核桃壳过滤强腐蚀含油污水工艺优化

王吉福　鞠成才　阎逸超　李　雷　王　平　曹立军

中国石油塔里木油田分公司

核桃壳过滤强腐蚀含油污水工艺优化

王吉福鞠成才阎逸超李雷王平曹立军

中国石油塔里木油田分公司

某核桃壳污水处理系统投运初期处理水质达到设计要求，水中悬浮物含量≤10 mg/L，含油量≤5 mg/L，但运行约半年之后，水质开始连续超标。通过对过滤器进行防腐处理、过滤器进水流程优化改造、在过滤器反冲洗流程增加反冲洗剂加注装置、增加反冲洗频次等工艺优化，最终使得污水处理水质合格，悬浮物含量和含油量都在5 mg/L以下。系统工艺改造运行1年多，过滤器内部附件未发生腐蚀脱落，核桃壳滤料未发生严重板结。

污水处理；核桃壳过滤器；腐蚀；工艺优化；水质

某油田16#碎屑岩开发区块目前日产原油129 t、日产水2 556 t，井口产液量全部进入16#转油站。产出液在转油站经分离器进行初步油水分离，然后再进入1 000 m3沉降罐进一步沉降分离。沉降分离完成后，原油及部分采出水通过离心泵管输至1#联合站进行再处理，沉降罐底部污水则排入站外万方晒水池，日排污水量约1 200 m3。外排晒水池的污水经过核桃壳过滤器过滤处理后再回注到地层中避免污染环境。

1　污水处理工艺现状及问题

16#转油站核桃壳过滤污水处理系统于2012年10月建成投产，设计污水处理能力2 000 m3/d，污水处理后水中悬浮物含量≤10 mg/L、含油量≤5 mg/L，达到碎屑岩油藏注水指标中四级注水水质要求［1］。

污水处理工艺流程示意图如图1所示，其中晒水池设计有效容量20 000 m3，污水提升泵额定排量100 m3/h，反冲洗泵额定排量100 m3/h，喂水泵额定排量85 m3/h。核桃壳过滤器主要技术参数：型号为HLJ3000ⅡZ，进水水质中稀油含油量和悬浮物含量要求都≤20 mg/L，过滤器进口筛管10根，滤速20 m/h，污水处理量100 m3/h，反冲洗强度0.25 m3/（min·m2），反冲洗时间10～20 min，反冲洗周期8～12 h。

图1　16#转油站污水处理工艺

该系统投运初期，污水经核桃壳过滤器过滤后出水水质偶尔会有几次化验超标，大部分时间都能达到设计指标，如图2所示。运行约6个月后，核桃壳过滤器出口水质开始长期不达标，如图3所示。

图2　投运初期过滤器出水水质

图3　运行半年后过滤器出水水质

2　原因分析

根据现场污水处理工艺流程，从核桃壳过滤器及滤料，核桃壳过滤器进水，以及核桃壳过滤器反冲洗三个方面进行水质超标分析。

2.1核桃壳过滤器及滤料

2013年6月，对2台核桃壳过滤器进行开罐检查发现，其中1台核桃壳过滤器中的核桃壳滤料已经严重板结成大块滤料；另外1台核桃壳过滤器中进口有1根筛管发生腐蚀脱落，罐中的滤料完全消失，成为空罐。这表明16#转油站污水具有强腐蚀性，核桃壳滤料再生效果差。

表1　16#转油站核桃壳过滤器进口污水离子分析

2013年7月1日，取核桃壳过滤器进口进行离子分析，分析结果如表1所示，污水氯离子浓度恰好处在高腐蚀速率区间［2］。污水的高腐蚀性导致核桃壳过滤器内进口筛管脱落，当核桃壳过滤器进行反冲洗时，滤料随着反冲洗水一起流出过滤罐，引起过滤失效，导致核桃壳过滤器出水水质不达标。

核桃壳滤料亲水性好，截污能力和除油率较高，不易在酸碱溶液中溶解，耐腐蚀，具有良好的化学稳定性。一方面它可以直接截留污水中的悬浮颗粒；另一方面，依靠特有的表面性能粘附污水中的污油和胶质［3］。当核桃壳滤料表面粘附过多的污油、胶质后，滤料容易板结成块状，导致滤料过滤性能降低。

