过滤器机理及应用现状2

1、 提 纲n 油田污水特点及过滤工艺设备油田污水特点及过滤工艺设备n 过滤基本机理过滤基本机理n 过滤介质过滤介质n 过滤的工艺设计过滤的工艺设计n 过滤常见技术问题分析及解决对策过滤常见技术问题分析及解决对策n 过滤器常见问题及日常维护过滤器常见问题及日常维护第一章第一章 油田污水特点及过滤工艺设备油田污水特点及过滤工艺设备过滤器结构及其类型过滤器发展趋势油田污水处理的主要工艺与设备油田污水主要特点第一章第一章一、油田污水的主要特点一、油田污水的主要特点 含油 油田污水含有以下特点： 原油是油田污水含有的主要污染物，其含油量一般为1000mg/L左右，少部分可高达3000-5000mg/L。其

2、存在形式可分为悬浮状、分散状、乳化状和溶解状四种。 高矿化度 污水中的阳离子(Ca2+、Na+、Fe2+等)和阴离子( Cl-、S2- 等) 在一定条件下相互结合，生成不溶于水的化合物（如CaCO3、MgCO3等）或悬浮在水中，使水变浑浊；或沉积在管壁上，引起管壁结垢。气体 污水中溶解有O2、H2S、CO2等多种气体。其中O2是很强的去极化剂，可使阳极的铁离子失去电子，生成Fe2+或Fe3+，从而生成Fe(OH)3；H2S、CO2等酸性气体可生成腐蚀性物质，加剧金属设备的腐蚀。 随聚驱采油技术的推广，污水含聚逐渐增高，导致污水乳化程度高、粘度大，处理难度愈发困难。一、油田污水的主要特点一、油田

3、污水的主要特点悬浮固体 主要有泥沙、各种腐蚀产物及垢、细菌、有机物、胶体等。这些悬浮固体或悬浮在水中，使水变浑浊；或附着在管壁上，形成沉淀，引起管壁腐蚀；或回注油层，会使孔隙堵塞，影响油井产量。工业细菌 污水中常见的工业细菌有硫酸盐还原菌和铁细菌等。硫酸盐还原菌能把SO42-中的S还原成S2-，生成H2S；铁细菌在繁殖过程中，会在管壁上形成菌苔，生成Fe(OH)3沉淀。这些细菌产物，都会加速金属设备的腐蚀。高分子聚合物 油田污水成分复杂，其显著特点是腐蚀性强、结垢快。悬浮物和油是采油污水回注中导致注水井和油层堵塞的两个重要因素。 油田污水导致管线结垢油田污水导致管线结垢管线腐蚀管线腐蚀一、油田

4、污水的主要特点一、油田污水的主要特点挂片腐蚀结果挂片腐蚀结果管线腐蚀穿孔管线腐蚀穿孔（1 1）油田污水的主要处理技术与工艺现状）油田污水的主要处理技术与工艺现状二、油田污水处理的主要工艺与设备二、油田污水处理的主要工艺与设备 物理方法：调节、隔油、气浮、沉降、旋流、过滤、出水； 化学方法：调节、中和、絮凝、出水； 物理-化学方法：调节、隔油、絮凝、沉降、过滤、出水; 物理-化学-生物法：调节、隔油、絮凝、厌氧、好氧、沉降、过滤、出水。 主要技术方法 1）物理法：重点是去除废水中的矿物质和大部分固体悬浮物、油等，主要包括重力分离、离心分离、过滤、粗粒化、膜分离和蒸发等方法。 2）化学法：主要用于

5、处理废水中不能单独用物理法或生物法去除的一部分胶体和溶解性物质，特别是含油废水中的乳化油。包括混凝沉淀、化学转化和中和法。一般是直接用化学药剂来削弱分散态油珠的稳定性，通过沉降或气浮法将分离的油去除。目前国内外石油开采中，处理含油污水通常采用的工艺路线： 4）生物法：利用微生物的生化作用将复杂的有机物分解为简单的物质，将有毒物质转化为无毒物质，从而使废水得以净化。根据氧气的供应与否，可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。采油废水经隔油池和气浮处理后，可采用活性污泥法、滴滤法、曝气法或接触氧化法等生化方法处理。二、油田污水处理的主要工艺与设备二、油田污水处理的主要工艺与设备3）物理化学法：油田污水物

6、化处理法通常包括气浮法和吸附法两种 。 生物法较物理或化学方法成本低，投资少，效率高，无二次污染，广泛为各国采用。油田废水可生化性较差，且含有难降解的有机物，因此，目前国内外普遍采用A/O法、接触氧化、曝气生物滤池（BAF）、SBR、UASB等处理油田污水。（2 2）油田污水处理典型工艺）油田污水处理典型工艺 二、油田污水处理的主要工艺与设备二、油田污水处理的主要工艺与设备1. 自然除油+混凝除油+压力过滤（三段流程）二、油田污水处理的主要工艺与设备二、油田污水处理的主要工艺与设备2. 混凝除油+压力过滤（两段流程）3. 气浮浮选+精细过滤 上述污水处理的各种流程图显示，无论采用何种流程，过滤

