阻截除油技术在渤西油气处理厂的应用

谭家翔，徐鹏，王胜，张喦，杨贵强，石小军，戴立勇

（1.中海石油环保服务（天津）有限公司，天津 300452；2.南京碧盾环保装备有限责任公司，南京 210032）

TAN Jia-xiang1, XU Peng2, WANG Sheng1, ZHANG Yan1, YANG Gui-qiang1, SHI Xiao-jun2, DAI Li-yong2

(1.China Offshore Petroleum Environmental Protection Service (Tianjin) Co., Ltd, Tianjin 300452; 2.Nanjing Bidun Environm ental Protection Equipm ent Co., Ltd, Nanjing 210032, China)

阻截除油技术在渤西油气处理厂的应用

谭家翔1，徐鹏2，王胜1，张喦1，杨贵强1，石小军2，戴立勇2

（1.中海石油环保服务（天津）有限公司，天津 300452；2.南京碧盾环保装备有限责任公司，南京 210032）

“阻截除油”是一种基于新理念、新材料而开发出的新型油水分离工艺。本文介绍了该新工艺的工作原理，通过对渤西油气处理厂现场采油生产含油污水（生产水）进行实际运行试验，检验了以“阻截油水分离”新技术为核心的新型含油污水处理装置在采油生产含油污水处理方面的性能，并获取了对新工艺进行适用性优化改进的经验，利于进一步对该工艺的推广应用。

阻截除油;回注水处理;溢油;采油平台;含油污水处理

1 阻截除油技术

“阻截除油”是一种基于新理念、新材料而开发出的新型油水分离新工艺，该工艺与传统的吸附除油机理有着本质上的区别。实现阻截除油的物质基础是一种特殊功能纤维—HK纤维，该种复合结构纤维的表层结构中有序均布着丰富的强极性官能基团。当HK纤维遇水时，极性的水分子即与纤维表面功能结构中的极性官能基团发生极性键缔合，从而在纤维表面形成较稳定的固定化缔合水膜。将HK纤维以足够的密度织成膜布—HK阻截膜，当该HK阻截膜浸没于水中时，水分子即渗入该膜结构的空隙中并与纤维表层的功能基团发生缔合，这个过程叫做HK膜的水合活化。由于HK纤维上的官能基团与水分子之间的极性键键能要高于水分子之间的氢键，完成水合活化的HK阻截膜结构空隙中的水分子就相对固定化，当含油的水要透过这层HK阻截膜时，来水一侧的水分子必须与膜结构中的缔合水分子发生置换透过，而油等憎水性分散质及悬浮杂质则不能与膜内缔合水发生置换而被阻截在膜外，从而成功地实现了油水分离及水体净化，这种效应被定义为动态选择阻截膜效应，从现象上看就是水过油不过。由于构成HK阻截膜的HK纤维被缔合在其上的水所严密覆裹，在工作过程中被阻截的油粒不能吸附到HK膜上造成污染，同时水中的悬浮杂质也只能游移在膜外表面，被阻截膜外表面的水流冲刷带出罐体。旁流出罐的较浓缩的水经过同原理的后两级错流阻截罐的分离，渗透出的洁净水汇集出流，第三级错流阻截罐的旁流浓缩液回流到物理激发罐继续处理，从而实现了含油污水油水分离与净化的目标。而正是由于阻截除油膜材料所固有的阻截、排斥油等憎水性杂质通过的特性，即便是在来水含油量发生较大波动时仍能保持较好的油水分离效果。

注：国家科技支撑计划《智能化水面溢油处置平台及成套装备研制》项目（编号2012BAC14B00）。

2 阻截除油技术的应用

2.1 应用实践的目的

通过阻截除油技术在渤西油气处理厂现场对海上石油生产含油污水进行实际运行试验，检验以“阻截油水分离”新技术为核心的新型含油污水处理装置在海上石油生产含油污水处理方向的适用性、先进性、可靠性，并在实验运行中进一步获取对新工艺进行适用性优化改进的经验，为新型油污水处理工艺的工业推广应用打下坚实的基础。

