含油污水系統中核桃殼過濾器的優化與應用

孫 俊

（遼河油田錦州采油廠，遼寧盤錦 121209）

關鍵字 含油污水 核桃殼 篩管

1 前言

近幾年，錦州采油廠集輸系統中污水處理困難程度不斷增加，過濾罐后的水質及過水量未達到系統設計要求。經調查發現污水系統中過濾裝置內存在頂部篩管布水不均，強度不夠焊口開焊，過濾罐內濾料板結等現象。增大反洗水量、延長反洗時間后，效果依舊不理想，填換、清洗板結濾料等措施不但工藝繁瑣，還大大增加了生產成本，2016 年全年填換、清洗濾料費用就達到79 萬元。因此，我們通過抓住關鍵環節，從內部改造和外部改造兩方面著手進行控制從而徹底解決污水處理的生產問題并降低其處理成本。

通過對過濾罐內部結構和濾料清洗工藝的調查研究，優化頂部篩管布局，更換底部篩板和加堿反洗工藝，不僅改善了過濾效果，還解決了濾料板結的問題，縮短了反洗時間，降低了生產成本。將堿洗濾料工藝加入反洗流程中，簡化了工藝，縮短了97%的清洗時間，縮減了99%的單罐清洗濾料成本。經計算，核桃殼過濾器整體改造之后，全年可節約成本141.75 萬元，經濟效益非常顯著。

2 主要研究內容及技術創新點

2.1 污水過濾器內部結構

錦州采油廠集輸系統污水處理裝置過濾器由6 個一組并聯組成，主要濾料為核桃殼，日處理量約為2000m3/d，過濾罐壓差≤0.15MPa，出水指標：含油＜5mg/L，含懸浮物＜5mg/L。過濾器是一種過濾分離設備，主要原理是濾料過濾。內部核桃殼濾料的特點是比表面積大、吸附污油能力強，能夠有效去除含油污水水中的油和懸浮物。該設備正常運行時，水流自上而下，經布水器、濾料層、集水器完成過濾。反洗時，攪拌器翻轉濾料，水流自下而上，使濾料得到徹底清洗再生。

2.1.1 過濾器內部工藝缺陷

由于過濾器處理量不能滿足生產需要，表現為反洗的時間和效果均不理想，因此對過濾罐內部工藝結構進行了分析：

1.進口布水篩管面積大于匯管面積，導致過濾器偏流，影響過濾效果。原核桃殼過濾器進水水排以一根φ219，長3m 的母管為依托，從母管 上、左、右方向分別支出60根φ100，長0.3m 的篩管，篩管截面積過大。進水從母管到篩管流速迅速降低，使進水中的油、懸浮物、藥物垢以及細菌等物質容易附著在篩管表面上，無法沖刷掉，日積月累，篩管將嚴重堵塞。此時只能通過反洗時增大反洗水量和壓力、延長反洗時間來處理，單罐反洗時間延長至90-120min，反洗水量增加至180-250m3，過濾器反洗所用水會重新進入流程進行處理。這種方法增加了單方水處理成本，且處理效果未達到要求。

2.篩板總面積過大，易開焊漏料。核桃殼過濾器底部篩板由8 塊大小不同的篩板組成，通過焊接式固定在橫梁槽鋼上，形成一塊整體大篩板，總面積為7 m2。由于篩板總面積過大，正反洗進水對篩板瞬間沖擊力都極大，容易造成篩板間隙過大和嚴重變形，甚至出現裂紋和斷裂，使罐內濾料出現泄漏及越級現象，每月需開罐向內補充近1t 核桃殼濾料，不但繁瑣而且增加了生產成本。

3.篩管數量多，清洗堵塞篩管增加清洗難度和清洗成本，影響生產。進出口篩管成對布置，為保證過水面積，每根支管上均布置4 根篩管，共計內部篩管數量48 根，人工清洗時需進入過濾罐內部，逐個拆卸，拿出清洗后再進行安裝。操作難度大，時間長。

2.1.2 改進措施及效果

1.過濾罐內部工藝優化，提高過濾效果。過濾罐內部工藝優化方案：將原有進口匯管上的閑置篩管拆除，改為兩端各兩根與其平行縱向相對φ159 篩管，從進口匯管中點分別向左右兩側延伸φ159 長為0.85m 的分支管，使匯管形成十字形，兩端各增加一組頂部篩管和底部法蘭。優化后將原有的60 根篩管減少到10 根，每根篩管直徑由φ100增加到φ159，篩管的截面積等同于新加進口匯管截面積。這樣改造的結果一是保證進出過濾罐的流速，防止憋壓，避免水中的含油懸浮物附著在篩管表面上；二是篩管分布角度更加合理，過濾器運行時布水均勻無死角，過濾效果及處理量達到生產要求。