7、都是最后的关键步骤。这是因为过滤技术具有处理精度高、运行成本较低、占地面积小、结构紧凑、消耗小、容易实现生产的自动化操作和连续化操作等优点，而且对油田污水中的悬浮物处理效果很好，因而一直是油田采用的污水深度处理技术和研究热点。二、油田污水处理的主要工艺与设备二、油田污水处理的主要工艺与设备三、过滤器结构及其类型三、过滤器结构及其类型 我国油田应用最早、最多的是石英砂过滤器，目前应用较广泛的还有双层滤料过滤器、多层滤料过滤器、双向流过滤器和核桃壳过滤器等，大多为压力式。针对低渗透油田对回注水水质的更高要求，近年来在国内低渗透油田研究和应用的是精细过滤器，主要涉及纤维球过滤器、微孔管过滤器、中空纤

8、维过滤器、滤芯过滤器等。国外油田常用过滤设备有单层滤料和多层滤料过滤器、双向流过滤器、硅藻土过滤器和筒式过滤器、陶瓷膜过滤器、高精度滤芯过滤器和双层滤芯过滤器等。l 过滤设备内部结构过滤设备内部结构石英砂过滤器结构示意图 上布水系统-均匀分配滤前来水遍布滤罐的整个横截面积，收集反冲洗出水，使过滤截留下的污染物顺利排出罐外。 搅拌系统-剪切破坏滤床表层板结层及胶状凝结体，形成一定形态的流场，提高反冲洗时滤料再生效果。 下集水系统-均匀收集滤后出水，使反冲洗水在整个滤罐横截面积尚均匀分布。 过滤器主要有罐体、滤料层、承托层、布水系统、集水系统、搅拌器和为满足过滤、反冲洗要求而设置的管道、阀门系统组

9、成。三、过滤器结构及其类型三、过滤器结构及其类型 配水系统的主要作用：保证进入滤池的冲洗水，能够均匀分布在整个滤池面积上；过滤时，也起了均匀集水的作用。配水原理：配水原理： S1 ： 孔口阻力系数 S2：承托层阻力系数 S2：滤料层阻力系数 V1：干管流速 V2：支管流速 由上式可见，要使配水均匀，可采取以下方式： 人为增大孔口阻力系数S1，即减小孔口面积； 减小干管和支管流速v1、v2，减小右式根号中的第二项的影响。三、过滤器结构及其类型三、过滤器结构及其类型下部集水系统下部集水系统 当配水系统不能均匀配水时，会产生两个不利的现象： 一是冲洗水量小的地方冲洗得不干净，这些不干净的滤料，逐渐会

10、胶结起来，长大成团，形成“泥球”或“泥饼，进一步影响冲洗的效果，影响过滤的水质，甚至被迫将整个砂层运出滤池进行清洗。 二是在冲洗水量大的地方，流速大，使承托层发生冲动，引起滤料和承托层混合，使砂子漏入过滤水中，产生“走砂”现象。也会对水的不均匀分布起恶性循环的作用。 因此，配水系统的因此，配水系统的设计设计必须必须考虑考虑冲洗时冲洗时配水均匀配水均匀的条件。在满的条件。在满足冲洗的配水要求后，过滤时集水均匀就会同时得到解决。足冲洗的配水要求后，过滤时集水均匀就会同时得到解决。 三、过滤器结构及其类型三、过滤器结构及其类型 穿孔管上总的开孔率（孔口面积与滤池面积之比）很低，为0.200.28，反

11、冲洗时孔口流速v=56m/s,产生较大的水头损失，约为34m左右。 优点优点：其配水均匀性好，单池面积大（可到100m2左右），基建造价低，工作可靠。 不足不足：需单设反冲水塔或水泵，反冲洗所需水头大、能耗高。 1大阻力配水系统 三、过滤器结构及其类型三、过滤器结构及其类型配水系统按水头损失可分为以下三种：三、过滤器结构及其类型三、过滤器结构及其类型 开孔率一般在1.0%1.5%，反冲洗水头只需1m左右。 2小阻力配水系统优点：不需设置反冲洗水塔或水泵，反冲洗水头小，节省动力费，易于实现滤池自动化运行。不足：单池面积小（最大约50m2左右），且基建费较高。中阻力配水系统3开孔率在0.6%0.8

12、%，配水系统多用双层滤砖。三、过滤器结构及其类型三、过滤器结构及其类型三、过滤器结构及其类型三、过滤器结构及其类型 在油田使用的过滤器尽管五花八门，但按过滤机理对其结构特点进行分析主要涉及滤层厚度、孔隙大小和孔隙状态。过滤器的工作机理是以筛除作用为主还是以吸附作用为主取决于滤层的厚度。过滤器的精度取决于滤层孔隙的大小，但在同样大小孔隙的情况下，吸附作用的过滤精度远大于筛除作用，因此在油田以吸附作用为主的深床过滤器实际应用得较多。石英砂滤料核桃壳滤料海绿石滤料三、过滤器结构及其类型三、过滤器结构及其类型l 过滤器类型 深床过滤器的一种，其滤层厚800-1000mm，滤料密度大，膨化率较低，约为2

13、0-30%，滤床相对较稳定。其过滤机理主要是以吸附作用为主，筛除作用为辅。其优点在于滤料孔隙率较小，去除污水中悬浮颗粒效果较好，其还有比表面积大，耐酸碱性强，抗污染性好等优点，多用于油田污水处理工艺中的二级过滤。（1） 石英砂过滤器三、过滤器结构及其类型三、过滤器结构及其类型 核桃壳滤料不同于石英砂滤料，是一种有机滤料。本身具有微孔多棱的特性，且其主要组分为木质素，所以其去除污水中油的效果较好，去除悬浮物效果相对石英砂较弱，适合于中高渗透率地层水质要求的采出水过滤。（2） 轻质滤料过滤器核桃壳过滤器 其基本结构和过滤原理与石英砂过滤器相同，同样以吸附为主，主要区别在于核桃壳密度较小，反冲洗膨化

