智能撬裝化水處理新工藝在油田采出水處理中的應(yīng)用

2018-08-20 11:06:00 chlear

智能撬裝化水處理新工藝在油田采出水處理中的應(yīng)用

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

（深圳科力邇科技有限公司設(shè)計(jì)中心王亞聰）

摘要：本文介紹了利用旋流溶氣氣浮與雙介質(zhì)過(guò)濾器結(jié)合的智能撬裝化水處理的新工藝在油田采出水處理中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 旋流溶氣氣浮雙介質(zhì)過(guò)濾器撬裝化智能化

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

一項(xiàng)目背景

隨著人們對(duì)環(huán)保的日益重視，油田采出水需要經(jīng)過(guò)處理達(dá)標(biāo)后才可以回注。油田采出水水溫高溶氣效果差、含油和懸浮物濃度高，油水密度接近等特點(diǎn)，而且用戶要求占地面積小，不加藥劑進(jìn)行處理，無(wú)二次污染，配套投資少，工期短，易于維護(hù)等要求，人員配置少；從而開(kāi)發(fā)了高效旋流溶氣氣浮與雙介質(zhì)過(guò)濾器結(jié)合新工藝智能化撬裝水處理設(shè)備。采用新工藝的同時(shí)，通過(guò)緊湊化的撬裝化設(shè)計(jì)，在有限的空間內(nèi)集成全套工藝設(shè)備，可以很方便地通過(guò)集裝箱進(jìn)行公路運(yùn)輸，設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，只需要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單連接工藝管線和配電后即可使用，大大降低了用戶安裝使用成本和時(shí)間。

二撬裝化水處理裝置原理及結(jié)構(gòu)

2.1 氣浮原理[1]

氣浮過(guò)程：微氣泡產(chǎn)生->微氣泡與懸浮物(顆?；蛴偷?附著->氣泡帶著懸浮物(顆?；蛴偷?上升到液面->懸浮物(顆?；蛴偷?與水分離。液體和固體都有表面，任何兩相之間都有界面。當(dāng)氣泡和顆粒共存于水中，即液、氣、顆粒三相介質(zhì)共存的情況下，兩相之間的界面上都存在各自的界面張力和界面能。界面能與表面能一樣，可用W=σ*S，式中σ-界面張力N/m，S-界面面積m2。

(圖2.1 親水性顆粒和疏水性顆粒的接觸角)

疏水性：不容易容易被水潤(rùn)濕的物質(zhì)θ>90。

在三相接觸點(diǎn)上，三界面的張力處于平衡狀態(tài)：

σLS=σLG*COS(180°-θ)+σa，p （1）

附著前，單位界面面積上的界面能之和為：

w1=σLS+σLG

附著后，單位附著面積上的界面能為：

W2=σa,p

界面能降低值為：

ΔW=W1-W2（2）

將式（1）代入式（2）

ΔW=σLG*（(1-COS(θ))（3）

2.2 新工藝設(shè)計(jì)

污水進(jìn)入旋流溶氣氣浮裝置，經(jīng)混合裝置與溶氣水釋放出來(lái)的大量微氣泡（氣泡直徑5~30μm）混合后，沿著旋流溶氣氣浮罐壁切向進(jìn)入旋流溶氣氣浮后形成旋流，通過(guò)旋流產(chǎn)生的離心力作用，微氣泡和乳化油滴向中間集聚形成浮渣，同時(shí)與析出的氣體一起從分離油出口流入浮渣收集罐，在浮渣收集罐中，分離出來(lái)的氣體從氣體出口排出；處理后污水逐漸向下，從旋流溶氣氣浮水出口流出。采用雙切向入口設(shè)計(jì)，產(chǎn)生更大的旋流速度，獲得更大的離心加速度和更為穩(wěn)定的旋流流場(chǎng)，有利于氣泡和油滴相互作用，加速氣泡和油滴向旋流中間區(qū)域聚結(jié)，提高氣浮效果，縮短停留時(shí)間，使結(jié)構(gòu)更為緊湊，抗波動(dòng)性更強(qiáng)。在氣浮罐中心位置設(shè)置中心筒，將氣浮隔分成中心筒內(nèi)浮選區(qū)和筒外浮選區(qū)。污水從內(nèi)筒切向進(jìn)入，能夠產(chǎn)生更大的離心力和離心加速度，更有利于氣泡和油滴向中間集聚，氣浮效果更好；內(nèi)外筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)化了污水在氣浮罐體內(nèi)的流動(dòng)，形成了不同的浮選區(qū)域，避免了出水夾帶油滴，降低氣浮效果；同時(shí)空間利用率更高，結(jié)構(gòu)更為緊湊。中心筒底部錐形的設(shè)計(jì)，能夠起到一定的除沙效果。顆粒在離心力的作用下，逐步被甩到內(nèi)筒壁，并沿著內(nèi)筒壁向下流入錐形區(qū)域，始終保持旋流狀態(tài)，沙粒不易堆積，更容易去除。定期流態(tài)化排沙，不易堵塞。

