氣田污水處理系統優化運行效果評價

景元，王德龍，高好潔，朱珠，錢偉彬，高欣，方丹，于洋

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林718100）

氣田污水處理系統優化運行效果評價

景元，王德龍，高好潔，朱珠，錢偉彬，高欣，方丹，于洋

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林718100）

氣田污水處理系統是天然氣處理廠穩定運行的關鍵，米脂天然氣處理廠氣田污水處理系統自2007年投運以來在生產運行過程中所暴露出的各類矛盾和問題。本文通過對米脂天然氣處理廠氣田污水處理系統運行現狀分析，針對現場存在的不足，結合現場工藝及設備條件提出工藝改造措施并實施，促使氣田污水處理系統在生產組織、工藝運行、節能降耗等方面能起到良好的效果。

氣田污水系統；靜置時間；加藥制度；效果評價

米脂天然氣處理廠氣田污水處理系統自2007年投運以來，在歷年的生產運行過程中所暴露出來的各類矛盾和問題，從2013年開始，歷經近兩年的調研、論證、可行性分析及現場實施，在2014年夏季組織實施了一系列工藝配套措施，促使氣田污水處理系統在生產組織、工藝運行、節能降耗等方面能起到良好的效果。

1　氣田污水處理系統概況

米脂天然氣處理廠污水處理單元是子洲氣田甲醇回收利用的關鍵。由處理能力150 m3/d的污水預處理、甲醇再生、污水回注等三部分組成。

1.1污水預處理系統

氣田污水進入立式除油罐進行初步除油，然后進入調節罐進行沉降，依次加入絮凝劑、NaOH、雙氧水，充分混合后進入斜管除油器進行二次除油，除油后氣田污水進入中間罐，經過粗、精兩級過濾器后進入原料水罐（見圖1）。

圖1　污水預處理系統工藝流程圖

1.2甲醇再生系統

甲醇再生采用常壓精餾工藝分離出氣田污水中的甲醇，產品甲醇應用于天然氣采輸，合格的塔底水回注地層（見圖2）。

圖2　甲醇再生系統工藝流程圖

1.3污水回注系統

蒸汽鍋爐排污等生產氣田污水通過機泵提升至回注罐與甲醇再生塔產生的塔底水混合，經過分析化驗合格后回注地層。

2　氣田污水處理系統運行分析

2.1氣田污水處理系統運行現狀

2.1.1氣田污水量較大，高峰期靜置時間不足

（1）近年來子米氣田滾動開發，產能逐年遞增，氣田污水量也隨之增加，同時隨著氣田不斷開發，氣藏壓力降低，地層水侵入氣藏伴隨著天然氣被采出。

（2）自每年的10月冬季高峰供氣來臨，日均污水量隨著氣量增大而增多，日均接卸量在40 m3～70 m3（單日最高接卸量135.55 m3），直至次年夏天回落至20 m3左右。

（3）由于卸車池及各儲罐長期使用，污泥不斷沉積導致容積減少（卸車池由196 m3降至106 m3、原料水罐由700 m3降至600 m3）、加之除油罐、調節罐容積有限（均為100 m3），冬季高峰供氣時，氣田污水無法保證12 h以上的靜置沉降時間，污水各項指標難以控制。

2.1.2現行加藥制度及加藥處理后水質不達標含醇氣田污水主要含有油份、甲醇、泥砂及Fe2+、Fe3+等離子，氣田污水經過除油罐及除油器除油后加入H2O2，將其中的Fe2+氧化為Fe3+。再加入NaOH、絮凝劑等使鐵離子生成Fe（OH）3沉淀與泥砂一起絮凝，最后經過濾器過濾后進入原料水罐。

對原料水罐進行取樣化驗得知，原料水中機雜含量最高1 395 mg/L、平均為570 mg/L，油份最高8 911.17 mg/L，平均達到3 980.89 mg/L。機雜、油份均超標。5月～9月油份、機雜含量較10月～次年4月明顯較低，對比日均污水接卸量表發現當夏秋季污水量較小時，靜置沉降時間充足，油份、機雜含量下降明顯。

根據化驗數據得知原料水pH值普遍小于7且波動較大，超出pH控制范圍7.5～8。

2.1.3水質超標造成管線、設備堵塞原料水中機雜、油份含量嚴重超標導致甲醇再生管線、設備堵塞頻繁、檢修頻次增多，影響裝置運行。

2.1.4污泥處理系統無法運行螺壓脫水機無法正常投運，導致污泥無法得到有效處理，廠內污泥在系統內不斷循環、沉積，目前階段性清理方式主要有兩種：一是通過定期排污將污泥排至卸車池，二是待甲醇再生裝置壓差增大后清理各換熱設備管線。

2.2氣田污水水質水樣化驗分析

分別對預處理各節點取樣、化驗發現，氣田污水經卸車池、除油罐、調節罐除油沉降效果不佳，油份、機雜并未有效分離，經加藥、過濾后，pH值較低，油份、機雜含量略有下降，但水樣混濁度依然較高，分層不明顯，進入原料水罐沉降后，機雜含量有較為明顯的降低，水質較清，但仍未達標（見圖3）。

圖3　預處理各節點油份、機雜、pH值變化圖

在機械過濾器出口處取樣發現，原料水經廢水換熱器及原料加熱器加熱后，變為紅褐色的混濁液體，對沉淀物進行化驗發現其中含有較多的鐵離子（Fe3+含量73.86 mg/L）。

