海上平臺生產水處理工藝對比分析

徐鴻，王亞儒，周冠浩，路立杰(中海石油(中國)有限公司秦皇島32-6/渤中作業公司，天津 300452)

0 引言

海洋是陸上油氣資源的重要接替區，而渤海則是我國海上的主要產油區。某平臺位于渤海中部海域，其石油地質儲量大，油田發育主要以底水油藏為主。特殊的油藏類型導致平臺生產水產量巨大，其高效處理是限制平臺產能提升的關鍵性瓶頸之一。排海生產水從本世紀初的不足5 000萬噸/年，增長到目前超2億噸/年，且增長趨勢明顯，對海洋生態環境存在巨大威脅。為此，生產水的綠色高效除油處理對保障我國能源安全及生態安全具有重要意義。

實現海洋油氣資源的綠色高效開發，是國家資源安全、生態安全的重要保障。平臺為響應中國海油“七年行動計劃”，對平臺工藝流程進行擴容改造。平臺原有生產水系統采用斜板除油器+加氣浮選器的處理模式，受各種因素影響，擴容新系統采用聚結除油器的一級處理來代替原系統的兩級處理模式。

1 老生產水處理工藝介紹

1.1 概述

老生產水系統采用斜板除油器和加氣浮選器的兩級處理模式，作為目前海上平臺使用最廣泛的污水處理裝置，具有結構簡單，性能可靠，操作方便，穩定性強的特點。當上游水質有所波動時，經過兩級處理之后的水質仍可在正常范圍內，抗沖擊性能好。

1.2 工作原理

1.2.1 斜板除油器工作原理

斜板(管)除油是目前最常用的高效除油方法之一，它屬于物理法除油范疇。其基本原理是“淺層沉淀”，又稱“淺池理論”[1]。

含油污水混合液進入斜板除油器后，入口分配管將氣體和液體均勻分開，進行預分離，分離出的氣體通過除霧分離元件，經沉降分離和碰撞分離去除微小液滴后從氣體出口排出。油水混合物沿入口分配器散開向下流，進入斜板除油器凝聚段，借助比重差和在PEX板上凝聚進行油-水分離，預分離后的油-水混合物進入分離室，此時比重較輕的油滴上浮，較重的水下降，便形成了明顯的油水界面，比重較輕的油層從油箱板頂部自然流入集油室，最后從油出口排出，水則從水出口排出。

1.2.2 加氣浮選器工作原理

氣浮處理裝置三大部分組成(如圖1所示)：

圖1 加氣浮選器工作原理圖

混合反應段(管式反應器)、溶氣系統(溶氣泵、溶氣罐)、池體(集渣區、布水區、斜板分離區、集水區、集泥區)。

根據氣浮工藝的特點，其設計了先進的管式混合反應器，使混合、反應均通過管道快速完成。同時部分溶氣水直接加入到反應器中，微氣泡參與反應凝聚從而產生“共聚作用”，使氣浮體快速長大，將生產水中的浮油和懸浮物向上攜帶，同時增加氣浮體的穩定性。氣浮處理裝置采用斜板斜管分離系統，在較短的停留時間內(5～10 min)，固液分離徹底，效果穩定，最后通過完善的排渣、排泥、排砂系統將罐內的沉渣排出。

2 新生產水處理工藝介紹

2.1 概述

為克服海上稠油油田深度挖潛產能過程中帶來的含油生產水流量、油含量、氣含量波動大，懸浮油、分散油、乳化油等多形態油滴同時存在，平臺空間狹小、承重受限等一系列難題，實現生產水快速、高效除油處理，對波動工況下懸浮油的快速分離、高黏重質分散油的高效聚并及部分溶解性有機物協同分離、不另行添加化學藥劑前提下乳化油的綠色物理破乳等三項研究工作內容進行技術集成，形成了海上重質油田生產水緊湊高效除油技術裝備—聚結除油器，其作為一種緊湊高效的模塊化逐級聚結分離成套技術及裝備，是一種新型的污水處理裝置，結構緊湊，處理過程技術優勢明顯，能夠去除影響水質的重組分及懸浮物，為我國海洋油氣資源開發利用提供了關鍵的技術支持。

纖維球濾料具有密度小、柔性好、可壓縮和空隙率大的特點，過濾時受到壓力，纖維球互相的交叉，形成上松下密的濾層分布狀態。纖維球以他獨有的特質：極大的比表面積和孔隙率吸附同時截留水中的懸浮顆粒，充分發揮出濾料深層截污能力；纖維球具有不易沾油的特點，因此反沖洗較為容易，進而用水率降低；還具有耐磨損、化學穩定性強的優點；當濾料受有機物污染嚴重時，還可以采用化學清洗方法再生，實用性強。

2.2 工作原理

加氣浮選器工作原理圖如圖2所示，聚結除油器通過模塊化分離，分步分級進行油水分離[2]。采用三體芯管，對來液進行整流，同時氣體和分散油上浮完成初步分離；初步分離后的含油污水進入親疏水性波紋板，液體流動中利用淺池原理將游離態、分散態液滴快速分離，即快速強化分離；為確保水質合格，液體經過改性纖維進行深度分離，即親疏水纖維通過X、Ω等編織，實現乳化油(水)滴的快速、深度破乳分離。通過親油親水纖維精密編織誘導油滴快速分離，將油滴聚并時間由秒級縮短至毫秒級，并實現含懸條件下的物理法高效破乳去油。

圖2 加氣浮選器工作原理圖

改性纖維球濾器將纖維改性成為親水疏油的性質，經過改性的滌綸纖維球表面發生了徹底性的變化，并提供更大比表面積和更高的孔隙率，除油和除懸能力強。通過氣動液壓缸實現濾料壓緊和放松，過濾狀態時濾料壓緊，更好的攔截污油和懸浮物。反沖洗狀態時濾料放松，除油除懸更徹底。

3 新老處理工藝設備基礎數據對比

如表1所示，通過對比，新系統聚結除油器相對老系統斜板除油器和加氣浮選器有以下特點：(1)占地面積小：單臺占地面積是后者的9%，大大節約平臺有限的甲板面積；(2)設備重量小：單臺設備重量是后者的15.7%，節約甲板承重；(3)操作復雜程度：需要定期進行設備切換和反洗，較耗費人工時。

表1 新老生產水處理工藝基礎數據對比表

4 新老處理工藝處理效果對比

取額定處理量下的新老系統近期處理效果，進行對比分析，具體如圖3所示。

圖3 新老系統處理效果對比圖

由上圖可見，在新老系統都在額定處理量的情況下，新系統出口含油較老系統略高，仍有優化空間。

5 結語

與原廣泛使用的斜板除油器和加氣浮選器的兩級處理模式相比，聚結除油器的單級處理模式具有占地面積小、設備重量少的特點，這在有限的海上平臺空間來說是很大的優勢。但是同時也存在出口含油略高、需要倒運反洗浪費人工時的不足。建議在內部分離模塊上進行改進，能夠在出口含油達標的前提下，盡量延長反洗間隔，節約現場操作工時，則具有很高的推廣價值。