14、高度相对较高，其膨化率约为40-60%。三、过滤器结构及其类型三、过滤器结构及其类型 因此，此类型过滤器适合中等渗透率地层水质的清水过滤。用于含油的采出水过滤时，过滤原件的反洗再生比较困难，需要加入清洗剂并采用气吹等办法，反洗工艺非常复杂。（3）微孔陶瓷过滤器 1、过滤介质为烧结而成的多孔陶瓷管，孔隙均匀且稳定，对较大的悬浮物有筛除作用，对较小的悬浮物有吸附作用。 2、反冲洗时通过逆向流和横向流对过滤介质进行冲刷，对筛除物的清除效果较好，但对吸附物的清除效果则不明显，易造成堵塞。三、过滤器结构及其类型三、过滤器结构及其类型 因此，含油污水会对膜过滤器形成堵塞，且反洗困难。因而这种过滤器适合于低

15、渗透率地层水质要求的污水过滤，而不适用于含油采出水的过滤。（4） 膜过滤器1、滤膜非常薄，过滤机理主要是筛除作用。2、对于含油污水来说，由于油滴的不稳定，大于膜孔的油滴不一定被筛除，尽管可分裂成小于膜孔的油滴通过膜孔，但在承托层中可以聚结成大的油滴而被承托层的微孔吸附，无法脱附。三、过滤器结构及其类型三、过滤器结构及其类型2、改性纤维束过滤器（左图）采用正向过滤，逆向反洗。过滤时含油污水高进低出，油和悬浮物被滤床吸附和拦截。反洗时，反洗水低进高出，采用气-水组合反洗，反复挤压，将吸附在滤料上的污油和悬浮物颗粒冲洗出来，使滤料均匀反洗再生。（5）纤维介质过滤器 此过滤器利用其吸附作用将水中的悬浮

16、物滤除。根据过滤介质分为改性纤维球过滤器和改性纤维束过滤器。1、改性纤维球过滤器（右图）深床过滤器，利用机械搅拌进行反冲洗，反洗再生性能特别好，适用于低渗透油藏的注入水处理。三、过滤器结构及其类型三、过滤器结构及其类型 采油污水过滤是回注污水处理的最终工序,经过过滤处理,污水所含各种杂质含量都可处理到设计标准。因此,过滤技术在油田污水处理中得到了广泛应用。发展过滤新技术,重视和解决过滤过程中的关键性技术难题,提高过滤处理污水的能力和使用效率,研制功能更加完备的过滤设备,同时降低过滤的固定成本和运行费用,是过滤技术研究的主要方向。 四、过滤器的发展趋势四、过滤器的发展趋势 污水过滤是除去悬浮物的

17、过程，特别是除去浓度较低的悬浊液中微小颗粒的一种有效方法。过滤过程是含悬浮物的污水流过具有一定孔隙的过滤介质(滤层)，水中的悬浮物被截留在介质表面或内部而除去的过程。 滤层过滤过程在本质上是将水中的污染物转移到滤料表面并附着在上面,然后除去的过程，即该过程包括污染物的迁移、附着和脱落三个子过程。过滤机理示意图 浅层过滤 深层过滤第二章、过滤基本原理第二章、过滤基本原理第二章、过滤基本原理第二章、过滤基本原理 过滤过程的三个子过程中一般认为，粒状滤料去除水中杂质的过程主要属于迁移机理和附着机理。迁移机理是滤料空隙中随水流动的杂质颗粒迁移到贴近静止颗粒的位置。附着机理是贴近静止颗粒的杂质附着到静止

18、颗粒的表面上。备注：筛滤的机理无法解释。 设D=0.5 mm,以球体计， d80m。 即80m以下的颗粒都可以通过砂层。 在过滤过程中，滤料孔隙中的水流一般属层流状态。被水流挟带的颗粒随水流的流线运动。 颗粒之所以会脱离流线与滤料颗粒表面接近，完全是一种物理-力学作用，主要有拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用。 （1）拦截作用：颗粒尺寸较大时，处于流线中的颗粒会直接碰到滤料表面产生拦截作用； （2）沉淀作用：颗粒沉速较大时会在重力作用下脱离流线，产生沉淀作用； （3）惯性作用：颗粒具有较大惯性时，也可脱离流线与滤料表面接触； （4）扩散作用：颗粒较小，布朗运动较剧烈时会扩散至滤料表面； （5）

19、水动力作用：在滤料表面附近存在速度梯度，非球形颗粒由于在速度梯度作用下，会产生转动而脱离流线与颗粒表面接触。1、颗粒的迁移机理第二章、过滤基本原理第二章、过滤基本原理2、颗粒的粘附机理 粘附作用是一种物理化学作用。当水中杂质颗粒迁移到滤料表面上时，则在范德华力和静电力相互作用下，以及某些特殊的化学吸附力下，被粘附于滤料颗粒表面上，或粘附在滤料表面上原先粘附的颗粒上。此外絮凝颗粒的架桥作用也会存在。3、脱落机理 在颗粒粘附的同时，还存在由于孔隙中水流剪力作用而导致颗粒从滤料表面上脱落趋势。 粘附力和水流剪力相对大小，决定了颗粒粘附和脱落的程度。F Fa1a1表示颗粒表示颗粒1 1与滤料表面的粘附