2.2 渤西油气处理厂概况

渤西油气处理厂是渤西油田群联合开发的下游工程，距海上渤西油田群约46.5km。油、气分输上岸，管道海上长39.5km，陆上管长7km。一期工程于1997年11月建成投产，二期工程在原一期工程的基础上进行了扩建，于1999年10月建成。渤西油气处理为油、气、水处理工艺兼有的陆上终端，对来自渤西海上油田的含水原油、天然气及生产污水进行处理。一级、二级三相分离器分离出来的污水进入污水处理单元，目前的年污水处理量在46.34万吨。

3 试验工艺流程

如图1所示，三相分离器排出的采油含油废水经过一级沉降罐后，经流程增压泵加压到0.2MPa后，接入本套含油污水处理装置。来水首先进入水力多相分离器脱除来水中所含的泥沙颗粒物，并在器内流程进行悬浮油水力分离，然后水流进入激发分离罐，在经过该罐内的物理激发器时，在激发器内特制的激发通路结构中收到特殊水力作用，使油田含油污水中残余的少量挥发性天然气被激发而同时释放出来，水中产生的大量微小天然气泡即吸附携带着水中的油粒及悬浮杂质浮到水面，从而分离去除采油废水中的油、悬浮物；经过物理激发三相分离后的水经过中间水泵增压后，进入物理截油器，含油污水先经过罐内的紊流扩散器初步分离水中的悬浮油，然后再经过多孔陶瓷凝聚截滤层凝聚粗粒化油污水中的微小油粒并滤除水中的悬浮杂质，聚结后出水自压进入阻截除油器；阻截除油器内装配了具有高性能选择性阻截除油效能的HKB-2型阻截膜单元，可以较彻底地阻截分离来水中的油分，被阻截的油微粒在膜单元外表面逐渐富集、凝聚然后按设定的水力通道上浮集聚与罐顶适时排出，水则置换渗透通过HK阻截膜。从HK阻截膜单元出来的洁净水在进入系统终端的定量保安精滤器保护性地滤除水中残留的微量悬浮杂质，出水水质指标为含油量≤5mg/L、悬浮物≤2mg/L、悬浮颗粒物粒径中值≤1.5μm。

图1 试验工艺流程

该方案流程中主要的处理工艺为：水力多相分离，物理激发三相分离除油、除污，阻截除油净化等，其中阻截除油净化工艺段为整个系统的核心工艺。

4 试验装置的设计

该套装置为试验性的设备系统，系统设备的运行控制由撬装结构上的一台控制柜集中控制。控制柜采用三菱PLC系统实现自动控制，操作界面为1面10′彩色触摸显示屏，装置内压力、流量、温度等监控远传仪表及油分仪的信号均传至控制盘显示器上显示。

系统中的各单体设备的运、停及冲洗等基本都实现自控，自动阀门采用气动执行机构（由配套的电磁阀一一对应控制），PLC控制器按设定的程序指令气动阀门执行自动操作。配套的两台增压水泵在控制盘上执行操作，其中采用电机变频控制转速的中间水泵与 “物理激发罐”的液位微压变送器联动，以保持“物理激发罐”内液位的基本平衡。试验设备外观见图2，膜组件见图3。

图2 试验设备外观

图3 膜组件

4.1 设备规格

试验装置设计处理能力为20m3/h；撬装外形尺寸6000×2400×2900mm；洁净水箱容量5m3，规格为Ф2200×2400mm；电气设备防护等级IP55；电气设备防爆等级d IICT4；控制柜、仪表箱为正压防爆型；试验设备布置占地约30m2，需要大约长10m、宽3m的平整场地，水泥或碎石地面均可。

4.2 水质处理参数

（1）来水水质设计条件：含油量≤1000mg/L；悬浮物≤500mg/L；压力0.2～0.5MPa；矿化度10,000～20,000mg/L；进水温度30℃～60℃。

