核桃殼過濾強腐蝕含油污水工藝優化

王吉福　鞠成才　閻逸超　李　雷　王　平　曹立軍

中國石油塔里木油田分公司

核桃殼過濾強腐蝕含油污水工藝優化

王吉福鞠成才閻逸超李雷王平曹立軍

中國石油塔里木油田分公司

某核桃殼污水處理系統投運初期處理水質達到設計要求，水中懸浮物含量≤10 mg/L，含油量≤5 mg/L，但運行約半年之后，水質開始連續超標。通過對過濾器進行防腐處理、過濾器進水流程優化改造、在過濾器反沖洗流程增加反沖洗劑加注裝置、增加反沖洗頻次等工藝優化，最終使得污水處理水質合格，懸浮物含量和含油量都在5 mg/L以下。系統工藝改造運行1年多，過濾器內部附件未發生腐蝕脫落，核桃殼濾料未發生嚴重板結。

污水處理；核桃殼過濾器；腐蝕；工藝優化；水質

某油田16#碎屑巖開發區塊目前日產原油129 t、日產水2 556 t，井口產液量全部進入16#轉油站。產出液在轉油站經分離器進行初步油水分離，然后再進入1 000 m3沉降罐進一步沉降分離。沉降分離完成后，原油及部分采出水通過離心泵管輸至1#聯合站進行再處理，沉降罐底部污水則排入站外萬方曬水池，日排污水量約1 200 m3。外排曬水池的污水經過核桃殼過濾器過濾處理后再回注到地層中避免污染環境。

1　污水處理工藝現狀及問題

16#轉油站核桃殼過濾污水處理系統于2012年10月建成投產，設計污水處理能力2 000 m3/d，污水處理后水中懸浮物含量≤10 mg/L、含油量≤5 mg/L，達到碎屑巖油藏注水指標中四級注水水質要求［1］。

污水處理工藝流程示意圖如圖1所示，其中曬水池設計有效容量20 000 m3，污水提升泵額定排量100 m3/h，反沖洗泵額定排量100 m3/h，喂水泵額定排量85 m3/h。核桃殼過濾器主要技術參數：型號為HLJ3000ⅡZ，進水水質中稀油含油量和懸浮物含量要求都≤20 mg/L，過濾器進口篩管10根，濾速20 m/h，污水處理量100 m3/h，反沖洗強度0.25 m3/（min·m2），反沖洗時間10～20 min，反沖洗周期8～12 h。

圖1　16#轉油站污水處理工藝

該系統投運初期，污水經核桃殼過濾器過濾后出水水質偶爾會有幾次化驗超標，大部分時間都能達到設計指標，如圖2所示。運行約6個月后，核桃殼過濾器出口水質開始長期不達標，如圖3所示。

圖2　投運初期過濾器出水水質

圖3　運行半年后過濾器出水水質

2　原因分析

根據現場污水處理工藝流程，從核桃殼過濾器及濾料，核桃殼過濾器進水，以及核桃殼過濾器反沖洗三個方面進行水質超標分析。

2.1核桃殼過濾器及濾料

2013年6月，對2臺核桃殼過濾器進行開罐檢查發現，其中1臺核桃殼過濾器中的核桃殼濾料已經嚴重板結成大塊濾料；另外1臺核桃殼過濾器中進口有1根篩管發生腐蝕脫落，罐中的濾料完全消失，成為空罐。這表明16#轉油站污水具有強腐蝕性，核桃殼濾料再生效果差。

表1　16#轉油站核桃殼過濾器進口污水離子分析

2013年7月1日，取核桃殼過濾器進口進行離子分析，分析結果如表1所示，污水氯離子濃度恰好處在高腐蝕速率區間［2］。污水的高腐蝕性導致核桃殼過濾器內進口篩管脫落，當核桃殼過濾器進行反沖洗時，濾料隨著反沖洗水一起流出過濾罐，引起過濾失效，導致核桃殼過濾器出水水質不達標。

核桃殼濾料親水性好，截污能力和除油率較高，不易在酸堿溶液中溶解，耐腐蝕，具有良好的化學穩定性。一方面它可以直接截留污水中的懸浮顆粒；另一方面，依靠特有的表面性能粘附污水中的污油和膠質［3］。當核桃殼濾料表面粘附過多的污油、膠質后，濾料容易板結成塊狀，導致濾料過濾性能降低。