20、力与滤料表面的粘附力F Fa2a2表示颗料表示颗料2 2与颗粒与颗粒1 1之间的粘附力之间的粘附力F FS1S1表示颗粒表示颗粒1 1所受到的平均水流剪力所受到的平均水流剪力F FS2S2表示颗粒表示颗粒2 2所受到的平均水流剪力所受到的平均水流剪力F F1 1、F F2 2和和F F3 3均表示合力均表示合力第二章、过滤基本原理第二章、过滤基本原理第三章 过滤介质滤料垫层（承托层）新型滤料-海绿石123一、滤料（1） 滤料的性能A. 有足够的机械强度；B. 具有足够的化学稳定性；C. 能就地取材，货源充足，价格合理 ；D. 具有一定的颗粒级配和适当的孔隙度；E. 外形接近于球状，表面比较粗糙

21、而有棱角。 滤料的种类种类作为滤料的要求常用滤料：石英砂，无烟煤等；其它滤料：核桃壳，石榴石，钛铁矿砂，磁铁矿砂，金刚砂，铝矾土等；人工优质滤料：陶粒，活性炭，聚苯乙烯球粒，聚氯乙烯球粒。一、滤料 球状颗粒间的孔隙较大；表面粗糙的颗粒，其比表面较大；棱角处吸附力量强。（2）滤料的颗粒级配 滤料颗粒的大小用“粒径”表示。因为滤料不一定是球形，所以粒径指的是：能把滤料颗粒包围在内的一个假想的球面直径。 通常用不同网孔的筛子确定滤料粒径。如：一般过滤器中的滤料，能通过18目/英寸（孔径为1mm）的网孔，但截留在36目/英寸（孔径为0.5mm）的筛上，则滤料最大粒径为1mm，最小粒径为0.5mm。一、

22、滤料（3）滤料孔隙率 定义：指某一体积滤层中空隙的体积与其总体积（即滤料颗粒的体积与滤粒间隙体积的和）的比值。 测量方法：取一定量的滤料，在105下烘干称重，用比重瓶测出相对密度。然后放入过滤筒中，用清水过滤一段时间后，量出滤层体积，按下式求出滤料空隙率：VG1G 滤料重量（滤料重量（105 下烘干下烘干），），g；V 滤料体积，滤料体积，cm3； 滤料密度，滤料密度，g/cm3。 滤料层孔隙率的影响因素 滤料颗粒形状：不规则形状孔隙率大； 滤料均匀程度：均匀颗粒孔隙率大； 滤料压实程度一、滤料（4）滤料形状 滤料形状影响滤层中水头损失和滤层孔隙率。不规则颗粒的实际表面积、有关形状系数还没有满

23、意的计算方法。以“颗粒球形度系数”作为参考。设某一形状不规则的颗粒粒径为di ，与其同体积的球体直径为d0，则颗粒的球形度系数为： idd0序号形状描述球形度系数孔隙率1圆球形1.00.382圆 形0.980.383已磨蚀的0.940.394较锐利的0.810.405有尖角的0.780.43一、滤料（5）滤层规格u 滤层的材料u 滤料的粒度 滤料的粒度比较小，一般在0.32.0mm。小粒度的滤料比表面积大，有利于过滤。u 滤层的厚度 滤层厚度为悬浮颗粒随水流所穿透的深度与保护厚度的和。 滤料粒径 ：粒度大 穿透深度 滤速：滤速高 穿透深度深 水的混凝效果：混凝效果差 一般情况下，穿透深度约为一

24、般情况下，穿透深度约为500mm，相应的保护厚度约，相应的保护厚度约为为200300mm，滤层总厚度为，滤层总厚度为700800mm。一、滤料 三层滤料选用最多的形式是：在核桃壳、石英砂两层滤料的下面，加一层比石英砂细的磁铁矿薄层。通过不同滤料特性的不同，增加过滤器纳污量及过滤精度，进而提高滤后水质指标。层次滤料滤料规格相对密度粒径，mm厚度，mm第一层核桃壳1.250.82.0500820第二层石英砂2.650.50.8230300第三层磁铁矿4.750.250.5150350三层滤料级配表三层滤料级配表n 三层滤料级配一、滤料 三层滤料粒径级配原则基本上同于双层滤料，即根据三种滤料相对密度

25、的不同，选配适当的粒径，以防滤层混杂。 作用 A、防止过滤时滤料从配水系统中流失； B、冲洗过程中保证均匀布水 。 垫层（承托层）的材料要求 对于单层或双层滤料滤池，采用大阻力配水时，承托层 均用天然卵石。 颗粒最小直径2mm（由滤料的最大直径确定）； 颗粒最大直径32mm（由冲洗时孔隙射流产生最大冲击力确定）。 二、垫层（承托层）备注：大阻力配水和小阻力配水均需设承托层。三、新型滤料-海绿石 海绿石滤料比表面积为石英砂滤料的35倍，对污水中含油量、悬浮物的吸附效果优于石英砂滤料。试验中，用此种滤料作为与石英砂滤料对比的过滤材质。滤料性能指标数据表滤料性能指标数据表 海绿石0.61.0mm石英