雙介質(zhì)過(guò)濾器過(guò)濾機(jī)理是水中的油和懸浮固體顆粒在不同孔隙率、不同顆粒粒徑以及不同吸附特性的濾層中進(jìn)行接觸吸附、機(jī)械篩除和遷移等被攔截。雙介質(zhì)過(guò)濾器上層采用輕質(zhì)濾料，下層采用重質(zhì)濾料。過(guò)濾時(shí)污水從上到下流過(guò)輕質(zhì)濾料濾層，部分大顆粒懸浮物和油被攔截，再流過(guò)重質(zhì)濾料去除大部分小顆粒懸浮物。獨(dú)特的上輕下重型雙濾料濾層結(jié)構(gòu)，配合先進(jìn)反洗工藝，既能使濾料保持良好的分層特性，又能確保濾料的反洗再生，達(dá)到良好的處理效果。

(圖2.2 旋流溶氣氣浮分離及雙介質(zhì)過(guò)濾器示意圖)

2.3 工藝流程描述

CDFU采用串聯(lián)運(yùn)行的模式。采出水經(jīng)過(guò)提升泵經(jīng)過(guò)CDFU1和CDFU2；溶氣泵通過(guò)CDFU2取出部分采出水與壓縮空氣混合形成溶氣水進(jìn)入穩(wěn)定罐；穩(wěn)定罐經(jīng)過(guò)混合器后回流到CDFU1和CDFU2，并且經(jīng)過(guò)雙切口形成旋流，CDFU2的出水進(jìn)入雙介質(zhì)過(guò)濾器。雙介質(zhì)過(guò)濾器采用一用一備的模式進(jìn)行工作，實(shí)際運(yùn)用時(shí)可串聯(lián)、并聯(lián)運(yùn)行，反洗時(shí)設(shè)備不停機(jī)，雙介質(zhì)過(guò)濾器后的水為濾后水，濾后水進(jìn)清水罐。

(圖2.3 工藝流程簡(jiǎn)圖P&FD)

2.4 緊湊化的撬裝設(shè)計(jì)

本裝置采用緊湊的撬裝設(shè)計(jì)，將2臺(tái)CDFU容器，2臺(tái)雙介質(zhì)過(guò)濾器，1臺(tái)穩(wěn)定罐，2臺(tái)提升泵，2臺(tái)溶氣泵，反洗泵，鼓風(fēng)機(jī)，管線，電纜，儀表，控制柜等等全部安裝到一個(gè)撬上；而且尺寸僅有6米（長(zhǎng)）*3.5米（寬），高度不超過(guò)4.5米，可以經(jīng)過(guò)汽車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸。

(圖2.4 撬裝化水處理裝置3D模型)

三智能化

本撬裝化設(shè)備是一個(gè)開(kāi)放性的平臺(tái)，可以與客戶的DCS或PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，方便客戶在已有的SCADA系統(tǒng)中讀取撬裝設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)；同時(shí)可以通過(guò)3G、4G,WIFI或者有線網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊把設(shè)備診斷數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器。優(yōu)點(diǎn)如下：

1.客戶可以從現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)中，讀取設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，降低組態(tài)開(kāi)發(fā)難度和成本。

2.在偏遠(yuǎn)地區(qū)可以通過(guò)3G、4G網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通設(shè)備，大幅度降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備布線的投資。

3.通過(guò)VPN服務(wù)可支持PLC遠(yuǎn)程調(diào)試，可以迅速響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工藝更改，降低客戶的時(shí)間成本。

4.支持設(shè)備診斷信息上傳到云服務(wù)器端的智能專家系統(tǒng)，可以為客戶提供更加好的專家技術(shù)服務(wù)：a.優(yōu)化工藝參數(shù)，b.快速定位設(shè)備故障，c.預(yù)防性維修......。