濾料更換對核桃殼過濾器運行效果的影響

錢勇君，王智守，宋占強，代齊加，曹立紅

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

在長期的生產實踐中，人們認識到油田污水處理后代替地下水進行回注是合理開發和利用水資源的正確途徑[1]。在油田污水處理環節中，含油污水一般需要經過三級處理甚至四級處理才能達到回注標準，利用濾料的過濾能力對含油污水進行凈化處理是絕大多數油田處理其生產污水的關鍵環節，過濾技術水平的高低以及過濾設備質量的好壞，直接影響整個污水處理工藝的技術水平和處理效果。通過仔細篩選過濾介質、過濾技術能夠較大程度地處理在除油池中利用油水密度差自然上浮技術不能處理的部分分散油，此種處理方式也稱為粗粒化附聚，即借助油珠對濾料表面的疏水附聚作用，使油珠在濾料表面形成油膜，隨后被濾層孔隙間水流剪力洗刷掉，形成粗顆粒油珠上浮而進行油水分離。

核桃殼過濾器正是利用上述原理，并充分利用經過特殊處理的野生核桃殼的多孔和大比表面積的特性，將污水中懸浮物和油珠攔截在濾料層表面或吸附在濾料表面[2]。通過在過濾器進出口管線設置差壓變送器監測過濾器工作情況，當設備運行一定時間后，濾料受到污染，過濾能力下降，過濾器出水水質惡化，差壓變送器示數變大，此時將設備停運并利用反沖洗流程對其進行反沖洗，使濾料恢復原有特性，實現濾料的再生和重復使用，而反洗水將截留物帶走，最終實現過濾油和機械雜質的效果。

1 現狀簡介

某油田污水處理系統配置三套核桃殼過濾器，接收處理來自上游氣浮選機的生產污水，處理后進入下一級設備，處理合格后的污水由注水增壓泵增壓注入地層，以補充地層能量，彌補地層虧空，維持注采平衡。設備設計處理參數和目前實際處理效果如表1和表2所示。

表1 某油田核桃殼過濾器設計處理參數數據表

表2 某油田核桃殼過濾器實際處理效果數據表

由于長時間使用，濾料漏失，加上偶有超標污水進入設備，過濾器濾料受到污染，常規反沖洗已經不能達到對濾料的清洗作用，濾料不能完全再生，過濾效果變差，雖然設備在處理污水含油方面能夠達到處理標準，但處理后污水中懸浮物含量超標，無法達到設計處理要求，影響注水水質，對油田長遠開采產生不利影響。經現場作業人員取樣分析及與設備供應商溝通交流，決定對濾器濾料進行更換，以恢復設備過濾能力。

2 原因分析及濾料更換

2.1 原因分析

由于核桃殼過濾器是利用濾料的多孔性和大比表面積的特性，將污水中懸浮物和油珠攔截在濾料層表面或吸附在濾料表面，從而達到清除污水中懸浮物和污油的目的，因此過濾器濾料的總比表面積直接關系到其過濾效果[3]。設核桃殼過濾器濾料體積為V，則有式(1)：

式中：A為濾料總比表面積(m2)；V為濾料的體積(m3)；Vp為孔隙的體積(m3)；Vs為單個濾料顆粒的體積(m3)；as為單個濾料顆粒的比表面積(m2)；n為濾料顆粒總數；m0清潔濾料孔隙率；d單個濾料粒徑(10-6m3)。

分析式(1)可知，隨著濾料使用時間的延長，濾料漏失造成濾料體積V降低，濾料污染引起的結團等現象造成濾料孔隙率m0降低和濾料粒徑d增大，從而造成濾料總比表面積A明顯降低，導致過濾器過濾效果明顯下降。鑒于對設備進行反沖洗已不能達到濾料再生的效果，對濾料進行更換是當前唯一可行的辦法。

2.2 濾料更換

經過周密施工設計及現場準備，作業人員將備用核桃殼過濾器投用，并對該受污染設備進行隔離泄壓放空，按照圖1所示思路及步驟對核桃殼過濾器受污染濾料進行了更換，單組設備濾料更換完畢后對另一組設備進行更換，保證作業過程中油田污水處理系統的正常運行。所有設備濾料更換完畢之后對其進行長時間加密取樣觀察，分析核桃殼過濾器過濾能力變化情況。

3 效果檢驗

核桃殼過濾器濾料更換作業結束后，操作人員將其投入污水處理系統正常使用，在流程運行狀況(處理水量、處理水質等)維持不變的前提下，選取一組設備(核桃殼過濾器A)作為樣本對其連續兩周內過濾效果進行加密取樣、化驗，與前期該設備化驗過濾效果進行對比分析，判斷其過濾能力變化情況。數據分析如表3所示。

從表3對比可以看出，經過濾料更換作業后，核桃殼過濾器過濾效果得到明顯提升，在除油率和除懸率兩方面都得到明顯改善，設備平均除油率由78.6%上升到86.1%，平均除懸率由51.0%上升到70.8%。

表3 濾料更換前后設備過濾效果數據對比表

4 結語

(1)本次作業對核桃殼過濾器濾料進行了更換，恢復了設備的過濾能力。同時在作業過程中發現了一些設備運行中產生的其他問題，對今后優化設備管理制度，加強設備維護保養，具有良好的指導意義。

(2)通過連續兩周對核桃殼過濾器A進行加密取樣、化驗觀察，濾料更換前后該核桃殼過濾器過濾效果得到明顯改觀，設備平均除油率由78.6%上升到86.1%，平均除懸率由51.0%上升到70.8%，設備過濾能力提升明顯。

(3)通過開蓋后對罐內濾料高度的觀察，由于罐內出液篩管存在破損，長時間使用之下罐內濾料存在較為明顯的漏失情況。漏失濾料進入下游流程，對下游流程中動力泵類設備產生不良影響，因此定時對設備進行開蓋檢查維保具有重要意義。

(4)罐內濾料存在結塊硬化情況，可持續探索優化設備反洗時的時間、藥劑濃度和反洗水量等參數的設置，提升設備反洗效果，延長濾料使用壽命。

(5)設備管理關鍵在于作業人員，應加強對作業人員的作業培訓，提高其責任心及作業技能，同時做好設備維護保養工作。