26、砂0.61.0mm密度（g /cm3）2.592.57磨损率+破碎率（%）0.861.11数据显示：两种滤料密度基本相同；海绿石滤料的磨损率和破碎率低于石英砂滤料的20 左右，强度及耐磨损性能好于石英砂。 海绿石属层状结构硅酸盐，是由天然矿开采并经机械加工破碎筛分而成，颜色灰黑浅绿色。密度2.5-2.6 g/cm3，堆密度1.5-1.55 t/m3。第四章、过滤的工艺设计滤速滤速1过滤阻力过滤阻力2反冲洗反冲洗3过滤的工艺设计一、滤速一、滤速单位过滤面积上的过滤流量即为滤速。1. 滤速AQv V过滤速度，过滤速度，m/d或或m/h；Q过滤流量，过滤流量，m3/d或或m3/h；A过滤面积，过滤面

27、积， m2，一般采用的滤速为：一般采用的滤速为：范围：范围：1001000m/d单层过滤：单层过滤：120250m/d双层过滤：双层过滤：200400m/d 当水体通过滤层时，在滤层的进水和两侧便产生水头差。这个水头差称为过滤水头损失或过滤阻力，其值随过滤时间延长而增大。从右图可看出，可能达到的最大过滤阻力与滤池高度有关。 过滤阻力（以图中的过滤阻力（以图中的h表示）表示）二、过滤阻力二、过滤阻力过滤阻力并非一层不变，不同时期过滤阻力不同。清洁滤层的过滤阻力堵塞滤层的过滤阻力（1）清洁滤层的过滤阻力（初期水头损失） 流体流过颗粒材料滤层时的水头损失，常用利瓦（Leva）公式或弗尔哈奇（Fair

28、Hatch）公式表示，即： 二、过滤阻力二、过滤阻力Leva公式Fair-Hatch公式为了便于应用上述公式，对一般快滤池可采用下列数值： （2）堵塞滤层的过滤阻力 过滤阻力公式，都是以与利瓦公式相同形式的科泽尼卡曼(KozenyCarman)公式为基础推导出来的。过滤阻力h 随截留悬浮物的增加而增大。但截留方式不同，过滤阻力增加的程度有所差异。对于下向流过滤，悬浮物多被截留在滤层表面，过滤阻力增加快；悬浮物到达滤层深处被截留，过滤阻力增加较慢。 二、过滤阻力二、过滤阻力动力粘滞系数 ：1.010-3 kg/ms形 状 系 数 ： 0.70.85形状系数/： 5.55.7孔 隙 度 0： 0.

29、40.5二、过滤阻力二、过滤阻力A. 滤料粒径愈粗，过滤阻力的绝对值增大得也愈慢；B. 对悬浮物截留量及截留模式都相同的滤层来说，过滤阻力与滤速成比例变化；C. 滤速变大时，初期过滤阻力也大，但悬浮物进入滤层的深度也大。所以对同一截留悬浮物数量而言，过滤阻力的增高较慢；D. 对一定浓度的原水进行等速过滤时，过滤阻力在开始时按比例上升，随后则急剧加大。过滤阻力的一般规律归纳如下：三、反冲洗三、反冲洗 水流逆向通过滤料层，使滤层膨胀、悬浮，借助水流的剪切力和颗粒的碰撞摩擦力清洗滤料层，使滤层内以及滤料表面吸附的污物脱离并随反洗水排出。 1、剪切理论主要依靠水流剪切力作用。2、碰撞理论主要依靠滤料之

30、间碰撞摩擦，水流剪切也具有一定作用。3、剪切与碰撞综合作用机理依靠的是“水流剪切”和“滤料颗粒碰撞”两者综合作用。不同的反冲洗条件下，有可能剪切起主要作用，也有可能是碰撞起主要作用。反反 冲冲 洗洗 机机 理理三、反冲洗三、反冲洗 反冲洗过程中，粘附在滤料表面的杂质主要受到了滤料对其的吸附力，以及反冲洗过程中滤料彼此间的撞击摩擦力和水流形成的水流剪切力。在水流剪切力和滤料间摩擦力的作用来克服滤料与杂质之间的吸附力，从而实现滤料的再生。 A、颗粒附着力 悬浮颗粒以及油与滤料表面存在范德华引力和静电场力，以及某些化学吸附力的作用；同时还具有吸附架桥作用。 B、颗粒脱附力 滤料间的碰撞力 滤料间的摩

31、擦力 水流的剪切力u 反冲洗过程分析三、反冲洗三、反冲洗u 反冲洗类型 搅拌式反冲洗 利用机械传动使搅拌桨叶在过滤器内部形成流场，进而提高滤料相互间碰撞摩擦几率，使得滤料表面吸附的油污杂质脱附下来，并随水流冲出罐外。气水反冲洗 利用空气气泡在滤层中上升时引起的搅动使滤层截留的悬浮物自滤料颗粒上脱落下来，并被水流冲走。 搅拌系统对于过滤器而言，其作用主要体现在过滤器内形成一定强度的流场形态，借以改变滤料运动方向、速度及滤料膨化高度；同时增加滤料相互间碰撞几率，破坏滤料表层板结层，增加颗粒脱附力，进而提高滤料再生效果，颗粒相互间碰撞摩擦力可依据下式计算：8 . 05 . 04 . 02 . 0ma

