮選器的最佳使用效果，本次研究中進行了實驗，其中包括化學藥劑與有機絮凝劑的配合使用，最終得出以下幾點：(1)影響旋流加氣浮選器除油效果的因素是壓力、水相液位、油相液位、收油時間；(2)在旋流加氣浮選器除油過程中，配合一定濃度的有機絮凝劑可以強化除油效果，在使用有機絮凝劑的條件下，旋流加氣浮選器出水口濃度可以控制在20mg/L左右；(3)如果選擇使用單臺旋流加氣浮選器運作，處理時間與氣液比必然被減少，進而除油效果也在一定程度上下降。所以為了實現高效除油，仍然建議使用雙臺設備并聯并配合適合濃度的有機絮凝劑；(4)設備所需空間更小，需要更少的維護工作，同時對于流量的變化相對不敏感，具有較大的操作彈性，自動化操作效果更強。