曹妃甸油田水处理系统核桃壳过滤运行现状分析

曹妃甸油田水处理系统核桃壳过滤运行现状分析

曹关潭油田位于渤海湾西部，由中国海洋石油总公司（cnooc）与海外企业合作开发。CFD油田分三期开发,一期由WGPA和WHPA2座井口平台和1座SPM单点以及1艘15万t级的FPSO海洋石油112号等设施组成,于2004年7月投产;二期2005年7月WHPC无人值守井口平台投产;三期2006年9月WHPD井口平台投产,10月WHPE和WHPF两座无人值守井口平台相继投产,标志着该油田完成工程建设。1浮选器s1-6-b/c-6-桃从油田上游来的生产水,经水管汇入油田水处理系统,其工艺流程见图1。油田生产水首先由撇油器(V2610A/B/C)除掉粒径>60μm的油滴和固体颗粒,使油的质量浓度<400mg/L,之后进入浮选器(V2630A/B/C)进一步除去粒径>10μm的油滴和固体颗粒,油的质量油浓度<80mg/L,再经注水增压泵(P4410A~F)增压后至核桃壳过滤器(F2650—F2655),使油降至<30mg/L,满足达标排放和回注要求。2设备特点及构成核桃壳过滤器是水处理系统的关键设备,由江汉石油机械厂设计生产,型号为GLWA425/1.77,于2004年7月正式投入使用。主要设计参数:设计压力1.73MPa,最高工作压力1.3MPa,设计温度100℃,工作温度70℃,额定流量425m3/h,总功率30kW,设备净重51t,工作重量960t,外形尺寸5350mm×5200mm×6426mm,罐体DN4000mm。核桃壳过滤器操作参数见表1。核桃壳内部滤料的装填顺序是:底部三层不同尺寸的鹅卵石,之上为核桃壳滤料。滤料的构成、规格见表2。核桃壳过滤器内部除填料外还有:搅拌器,上筛管8根,D1500mm×1500mm,筛管间隙0.8mm;下筛管34根,D70mm×(700~1500)mm,筛管间隙0.8mm。3滤料过滤试验以过滤器F2650和F2653为例进行分析。从2005-03—2007-03每月选取一组数据,包括处理水量、进出口含油及过滤压差,绘制曲线见图2和图3。2005年9月在滤器反冲洗出口管线汇管加装限流孔板,改善操作条件;2006年4月更换滤料;2006年12月清洗滤料试验;2007年2月对F2653更换滤料和鹅卵石垫层,并加装筛管滤网。3.1复合滤料ss-ss(1)2005-04—2006-04,随着时间的推移,两台滤器过滤压差和出口含油逐步上升,期间流量波动较大,平均约300m3/h,说明滤料逐渐丧失再生能力,除油效率下降,运行效果变差。(2)2006年4月两台滤器更换滤料后,其中F2650出口含油明显降低,F2653出口含油没有明显变化;但两台滤器处理水量上升、过滤压差下降。(3)2006-06—2006-12,F2650处理水量和进口含油保持相对稳定的情况下,过滤压差逐步升高;F2653处理水量略有下降,过滤压差和出口含油持续上升。核桃壳滤料更换仅8个月的时间,运行效果变差。分析原因:更换滤料时,滤器最下面两个垫层没有更换,8~16mm和16~25mm两层鹅卵石下面积存的黑油及上下筛管内黏附在滤料上的污油,经清水浸泡释放将新料污染,大大缩短滤料使用寿命。(4)2006年12月对两台滤器完成清洗滤料试验后,F2650在处理水量和出口含油保持试验前的水平,过滤压差明显降低。F2653处理水量上升、过滤压差降低和出口含油下降。说明试验取得一定效果,部分恢复了滤料再生能力。3.2不同滤料处理对油调湿结果的影响2006-11—2006-12间,滤器出口含油达到最高值,必须采取措施提高滤料再生能力,保证排海和注水水质达标。设计了清洗剂与水体积比为3%的溶液浸泡清洗核桃壳滤料,浸泡一段时间后利用气浮除油原理通氮气鼓泡,并启动搅拌器提高除油效果。