32、xErVm式中，max 冲击应力，N m 滤料质量，kg V 滤料运动速度，m/s r 滤料冲击部分的曲率半径，m E 滤料的弹性系数 搅拌式反冲洗技术三、反冲洗三、反冲洗 123456搅拌系统组成 过滤器的搅拌系统主要由传动机构、搅拌桨、机械密封和其他附属零部件组成。搅拌器传动机构由电机、减速装置、联轴器及搅拌轴组成。 如右图所示：1电机 2皮带及防护罩 3减速装置 4联轴器 5搅拌轴 6机械密封三、反冲洗三、反冲洗 234562. 搅拌桨叶形式 搅拌桨是将机械能转化为流体动能的零件。叶轮构造决定叶轮的功能，由搅拌目的和形成的流态为依据来进行选择的。对流循环能力，湍流扩散和剪切力都较强。 核

33、桃壳混合流搅拌桨石英砂齿状耐磨搅拌桨三、反冲洗三、反冲洗 为了确定反冲洗过程中搅拌系统的最佳转速，分别进行了不同搅拌转速下的模拟试验。根据搅拌桨的最终目的使滤料处于“完全离底悬浮状态”，根据Zwietering公式进行计算悬浮临界转速，进而最终确定最佳转速。45. 01 . 013. 02 . 085. 0wwscgXDKdN3. 搅拌转速Nc 完全悬浮临界转速，r/min；k常数，与搅拌器形式有关，本试验核桃壳过滤器采用三叶推进式搅拌机，其值为10； 石英砂过滤器采用的是锯齿式搅拌装置，其值为25。X100乘上固液质量比；v液体运动粘度，m2/s；d搅拌器直径，m；D滤料直径，mm。三、反冲

34、洗三、反冲洗 根据Ergun理论，结合滤料膨化高度与滤料孔隙率的关系式，通过数学推导，可得到反冲洗强度与滤料密度、膨胀高度的关系： Usexp 反冲洗流速, mm/s s 滤料颗粒密度, kg/m3 w 水的密度, kg/m3 exp 滤料孔隙率 g 重力加速度，N/kg 动力粘度，mPa.s Dp 滤料直径，mm 根据上述公式，即可计算得到不同材质的滤料，在不同反冲洗强度下的滤料膨化高度，从而最终确定过滤器的最佳反冲洗强度。32000exp021502swsD gLLLLLULLL4. 反冲洗强度三、反冲洗三、反冲洗 鉴于过滤器中滤料污染机理较为复杂，仅依据反冲洗出水水质判别反冲洗效果是不可

35、行的。因为，即使在反冲洗出水水质洁净的情况下，也不能说明滤料中的污染物质全部清除，也有可能是反冲洗剪切力较小、滤料相互间的碰撞摩擦较弱导致污染物质去除不净。5. 反冲洗时间 鉴于此，可通过反冲洗结束后过滤周期开始阶段的过滤压差来判定反冲洗效果的好坏。通过现场模拟试验，最终确定过滤器的最佳反冲洗时间。三、反冲洗三、反冲洗 石英砂过滤器反冲洗参数指 标重质滤料反冲洗强度（L/m2.s）1016反冲洗时间（min）搅拌阶段3-5水力阶段10-15反冲洗周期（h）24反冲洗压力（MPa）0.120.2滤层膨化率（%）30%搅拌器转速（r/min）20三、反冲洗三、反冲洗 核桃壳过滤器反冲洗参数指 标轻

36、质滤料反冲洗强度（L/m2.s）37反冲洗时间（min）搅拌阶段10-15水力阶段15-20反冲洗周期（h）24反冲洗压力（MPa）0.070.12滤层膨化率（%）60%搅拌器转速（r/min）60三、反冲洗三、反冲洗耐磨搅拌桨 石英砂过滤器搅拌克服了低温和聚合物存在条件下过滤器反冲洗难的问题，有效破坏滤料表层的板结层，使滤料上方固化污油层与滤料表层彻底剥离。一方面防止滤料板结形成块状滤料，易随高强度水流带出罐外，导致滤料流失；另一方面击碎滤料表层截留的污染物凝结体，避免块状污物堵塞布水系统筛管造成憋压，进而提高滤料再生效果。石英砂滤料板结层 反冲洗过程中流失滤料形态 三、反冲洗三、反冲洗 核

37、桃壳过滤搅拌系统形成水流速度、方向多变的混合流流场。一方面有效控制滤料膨胀高度，减小滤料膨化过高堵塞布水系统筛缝的可能性；另一方面通过水流速度和方向的多变，提高流场内水流剪切力和滤料碰撞摩擦力，进而提高滤料再生效果。混合流型搅拌桨叶示意图混合流流场 混合流滤料膨化高度 三、反冲洗三、反冲洗 降低反冲洗压力提高滤料反冲洗效果减小滤料膨化高度，防止滤料流失提高反洗后出水水质破坏滤料板结层，剥离表层固化污油层反冲洗压力高滤料清洗不干净滤料流失严重出水水质不合格滤料板结搅拌装置可以在一定程度上改善过滤器长期以来存在的一些问题，如：三、反冲洗三、反冲洗清洗不彻底滤料布水筛管堵塞堵塞筛管三、反冲洗三、反冲

38、洗 气水反冲洗技术气水反冲洗方式示意图气水反冲洗方式示意图 三、反冲洗三、反冲洗 水反冲洗后滤料情况水反冲洗后滤料情况 气水反冲洗后滤料情况气水反冲洗后滤料情况 从上面图片可以看出，气水反冲洗技术与单纯水反冲洗方式相比，滤料再生情况良好，滤料表面残余含油量明显降低。 气水反冲洗技术可在原工艺流程中接入供气设备就可以实现气水反冲洗再生，工艺和过滤器内部结构都无需改造。三、反冲洗三、反冲洗第五章、过滤常见技术问题分析及解决对策 水质方面水质方面过滤罐结构方面过滤罐结构方面运行参数运行参数20102010年过滤罐开罐检查情况年过滤罐开罐检查情况厂别厂别检查总检查总数数, ,座座不正常罐不正常罐总数总