（2）系统设计出水水质指标：含油量≤5mg/L；悬浮物≤2mg/L；粒径中值≤1.5μm。

4.3 水、电、气接口要求

（1）试验水源：自含油污水一次沉降罐到二次沉降罐的连通管上接出，接口为DN65；从该接口接出的管道经过一台流程增压泵后接入试验装置的入口。

（2）试验电源：试验装置配有3kW、4kW水泵各一台，需要就近电源提供380VAC，容量8kW，用电缆接入试验装置撬装上的控制柜进线端子；仪表控制设备需要提供220VAC不小于500W，用电缆接入试验装置撬装上的PLC控制柜。控制柜为增压防爆型，需要从压缩空气管路上接出一路DN15气源管给正压控制柜送风。

（3）压缩空气：试验装置运行中需要两路压缩空气。一路是提供设备上的气动阀门动力的仪用压缩空气，压力0.4M～0.7MPa、瞬时最大用气量8NL/min，现场附近应能提供DN15、压力大于0.4MPa的仪表气接口；试验装置设备的部分处理罐在运行期间需要用普通压缩空气进行辅助反冲洗，瞬时最大用气量为70NL/min，现场附近应能提供不小于DN25、压力大于0.3MPa的压缩空气接口。

4.4 处理出水与废水排放

（1）处理后的出水用DN65橡胶软管通入一个5m3的洁净水箱，然后从洁净水箱DN80溢水口通入含油污水处理系统的气浮系统出水水池。

（2）洁净水箱内放置的一台潜水泵，设备反冲洗时利用潜水泵泵水入设备的反洗水入口，反冲洗废水排入气浮污水池。反冲洗废水主要含油及悬浮杂质。

（3）物理激发罐分离出来的浮油、浮渣通过排污管道自流排入气浮油污水池或隔油池。

5 试验数据

采用石油类，红外分光光度法GB/T16488-1996标准，试验装置的处理数据见下表。

上表中的含油指标有些偏差，原因是油田含油污水中残余的少量乏挥发性天然气被激发后，对后续工艺的影响造成的，当采用SY/T5329-94碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法时，送检的四个样品含油量为：0.6、0.3、2.1及0.8mg/L，完全在系统设计出水的水质指标范围内。

试验装置处理后的水样与原系统处理水样的对比见图4。

6 结语

试验表明，以“阻截油水分离”新技术为核心的新型含油污水处理装置在海上石油生产含油污水处理方面具有占地少，处理精度高，节能和节省药剂的多重优点，并且处理手段是物理性的，可根据平台使用面积设计成多种处理量级的设备，完全可在海上生产装置上推广使用，在达标排放或达标回注的前提下，简化流程、降低生产成本。

Application of Oil Obstruction and Removal Technology in Boxi Oil and Gas Treatment Plant

The “Oil obstruction and removal” is a new separation technology of oil and water based on the new ideas and new m aterials. The paper presents the working principle of the new technology. Based on the actual operation experiments of the oil-bearing sewage (production water) of oil extraction in Boxi Oil and Gas Treatment Plant, the paper verifies the capabilities of the oil-bearing sewage water treatment produced in oil extraction and obtains the experiences which are optim ized and im proved by the new technology and which are beneficial to popularization and app lication of the new technology.

oil obstruction and removal; treatment of return water flooding; spilling oil; oil extraction p latform; oil-bearing sewage water treatment

TAN Jia-xiang1, XU Peng2, WANG Sheng1, ZHANG Yan1, YANG Gui-qiang1, SHI Xiao-jun2, DAI Li-yong2

(1.China Offshore Petroleum Environmental Protection Service (Tianjin) Co., Ltd, Tianjin 300452; 2.Nanjing Bidun Environm ental Protection Equipm ent Co., Ltd, Nanjing 210032, China)

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1006-5377（2014）03-0016-04