同時對造成甲醇再生裝置頻繁堵塞的泥垢進行定性化驗分析，當對紅褐色泥樣滴入30%的HCl溶液時，泥樣逐漸溶解并伴有少量無色無味氣體產生，繼續滴加直至反應結束后進行稀釋，溶液呈紅褐色，靜置一段時間底部有少量沉淀。因此判斷：泥垢主要由Fe（OH）3、Fe2O3、CO32-、少許泥砂等不溶雜質組成。

通過上述實驗對比后發現，經過加熱后，原來較為清澈的原料水變的混濁，并析出大量的含Fe3+的沉淀物，從而造成管線、設備堵塞。溫度是影響絮凝效果的一個重要因素。

2.3目前運行存在問題

通過各類數據化驗結合現場工藝流程得知，預處理運行效果不好，甲醇再生裝置堵塞頻繁主要有以下幾點因素導致：

（1）冬季高峰供氣時污水靜置沉降時間不足，導致油份、機雜無法完全分離。

（2）藥劑配比濃度及方法存在問題，加藥后pH值不達標，絮凝效果差。

（3）預處理溫度低影響藥劑絮凝效果。

（4）系統內污泥無法得到有效處理，在系統內循環，加劇管線、設備堵塞。

3　優化改造措施

3.1增加氣田污水靜置分層時間

2013年米脂天然氣處理廠改擴建工程，在原有氣田污水預處理系統新增設一具卸車池、一具除油罐，增大氣田氣田污水處理系統儲量。

新增卸車池、除油罐與原有卸車池、除油罐并聯，采取倒運模式運行，確保氣田氣田污水靜置沉降12 h以上，從而得到較為徹底的分層，提高預處理效果。

改造后氣田污水靜置由原來最長10.2 h增加至少14.7 h，沉降時間明顯增長，由于兩具除油罐相互切換使用，因此沉降時間增長一倍（見圖4，圖5）。

圖4　靜置沉降前后原料水油份對比

圖5　靜置沉降前后原料水機雜對比

通過對靜置沉降前后原料水取樣化驗對比得知：經卸車池及除油罐進行較長時間靜置后，油份及機雜含量均有不同程度的降低。

3.2優化加藥制度

3.2.1調整藥劑最佳配比針對預處理加藥后pH值較低，絮凝效果差的問題，在現有藥品濃度的基礎上通過取樣實驗的方式來得到藥劑的最佳配比。

當NaOH、H2O2加量分別為7 mL/L，絮凝劑加量為8 mL/L時，先加NaOH，后加H2O2，處理后污水的絮凝效果最佳。

3.2.2提高預處理溫度，增強絮凝效果對原料水罐內原料水取樣加熱后發現，隨著溫度升高，原料水中的鐵離子將不斷發生絮凝沉淀，當溫度升至40℃左右時，效果最好。因此，需在預處理設備管線增加電伴熱設備，控制氣田污水溫度在40℃左右，使Fe2+、Fe3+在預處理裝置中充分反應沉淀（見圖6，圖7）。

從圖6，圖7中可以看出，加藥制度優化后，原料水中機雜、油份明顯降低。

3.2.3開展污泥清理工作自建廠以來，預處理系統污泥含量逐年累積，于2012年開始開展清罐作業，隨著卸車池及污泥提升池內淤泥含量增多，因此清罐工作量逐年上升，2012年至2014年共計清理污泥550 t，從而提高氣田污水處理效果，降低甲醇再生檢修頻次。

自11月3日-12月5日完成污泥清理工作后，經化驗原料水中機雜含量有較為明顯的下降，同時清罐后原料水罐的實際容積由原來的600 m3恢復至700 m3。

圖6　不同溫度對氣田污水鐵離子含量對比圖

圖7　加藥制度優化前后油份、機雜對比圖

圖8　工藝優化前后油份、機雜含量圖

3.2.4優化甲醇再生裝置管線開展工藝改造，增設消防水沖洗口及排污口，便于啟停裝置前沖洗污泥。增設廢水換熱器、原料加熱器旁通管線，便于不停運裝置清理設備內污泥，保證生產正常運行。

結合預處理系統優化及甲醇再生裝置管線改造，并制定裝置啟、停前沖洗制度，保障甲醇再生平穩安全運行，甲醇再生裝置因堵塞造成的停產檢修頻次降低50%以上，大幅減少員工勞動強度，保障冬季高峰生產運行平穩。

4　改造效果分析

通過投運新卸車池、除油罐、優化加藥制度及污泥清理等措施，氣田污水處理系統處理效果顯著提高，對比2013年指標整體降低50%以上（見圖8）。

5　認識結論

（1）通過工藝優化，原料水機雜降低至300 mg/L左右、油份降低至600 mg/L左右，相比優化前有了明顯下降。

（2）通過污泥清理、管線改造等措施，甲醇再生裝置檢修頻率由每年11次左右降低至6次，有效降低員工勞動強度，保障裝置在冬季高峰生產安全平穩運行。

（3）新卸車池及除油罐的投運有效減少了預處理啟停的頻率，從而降低了能耗，同時增大了預處理的容積，為子米氣田進一步提產做好準備。

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10.3969/j.issn.1673-5285.2015.06.034

TE992.2

B

1673-5285（2015）06-0121-05

2015－04-28

景元，男（1986－），工程師，2008年6月畢業于西安科技大學自動化專業，現任長慶油田第二采氣廠米脂處理廠技術員，負責米脂天然氣處理廠工藝生產。