39、数, ,座座不正常不正常率率,%,%结构损结构损坏坏, ,座座损坏损坏率率,%,%滤料污滤料污染染, ,座座污染污染率率,%,%滤料流滤料流失失, ,座座滤料流失滤料流失率率,%,%一厂一厂58658636836862.862.8838314.1614.1615915927.1327.1312612621.521.5二厂二厂48248226126154.154.140408.308.30767615.7715.7714514530.0830.08三厂三厂25125114714758.658.621218.378.37747429.4829.48525220.7220.72四厂四厂2662661

40、2312346.246.22 20.750.75989836.8436.8423238.658.65五厂五厂141141535337.637.610107.097.09313121.9921.9912128.518.51六厂六厂25625618187.07.02 20.780.7812124.694.694 41.561.56七厂七厂8282757591.591.58 89.769.76555567.0767.07121214.6314.63八厂八厂54545454100.0100.09 916.6716.67373768.5268.528 814.8114.81九厂九厂28283 310.7

41、10.70 00.000.002 27.147.141 13.573.57十厂十厂52523 35.85.80 00.000.003 35.775.770 00.000.00合计合计219821981105110550.350.31751757.967.9654754724.8924.8938338317.4217.42 数据显示：在2198个开罐检查的过滤罐中，不正常滤罐为1105个，占总量的50.3%，其中滤料污染严重和滤料流失占930个，占42.31%。洁净滤料表面状态核桃壳滤罐滤料污染状态石英砂滤罐滤料污染状态双层压力滤罐滤料污染状态序号存在问题解决对策1水质特性不稳定，增加水处理难度

42、2悬浮固体颗粒明显变细，颗粒相互聚并、沉降分离困难3低温集输造成处理温度低，致使反冲洗不彻底，长时间会在滤料表面产生“油盖” 建议采用气水反冲洗，运行水温高于原油凝固点2以上；若采用水反冲洗，应采用变强度反冲洗，运行水温高于原油凝固点5以上。4采出水中含有的硫化物与油珠或有机物结合，造成处理后水变黑发臭，悬浮物增加。 推荐采用药剂和物理杀菌结合的方法，加强管理和维修维护，控制采出水处理系统的SRB含量。 5药剂的影响：破乳剂对出水含油量的影响直接影响过滤设备的运行效果和絮凝剂的配伍性不好，造成滤层表面出现絮团，从而污染滤层，增加过滤阻力，穿透滤层，也可在反冲洗时堵塞上部配水头。 加强对油站破乳

43、剂的管理，保证污水站来水水质。 加强絮凝剂配伍性的检验，可以尝试将药剂检验用的介质由分区块统一使用改为单药对单站。6（金属）腐蚀结垢产物对过滤系统产生危害，严重时会使配水系统堵塞，滤罐憋压。正确使用金属材料进行覆盖层防护，滤罐内外采用覆盖层材料控制采出水系统细菌含量 水质方面存在问题及解决方案一、水质方面 大阻力配水管剖开后状态：严重腐蚀结垢大阻力配水管剖开后状态：严重腐蚀结垢一、水质方面一、水质方面 大阻力配水系统 配水的均匀性与孔口面积、干管断面面积、支管断面面积相关。 大阻力配水系统对配水干/支管起端流速、孔眼出口流速、孔口开孔比都有技术要求。故，在配水支管外包裹筛网或筛管，会降低孔眼出

44、口流速，影响反冲洗配水的均匀性。另外反冲洗进水管道中存在固体颗粒，高速的反冲洗水会携带颗粒进入配水支管和筛网的外部缝隙，造成堵塞，同时加剧腐蚀产物和垢的沉积而加剧堵塞，造成憋压。 底部配水系统的主要作用是要保证配水系统的均匀性，要求在95以上。过滤时作为集水器，由于冲洗流速远大于过滤流速，当反冲洗布水均匀时，过滤时集水自然可以均匀。1（1）下部配水系统外套筛管缝隙堵塞，超过外套筛管缝隙堵塞，超过95%95%以上以上二、过滤罐结构方面二、过滤罐结构方面 小阻力配水系统 小阻力配水系统的原理是减小配水系统中的压力变化对布水均匀性的影响，并减小孔口阻力系数以减小孔口水头损失，因此一般有两点要求： 反

45、冲洗水到达各个孔口处的流速应尽量低； 各孔口阻力应力求相等，加工精度要求高。 从小阻力配水系统的要求可以看出，使用压力水反冲洗明显不符合孔口流速低的要求。在压力水反冲洗时，孔口的阻力相差非常大（孔口水头损失远大于沿程水头损失，水头损失与流量平方成正比），如8mm孔口面积为9mm的79，如8.5mm孔口面积为9mm的89.1，7mm孔口面积为8mm的76.5，可以看出明显达不到95的配水均匀性。 2二、过滤罐结构方面二、过滤罐结构方面 大阻力配水系统水头损失与小阻力配水系统相比，水头损失大，但配、集水均匀性要好。考虑到压力过滤出水水压一般较高，可以满足反冲洗压力的要求，所以推荐压力过滤器采用大阻

