智能撬装化水处理新工艺在油田采出水处理中的应用

智能撬装化水处理新工艺在油田采出水处理中的应用

Treatment of oilfield produced water by using of new process intelligence skid water treatment unit

（深圳科力迩科技有限公司 设计中心 王亚聪 ）

摘要：本文介绍了利用旋流溶气气浮与双介质过滤器结合的智能撬装化水处理的新工艺在油田采出水处理中的应用。

关键词： 旋流溶气气浮 双介质过滤器 撬装化 智能化

Abstract: This paper introduces the application about treatment of oilfield produced water by using of skid water treatment unit with cyclonic dissolved air flotation and double medium filter.

Key Words:  Cyclonic dissolved air flotation  Double medium filter  Skids  Intelligent  

一  项目背景

随着人们对环保的日益重视，油田采出水需要经过处理达标后才可以回注。油田采出水水温高溶气效果差、含油和悬浮物浓度高，油水密度接近等特点，而且用户要求占地面积小，不加药剂进行处理，无二次污染，配套投资少，工期短，易于维护等要求，人员配置少；从而开发了高效旋流溶气气浮与双介质过滤器结合新工艺智能化撬装水处理设备。采用新工艺的同时，通过紧凑化的撬装化设计，在有限的空间内集成全套工艺设备，可以很方便地通过集装箱进行公路运输，设备到达现场后，只需要经过简单连接工艺管线和配电后即可使用，大大降低了用户安装使用成本和时间。

二  撬装化水处理装置原理及结构         

2.1 气浮原理[1]

气浮过程： 微气泡产生->微气泡与悬浮物(颗粒或油滴)附着->气泡带着悬浮物(颗粒或油滴)上升到液面->悬浮物(颗粒或油滴)与水分离。液体和固体都有表面，任何两相之间都有界面。当气泡和颗粒共存于水中，即液、气、颗粒三相介质共存的情况下，两相之间的界面上都存在各自的界面张力和界面能。界面能与表面能一样，可用W=σ*S，式中σ-界面张力N/m，S-界面面积m²。

 (图2.1  亲水性颗粒和疏水性颗粒的接触角)

疏水性：不容易容易被水润湿的物质θ>90。

在三相接触点上，三界面的张力处于平衡状态：

 σLS=σLG*COS(180°-θ)+σa，p （1）

附着前，单位界面面积上的界面能之和为：

w1=σLS+σLG

附着后，单位附着面积上的界面能为：

W2=σa,p 

界面能降低值为：

ΔW=W1-W2（2）

将式（1）代入式（2）

ΔW=σLG*（(1-COS(θ))（3）

2.2 新工艺设计

污水进入旋流溶气气浮装置，经混合装置与溶气水释放出来的大量微气泡（气泡直径5~30μm）混合后，沿着旋流溶气气浮罐壁切向进入旋流溶气气浮后形成旋流，通过旋流产生的离心力作用，微气泡和乳化油滴向中间集聚形成浮渣，同时与析出的气体一起从分离油出口流入浮渣收集罐，在浮渣收集罐中，分离出来的气体从气体出口排出；处理后污水逐渐向下，从旋流溶气气浮水出口流出。采用双切向入口设计，产生更大的旋流速度，获得更大的离心加速度和更为稳定的旋流流场，有利于气泡和油滴相互作用，加速气泡和油滴向旋流中间区域聚结，提高气浮效果，缩短停留时间，使结构更为紧凑，抗波动性更强。在气浮罐中心位置设置中心筒，将气浮隔分成中心筒内浮选区和筒外浮选区。污水从内筒切向进入，能够产生更大的离心力和离心加速度，更有利于气泡和油滴向中间集聚，气浮效果更好；内外筒的结构设计细化了污水在气浮罐体内的流动，形成了不同的浮选区域，避免了出水夹带油滴，降低气浮效果；同时空间利用率更高，结构更为紧凑。中心筒底部锥形的设计，能够起到一定的除沙效果。颗粒在离心力的作用下，逐步被甩到内筒壁，并沿着内筒壁向下流入锥形区域，始终保持旋流状态，沙粒不易堆积，更容易去除。定期流态化排沙，不易堵塞。

双介质过滤器过滤机理是水中的油和悬浮固体颗粒在不同孔隙率、不同颗粒粒径以及不同吸附特性的滤层中进行接触吸附、机械筛除和迁移等被拦截。双介质过滤器上层采用轻质滤料，下层采用重质滤料。过滤时污水从上到下流过轻质滤料滤层，部分大颗粒悬浮物和油被拦截，再流过重质滤料去除大部分小颗粒悬浮物。独特的上轻下重型双滤料滤层结构，配合先进反洗工艺，既能使滤料保持良好的分层特性，又能确保滤料的反洗再生，达到良好的处理效果。

(图2.2  旋流溶气气浮分离及双介质过滤器示意图)

2.3 工艺流程描述

 CDFU采用串联运行的模式。采出水经过提升泵经过CDFU1和CDFU2；溶气泵通过CDFU2取出部分采出水与压缩空气混合形成溶气水进入稳定罐；稳定罐经过混合器后回流到CDFU1和CDFU2，并且经过双切口形成旋流，CDFU2的出水进入双介质过滤器。双介质过滤器采用一用一备的模式进行工作，实际运用时可串联、并联运行，反洗时设备不停机，双介质过滤器后的水为滤后水，滤后水进清水罐。

 (图2.3  工艺流程简图P&FD)

2.4  紧凑化的撬装设计

本装置采用紧凑的撬装设计，将2台CDFU容器，2台双介质过滤器，1台稳定罐，2台提升泵，2台溶气泵，反洗泵，鼓风机，管线，电缆，仪表，控制柜等等全部安装到一个撬上；而且尺寸仅有6米（长）*3.5米（宽），高度不超过4.5米，可以经过汽车进行运输。

(图2.4  撬装化水处理装置3D模型)

三 智能化

本撬装化设备是一个开放性的平台，可以与客户的DCS或PLC进行数据交换，方便客户在已有的SCADA系统中读取撬装设备的相关数据；同时可以通过3G、4G,WIFI或者有线网络通过网络传输模块把设备诊断数据上传到云服务器。优点如下：

1.客户可以从现有的SCADA系统中，读取设备的相关数据，降低组态开发难度和成本。

2.在偏远地区可以通过3G、4G网络联通设备，大幅度降低网络设备布线的投资。

3.通过VPN服务可支持PLC远程调试，可以迅速响应现场工艺更改，降低客户的时间成本。

4.支持设备诊断信息上传到云服务器端的智能专家系统，可以为客户提供更加好的专家技术服务：a.优化工艺参数，b.快速定位设备故障，c.预防性维修......。

 (图3.1  撬装智能化设备系统结构)

 四 处理效果

(图4.1  撬装智能化对油田采出水的处理效果及检测报告)

样品FS1801115845551-09为采出水进水取样，样品FS1801115845551-10为CDFU1的取样,样品FS1801115845551-11为CDFU2的取样，样品FS1801115845551-11为过滤器出水的取样。

进水水样：含油≤1000mg/L，悬浮物≤800mg/L ；出水水样：含油≤11mg/L，悬浮物≤10mg/L

参考文献：

[1] 马自俊《乳状液与含油污水处理技术》北京：中国石化出版社 2006:215-217