油田污水處理系統(tǒng)核桃殼過濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改造

曲 直

(中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津300457)

1 濾料漏失原因分析

某海上采油平臺配備了機械攪拌式核桃殼過濾器3 臺，采取2 用1 備模式運行，設計參數(shù)如表1。在核桃殼過濾器運行一段時間后，其處理水質(zhì)變差、濾料反洗效果降低，反洗水儲罐內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量核桃殼濾料，對單罐核桃殼過濾器進行開蓋內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部濾料減少30%，已無法正常過濾，嚴重影響了污水系統(tǒng)正常運行。核桃殼過濾器內(nèi)部進行排查，根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，先后對內(nèi)部進水管線、布水器及篩管法蘭連接處、內(nèi)部篩管、攪拌機構(gòu)4 部分進行檢查，發(fā)現(xiàn)攪拌機構(gòu)與中心筒之間存在較大縫隙，即核桃殼過濾器攪拌電機軸承套與定板之間的縫隙較大，測量縫隙寬度為4～5 mm。平臺采用的核桃殼濾料粒徑為0.8～1.2 mm，當核桃殼過濾器處于反洗狀態(tài)時，介質(zhì)流向為下進上出，由于濾料松散，水能夠攜帶濾料通過縫隙漏失，即反洗時濾料從縫隙進入到反洗儲罐內(nèi)[1]。故障照片如圖1 所示。

表1 設計數(shù)據(jù)表Tab.1 Design data

核桃殼過濾器再生過程是采用攪拌使核桃殼在運動中相互磨擦，再通過內(nèi)部布水器進行反洗達到去油、排污、再生目的[2]。根據(jù)其反洗模式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況(圖2)不難發(fā)現(xiàn)，在反洗過程中，由于攪拌葉輪的轉(zhuǎn)動，中心筒內(nèi)部密封部分會隨著葉輪轉(zhuǎn)動而與軸承發(fā)生磨損，在長時間的運行后，勢必發(fā)生破損情況，出現(xiàn)裂縫，這是出現(xiàn)濾料漏失的主要原因。

圖1 故障照片F(xiàn)ig.1 Malfunction photo

圖2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig.2 Photograph of internal structure

2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對濾料漏失的原因，避免攪拌機構(gòu)與入口配水器的直接接觸是解決濾料丟失的有效方式。通過切斷入口配水器與攪拌機構(gòu)內(nèi)部連接，重新分配內(nèi)部篩管，可以從根本上解決濾料漏失問題。

2.1 篩管參數(shù)確定

原核桃殼過濾器內(nèi)部原設計為8 根篩管，長度為1 000 mm，其入口進水管線與篩管內(nèi)徑為150 mm，優(yōu)化前后篩管開孔率不變，材質(zhì)不變，內(nèi)徑尺寸不變。優(yōu)化后的篩管尺寸長度需滿足原設計要求，篩管的過水面積與進口截面積之比相同。

入口管線截面積A，其中r是篩管內(nèi)徑尺寸：

原篩管過水面積S：

式中：D是入口進入管線與篩管內(nèi)徑，L是原篩管長度，K是常數(shù)，n是原篩管根數(shù)。

過流比M：

將篩管數(shù)量調(diào)整為6 根，內(nèi)徑尺寸D不變，滿足過流比的前提下，計算篩管長度L，其中K是常數(shù)，n是篩管根數(shù)(6 根)，優(yōu)化后的篩管長度L：

篩管數(shù)量調(diào)整為6 根后，其長度應滿足1.27 m，所以新篩管選擇的尺寸參數(shù)為外徑 16 mm，長度1 200 mm，滿足設計要求。

2.2 篩管分布方式調(diào)整

根據(jù)內(nèi)部實際情況，結(jié)構(gòu)特點、反洗方式等，對核桃殼濾器布水結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改造[3]。內(nèi)部篩管由原來的星狀輻射分布優(yōu)化為水平平行分布[4]。篩管直接與布水器連接，切斷其與中心筒連接管線，同時為了保證內(nèi)部篩管的穩(wěn)定，內(nèi)部增加支撐點用于對篩管進行固定，防止由于平臺晃動、反洗擾動等原因，使篩管法蘭連接處發(fā)生松動脫落。內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后簡圖如圖3 所示。

圖3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化前(左)后(右)示意圖Fig.3 Schematic diagram of internal structure before(left) and after (right) optimization

優(yōu)化改造實物如圖4 所示。將原布水器連接中心筒管線切割，焊接新的布水結(jié)構(gòu)，并將中心筒處焊接封堵，使進入水不再經(jīng)過中心筒。同時將原內(nèi)部8 根篩管連接中心筒處進行切割，用鋼板焊接封堵，從而水從縫隙通過，解決漏料問題。

圖4 流程改造實物圖Fig.4 Physical diagram of process modification

3 現(xiàn)場應用及效果

2019 年11 月某油田完成核桃殼B 罐的內(nèi)部優(yōu)化，核桃殼過濾器出口含油下降至5 mg/L，懸浮物下降至2.5 mg/L，達到注水水質(zhì)要求，同時反洗流量明顯增加，由原來的30 m3/h 上升至90 m3/h，達到設計反洗水量要求。

對反洗出口進行取樣觀察，未發(fā)現(xiàn)核桃殼濾料，連續(xù)觀察一個星期，其正常過濾污水處理水質(zhì)達標，反洗時未出現(xiàn)濾料流失情況。

4 結(jié) 語

通過研究和分析，核桃殼過濾器存在的主要問題是內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，在運行過程中出現(xiàn)濾料漏失情況。為此提出核桃殼過濾器內(nèi)部優(yōu)化對策并進行了實施，有效解決了濾料漏失問題，污水系統(tǒng)處理水質(zhì)得到提升，解決了實際生產(chǎn)問題，同時為其他油田解決核桃殼濾料漏失問題提供了經(jīng)驗借鑒。