46、力配水。重力过滤器出水压头低，不能直接用来反洗，需设反冲洗水塔，从节能和节省投资角度考虑推荐小阻力配水。 油田常用的压力过滤器采用大阻力配水系统，泵加压反冲洗，能保证滤料的反冲洗效果，尤其是对含有聚合物（PAM）或胶质、沥青质含量较多的采出水（对滤料的污染较为严重）适用，因此推荐压力式过滤器采用大阻力配水系统。二、过滤罐结构方面二、过滤罐结构方面 1）油田常用的压力过滤器采用大阻力配水系统，泵加压反冲洗，能保证滤料的反冲洗效果，尤其是对含有聚合物（PAM）或胶质、沥青质含量较多的采出水（对滤料的污染较为严重）适用，因此推荐压力式过滤器采用大阻力配水系统。 3）大阻力配水系统建议取消外包筛管，但

47、需要恢复底部32-64的砾石垫料层，填装高度为至配水管管顶上方100mm。解决方案 2）小阻力配水系统建议不采用。 4）大阻力配水系统结构（穿孔钢管骨架外包筛管）的污水处理站，堵塞之后，如果不能更换底部大阻力配水系统，在改造中，可将过滤罐按安全防火要求进行处理后，将反冲洗进水管路和反冲洗出水管路灌满清水，用火焊烧外套筛管每一条缝隙来恢复功能。二、过滤罐结构方面二、过滤罐结构方面 滤罐顶部配水头筛管缝隙一般为0.6mm（部分为2mm），外包40目（0.425mm）筛网。石英砂压力过滤器的滤层粒径规格为0.51.2mm，双层压力过滤器的石英砂滤层粒径规格一次为0.81.2mm、二次为0.50.8m

48、m。可以看出滤罐顶部配水头筛管缝隙与滤层粒径规格中较小的部分相当，过滤时滤速小没有问题，反冲洗时就造成了反向过滤，使滤料和污染物截留在此处，容易堵塞在缝隙中，造成反冲洗时憋压，憋压严重会造成结构损坏。（2）上部布水系统 现在很多滤罐的进水头采用外包不锈钢筛网或者筛管结构，其目的多是为了在反冲洗时保证不跑料。二、过滤罐结构方面二、过滤罐结构方面 设计滤料反冲洗膨胀率一般为50%以下，而过滤罐上部预留高度一般足够滤料反冲洗时膨胀150%（1.2m）以上，因此过滤罐筛管骨架、外包钢网形式的上部配水头或者缝隙小的上部配水头都应该拆除，采用简单的挡水板结构就能满足过滤配水要求（过滤时滤层以上充满水，只要

49、进水不直接冲击滤料就可以）。解决方案二、过滤罐结构方面二、过滤罐结构方面 过滤罐内的搅拌器设置需要经过设计计算。例如，某些成品过滤罐由于本身滤料层至上部配水结构预留的高度和搅拌器的运行功率设置不合理，在开动搅拌器时，会产生滤料层膨胀到上部配水结构的现象，造成反冲洗时滤罐憋压、跑料，同时反冲洗效果也不好。解决方案（3）搅拌器搅拌器的使用需要经过设计计算。二、过滤罐结构方面二、过滤罐结构方面 （1）设计参数与运行参数）设计参数与运行参数 设计参数是一种标准运行状况下的参数，在实际运行过程中，根据运行负荷和来水水质情况等因素，应进行调整，以适应实际生产。 （2）过滤罐体上部有气体空间，影响过滤效果

50、油田过滤罐在实际生产运行中，很少打开放气阀，罐体上部存留的空气或含油污水析出气，致使过滤器不是满水状态，造成过滤罐布水不均匀，影响处理效果。尤其当过滤罐水位过低时，由于进水水流的冲击，使滤料层发生变化，滤层表面形成“丘陵”状，导致滤层失去作用，影响出水水质。 建议建议：过滤罐在实际运行中应定期打开排气阀排气。三、运行参数 单一强度的反冲洗方式已经不能适应生产需要。随着水驱区块污水见聚、聚驱污水含聚浓度的升高，水质发生变化，导致粒状滤料过滤器反冲洗时滤料膨胀高度和冲洗效果等均发生了变化，而按照水驱设计的反冲洗参数，已经不能适应现场实际生产运行的需要，需要采用变强度反冲洗技术。 随着三元驱、聚表剂

51、驱、高浓度聚合物驱的逐步开展，低温集输的逐步推广，采用水反冲洗可能难以满足反冲洗要求，需要采用气水反冲洗技术。（3）反冲洗 解决方案解决方案：在水驱、聚驱污水中采用变强度反冲洗技术，在三元驱、聚表剂驱、高浓度聚合物驱等难处理污水中采用气水反冲洗技术，能够保证反冲洗效果，节省滤罐自耗水量，有效降低污水站处理负荷。 1）反冲洗方式三、运行参数 过滤周期与两个因素有关：过滤总水头损失和出水水质。过滤总水头损失与过滤提升泵的扬程相比很小，可按照出水水质来确定过滤周期。设计参数中，一般确定为24h。因此，在保证出水水质的情况下，可以适当延长过滤周期，也相当于减少反冲洗耗水率。2）反冲洗参数 无论是何种反冲洗方式，反冲洗历时，尤其是最后的清洗阶段，其冲洗时间都不是固定的，可以根据生产实际调整。 在反冲洗中，反冲洗排水水质和反冲洗历时是控制反冲洗过程结束的主要指标，但其只有在全部滤料都处于流