2.2核桃壳过滤器进水

根据现场流程发现，核桃壳过滤器进水过程是通过提升泵直接在晒水池中取水，取水点距离沉降罐排水口和过滤器反冲洗出口距离仅1 m左右。分析认为，沉降罐排出的含油污水和过滤器反冲洗污水在晒水池未沉降分离即被提升泵抽走，导致过滤器进口水质较差，超过了该过滤器对进水水质含油量和悬浮物含量要求都≤20 mg/L的要求。

2.3核桃壳过滤器反冲洗

核桃壳过滤器反冲洗是通过罐顶搅拌器搅拌和反冲洗泵，利用滤后水冲洗完成反冲洗过程，反冲洗频次是每日2次，每次反冲洗10 min。开罐检查发现，核桃壳过滤器运行半年后滤料就板结成块，核桃壳再生效果差，过滤污水能力下降。说明仅依靠物理清洗，核桃壳滤料清洗再生非常困难。

综上分析可知，16#转油站污水处理工艺处理水质连续不达标主要原因是：

（1）污水腐蚀性强。污水的强腐蚀性导致核桃壳过滤器内部附件使用仅半年时间就腐蚀失效。

（2）核桃壳滤料板结严重。仅依靠反冲洗泵用滤后水对核桃壳进行清洗再生作用效果差，滤料表面粘附的污油、胶质等冲洗不干净，导致滤料使用时间不长就发生严重板结。

（3）核桃壳过滤器进水水质较差。核桃壳过滤器进水悬浮物含量和含油量都大于20 mg/L，超过了核桃壳过滤器对进水水质要求。

3　工艺优化及应用效果

根据处理水质不达标原因，逐一找到解决办法进行工艺优化，优化后污水处理工艺流程示意图如图4所示。

（1）针对16#转油站污水强腐蚀性，更换核桃壳过滤器滤罐内部附件，附件金属部分全都采用316 L材质，过滤罐内壁及附件都重新刷内涂层进行防腐处理。

图4　工艺优化后污水处理流程

（2）对于核桃壳滤料板结严重问题，一方面通过在反冲洗泵进口加注反冲洗剂，采用物理清洗与化学清洗相结合方法进行滤料再生；另一方面，增加反冲洗频次，由原来的每日反冲洗2次增加至每日反冲洗3次。

（3）反冲洗剂加药泵与反冲洗泵之间设计连锁，当反冲洗泵启停时，反冲洗剂加药泵连锁启停，降低手动启停泵的劳动强度，节省劳动时间。

（4）充分利用晒水池旁边的隔油池，将沉降罐排水及核桃壳过滤器反冲洗出水先全部排入隔油池，在重力分离作用下对污水进行油水分离和悬浮颗粒沉降，然后再进入晒水池。进入晒水池的排水点与核桃壳过滤器提升泵的取水点距离约50 m，这样晒水池也可以起到沉降分离效果。

经上述工艺流程改造后，16#转油站核桃壳过滤器进水水质及过滤后水质大部分时间均达到设计指标，滤后水悬浮物含量和含油量都≤5 mg/L，如图5、6所示。截至2014年12月，过滤器内部附件未发生腐蚀脱落，核桃壳滤料未发生严重板结。

图5　核桃壳过滤器进出口悬浮物含量曲线

图6　核桃壳过滤器进出口含油量曲线

4　结论

（1）16#开发区块采出水矿化度约6×104mg/L，处于高腐蚀速率区间，在污水处理工艺设计中对设备进行防腐处理可延长设备检维修周期。

（2）核桃壳滤料仅用物理清洗方法进行滤料再生比较困难，物理清洗与化学清洗相结合方式，可使滤料得到较大程度的清洗。

（3）反冲洗剂加药泵与反冲洗泵之间设计启停泵连锁，可有效降低加注反冲洗剂的劳动强度和节约劳动时间。

（4）应用隔油池可有效降低污水处理系统的负荷，缓解核桃壳滤料板结状况，延长滤料使用时间。

［1］碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法：SY/T5329—2012［S］.北京：石油工业出版社，2012.

［2］曹怀山，谭云贤，罗杨，等.注水井腐蚀原因分析及防护对策［J］.石油与天然气化工，2010，39（2）：151-154.

［3］黄廷林，宋维营，赵建伟.采油废水处理中核桃壳滤料再生技术研究［J］.西安建筑科技大学学报：自然科学版，2003，5（3）：238-242.

（栏目主持张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.020

2015-03-09