该清洗剂主要由质量分数5%~10%的甲醇,10%~30%的壬基酚聚氧乙烯醚以及0~5%的牛脂烷基乙氧化胺等组成,为无色透明水溶性液体,25℃密度为1.0~1.1g/mL,pH6.0~7.5,闪点49℃。2006年12月24日和25日,F2650和F2653分别完成滤料浸泡清洗试验,试验前后从2006-11-28—2007-01-22的详细数据见图4和图5。从图4和图5可以看出:试验后,两台滤器处理水量上升、压差明显降低、出口含油略有下降。说明试验结束后的几天内效果比较明显。但是在随后的3周内,两台滤器均出现处理水量下降,压差持续升高的现象,出口含油基本保持试验前水平。说明清洗试验虽然部分恢复了滤料再生能力,但有效期太短,效果不够理想。3.3cfd油田单台滤器处理量因为各油田油品性质、滤料数量、生产状况以及操作条件存在差异,所以运行效果只能定性比较,见表3。从表3可以看出,CFD油田单台滤器平均处理量最大约320m3/h,远远大于其他油田的处理量。由于生产状况和操作条件的限制,核桃壳滤器在实际使用过程中存在着反冲洗频度和时间不足,滤器超负荷运行的情况,这是造成滤料污染加剧,除油效率降低,运行效果变差的主要原因。4关于改进措施、操作和问题的讨论4.1核桃壳滤器在运行过程中的问题(1)核桃壳滤器筛管。为解决筛管被核桃壳堵塞的问题,在筛管外表面包覆厚840μm不锈钢丝网,并用不锈钢带捆扎固定。这样可有效地防止或减缓粒径较小的核桃壳和其他杂质进入筛管,确保核桃壳滤器正常操作。进水管和出水管采用防堵型迷宫取代普通的出水筛管,避免了过滤器在运行过程中因搅拌摩擦产生的核桃壳碎屑、鹅卵石碎屑、脱落漆皮和其他悬浮杂质等与污油黏附在一起堵塞筛管。(2)核桃壳滤器反冲洗流程。在核桃壳滤器反冲洗汇流管线上增加限流孔板,消除反冲洗对下游注水缓冲管的压力波动的影响。针对反冲洗管线上的球阀震颤问题,增加了该管线的支撑。在反冲洗出口管汇还增加一个球阀,以便更换反冲洗管线上损坏的球阀时,隔离反冲洗出口管线,避免了因更换球阀而关停生产水处理系统。2005年9月完成以上改造,使用效果好。4.2桃壳滤料填充系统(1)调试期间出现的问题。核桃壳滤器管线存水结冰造成蝶阀变形;现场控制柜控制线路接线错误,标示混乱;电器设备安装质量问题,控制柜旋钮和电磁阀格兰进水;搅拌器机械密封漏水;观察孔渗水等问题。调试期间一经发现就得到了解决。(2)填装技术要求。鹅卵石覆盖在集水筛管上的厚度2~8mm,在集水管中心线上300mm;干核桃壳滤料层垂直高度应>1m,在管壁人孔下端处;封罐后,投入运行前,应先用清水将核桃壳滤料浸泡12~24h,让核桃壳充分吸收水,让其发胀,沉降到滤床,以达到最佳吸附再生能力,同时减少堵塞筛管的可能性。(3)日常操作与维护。过滤时间达到23.5h,必须对滤料进行下线反洗;加反洗药剂应在搅拌器启动前进行,加药搅拌时间应>20min,反冲洗时间>15min;反洗结束后,静置10min后上线运行;筛管必须每年清理,并作定期的保养。更换滤料施工时发现罐内壁防腐层有部分脱皮和起泡,建议先清除损坏处表面脏物和锈蚀,然后使用环氧树脂类涂料防腐。4.3原油油质对核桃壳滤料吸附效果的影响核桃壳滤器运行效果不佳排除设计和实际操作中存在的问题,需要考虑原油油质的变化对核桃壳滤料吸附效果的影响。另外,正常运行期间,反冲洗时加注20L清洗剂,有利于核桃壳滤料再生,清洗滤料试验证明使用清洗剂起到了一定作用。5反冲洗效果差(1)受生产现状和操作条件制约,反冲洗频度和时间不足,核桃壳滤器超负荷运转,造成滤料污染加剧,除油效率降低;筛管被黏附污油的滤料等堵塞造成过滤压差大,反洗效果差,滤料再生困难;反冲洗流量过大造成反冲洗出口管线及阀门震颤,操作困难;以及滤料层填充不符合技术要求等因素导