2.2核桃殼過濾器進水

根據現場流程發現，核桃殼過濾器進水過程是通過提升泵直接在曬水池中取水，取水點距離沉降罐排水口和過濾器反沖洗出口距離僅1 m左右。分析認為，沉降罐排出的含油污水和過濾器反沖洗污水在曬水池未沉降分離即被提升泵抽走，導致過濾器進口水質較差，超過了該過濾器對進水水質含油量和懸浮物含量要求都≤20 mg/L的要求。

2.3核桃殼過濾器反沖洗

核桃殼過濾器反沖洗是通過罐頂攪拌器攪拌和反沖洗泵，利用濾后水沖洗完成反沖洗過程，反沖洗頻次是每日2次，每次反沖洗10 min。開罐檢查發現，核桃殼過濾器運行半年后濾料就板結成塊，核桃殼再生效果差，過濾污水能力下降。說明僅依靠物理清洗，核桃殼濾料清洗再生非常困難。

綜上分析可知，16#轉油站污水處理工藝處理水質連續不達標主要原因是：

（1）污水腐蝕性強。污水的強腐蝕性導致核桃殼過濾器內部附件使用僅半年時間就腐蝕失效。

（2）核桃殼濾料板結嚴重。僅依靠反沖洗泵用濾后水對核桃殼進行清洗再生作用效果差，濾料表面粘附的污油、膠質等沖洗不干凈，導致濾料使用時間不長就發生嚴重板結。

（3）核桃殼過濾器進水水質較差。核桃殼過濾器進水懸浮物含量和含油量都大于20 mg/L，超過了核桃殼過濾器對進水水質要求。

3　工藝優化及應用效果

根據處理水質不達標原因，逐一找到解決辦法進行工藝優化，優化后污水處理工藝流程示意圖如圖4所示。

（1）針對16#轉油站污水強腐蝕性，更換核桃殼過濾器濾罐內部附件，附件金屬部分全都采用316 L材質，過濾罐內壁及附件都重新刷內涂層進行防腐處理。

圖4　工藝優化后污水處理流程

（2）對于核桃殼濾料板結嚴重問題，一方面通過在反沖洗泵進口加注反沖洗劑，采用物理清洗與化學清洗相結合方法進行濾料再生；另一方面，增加反沖洗頻次，由原來的每日反沖洗2次增加至每日反沖洗3次。

（3）反沖洗劑加藥泵與反沖洗泵之間設計連鎖，當反沖洗泵啟停時，反沖洗劑加藥泵連鎖啟停，降低手動啟停泵的勞動強度，節省勞動時間。

（4）充分利用曬水池旁邊的隔油池，將沉降罐排水及核桃殼過濾器反沖洗出水先全部排入隔油池，在重力分離作用下對污水進行油水分離和懸浮顆粒沉降，然后再進入曬水池。進入曬水池的排水點與核桃殼過濾器提升泵的取水點距離約50 m，這樣曬水池也可以起到沉降分離效果。

經上述工藝流程改造后，16#轉油站核桃殼過濾器進水水質及過濾后水質大部分時間均達到設計指標，濾后水懸浮物含量和含油量都≤5 mg/L，如圖5、6所示。截至2014年12月，過濾器內部附件未發生腐蝕脫落，核桃殼濾料未發生嚴重板結。

圖5　核桃殼過濾器進出口懸浮物含量曲線

圖6　核桃殼過濾器進出口含油量曲線

4　結論

（1）16#開發區塊采出水礦化度約6×104mg/L，處于高腐蝕速率區間，在污水處理工藝設計中對設備進行防腐處理可延長設備檢維修周期。

（2）核桃殼濾料僅用物理清洗方法進行濾料再生比較困難，物理清洗與化學清洗相結合方式，可使濾料得到較大程度的清洗。

（3）反沖洗劑加藥泵與反沖洗泵之間設計啟停泵連鎖，可有效降低加注反沖洗劑的勞動強度和節約勞動時間。

（4）應用隔油池可有效降低污水處理系統的負荷，緩解核桃殼濾料板結狀況，延長濾料使用時間。

［1］碎屑巖油藏注水水質指標及分析方法：SY/T5329—2012［S］.北京：石油工業出版社，2012.

［2］曹懷山，譚云賢，羅楊，等.注水井腐蝕原因分析及防護對策［J］.石油與天然氣化工，2010，39（2）：151-154.

［3］黃廷林，宋維營，趙建偉.采油廢水處理中核桃殼濾料再生技術研究［J］.西安建筑科技大學學報：自然科學版，2003，5（3）：238-242.

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.020

2015-03-09