工藝調整后一個過濾罐反洗時間為45-60 分鐘，反洗水量100-150m3，污水系統中一天較原方案可減少反洗用水480-600m3。

表1 核桃殼過濾器改造前后生產數據對比

表2 不同加堿濃度及其過濾效果

2.底部篩管結構優化，提高強度，減少濾料漏失。將孔徑0.2mm 的篩板更換為篩管結構，主要結構為：一根φ219 母管，在母管周圍魚翅形分布22 根長短不同φ50 短管交錯打孔管，管外連接著φ80 篩管。打孔截面積與母管相同[1]。這樣反洗時水自下向上多角度噴射，減少反洗水對篩管單點的沖擊。這樣做的結果是使整套篩管在反洗時，不易變形和震動，反洗均勻無死角，能夠長時間運行穩定，濾料運行時不漏失，提高過濾罐的運行效率。

2.2 堿洗的反洗工藝研究

2.2.1 存在問題

由于錦州油田的開發不斷深入，污水中化學物質增加，處理難度不斷升高。具體表現為現有的過濾系統濾料板結嚴重，導致反洗頻次增加，處理污水效果差，耗電量和耗水量也持續增加。

2016 年對采油廠污水系統過濾罐內濾料進行清洗，共清洗兩次花費60 萬元，但是板結濾料依舊存在，生產問題仍無法得到解決。截至2016 年年底六個核桃殼過濾器內濾料全部更換，共花費13.86 萬元。

2.2.2 改進措施及效果

通過在污水處理系統的實驗發現，堿可以破壞過濾罐濾料上附著物的表面張力，降低其吸附性，能有效解決濾料板結問題。為此，在污水過濾系統前端新建一套過濾罐自動加堿清洗裝置，在反洗工藝流程中增加堿洗流程，可以提高過濾器整體的反洗效果，降低濾料的反洗時間。

通過實驗確定反洗最佳加堿濃度。在對比加堿濃度和進出口壓差，以及出口含油和懸浮物后，確定最佳濃度為0.40%-0.60%，濃度過低，無法去除過濾罐濾料表面附著物，濃度過高會腐蝕金屬結構配件，最終選擇加堿濃度0.40%，每次單罐加堿量為0.30t。

現場試驗表明：改工藝操作簡單，效果顯著，無需開罐操作，對原生產工藝無不良后果。在原有PLC 上經過編程即可自動完成過濾罐反洗，單罐清洗時間由48 小時減少為1.3 小時，有效節省清洗時間。經過堿洗后，現有核桃殼過濾罐單罐日處理量由2100m3增加到3300m3，單罐清洗成本從5 萬元降至0.05 萬元。堿洗以后，廢液進入后端軟化系統繼續利用，未對環境造成污染。

全年加堿反洗成本=（加堿量×堿單價+加堿量×加堿濃度×酸單價）×12

=（0.30×1421.56+0.30×0.004×630.79）×12

=0.51 萬元

節約成本=舊清洗濾料成本+更換濾料成本-加堿反洗成本

=60+13.86-0.51

=73.35 萬元

3 現場應用情況及經濟效益分析

核桃殼過濾器改造前由于出水指標達不到生產需求，通過增加前段加藥量等措施進行水處理，所以單方水處理價格上升為0.72 元，改造后單方處理價格降為0.50 元。

節約成本=改造前后單方水處理價格差值×全年處理水量

=（0.72-0.50）×6415941×10-4

=141.15 萬元

經濟效益=節約成本-投入資金

=141.15-70

=71.15 萬元

4 結論與建議

1.污水處理系統過濾罐工藝優化通過對其頂部篩管以及底部篩板的合理改造，使其內部達到布水均勻無死角的效果，保證了過濾水質，改善了反洗效果，降低了維修費用及清理費用，可以對該措施進行推廣利用。

2.過濾罐加堿反洗工藝屬能有效去除濾料附著物，降低濾料污染，減少濾料板結問題發生。同時也減少了過濾罐清洗時間，降低濾料清洗成本，具有很大的經濟效益，有很好的推廣意義。