核桃壳过滤器运行程序改进研究

白建国 赵凌云(中海石油（中国）有限公司渤中作业公司，天津 300452)

1 概述

核桃壳滤料由于自身具有硬度大、多孔性、多面性和良好的亲水疏油性能，使得它具有较强的除油、除固体颗粒、除悬浮物和易反洗等优良性能，在油田生产污水、工业废水处理和民用水处理中被广泛地应用[1][2]。目前各油田的采油污水多数采用的基本都是三级处理工艺，即除油-混凝沉降(或气浮)-过滤[3]，核桃壳过滤器作为污水处理的最后一级设备，在采油污水处理工艺中起着重要的作用，其处理效果的好坏直接关系到下游注水水质的达标。

在核桃壳过滤器的相关标准《GB 50428-2015 油田采出水处理设计规范》和《SY/T0523-2008 油田水处理过滤器》中规定了过滤速度(10～15m/h)、反洗周期(12～24h)、反洗强度(10～20L/m2·s)和反洗持续时间(15～20min)[4]，但这些参数可以选择的范围比较大,需要各个厂家根据设备情况和油田实际的水质情况来最终确定。通过对某油田的核桃壳过滤器进行分析发现，其反洗运行程序存在着不足，导致在反洗初期水质较差，严重影响下游的水质，需要对其运行程序进行改进以提高其处理效果。在进行运行程序优化之后，核桃壳过滤器的运行效果得到了明显的改善，保证了处理水质的良好，为同类设备的程序优化提供了参考和借鉴。

2 设备运行情况

某油田的的核桃壳过滤器采用的是GLWA205/0.75核桃壳过滤器，六套设备共用一套公共控制系统，并配有一套反洗装置用于核桃壳滤料的清洗。

核桃壳过滤器主要的控制逻辑如下：上游来水从进水口经配水管进入核桃壳滤层，并从出水口排出，当来水中的悬浮固体颗粒和杂质被滤料截留到一定程度后，过滤压差就会增大，当过滤压差达到150kPa 或过滤时间达到24h 时就会进入自动反洗过程，其反洗时间为15 分钟，若在过滤时间达不到24h 而过滤压差提前达到150kPa 时亦停止过滤并进入反洗流程。反洗时先搅拌5 分钟，然后启动反洗泵反洗15 分钟，反洗泵停止后静置2 分钟后投入过滤，在过滤状态每间隔4 小时开启排污阀门一次，每次开启5分钟。

3 存在问题及原因分析

在实际的生产过程中，通过对核桃壳过滤器的处理水质监测发现，其出口的水质不能一直维持在良好的状态，经常出现某一时刻水质突然变差的情况，在处理水质较差的时期通过对现场流程分析发现，处理水质变差的时候主要集中在反洗后投入过滤的初期，甚至在反洗结束投入过滤时水中含油在60ppm（正常过滤时水中含油在30ppm 以下），远达不到水质要求，而且需要一定的时间才能见到明显的改善效果（2 小时之后降低至25ppm）。

核桃壳过滤器反洗的目的是清洗滤料截留的杂质和污油，通过反洗使得核桃壳滤料恢复原有的功能，而在实际中反洗的水质不仅没有得到改善甚至比反洗前的水质还差，而且是需要较长的时间才能使水质得到改善。基于以上的情况主要的原因分析如下：

（1）反洗之后静置时间短。核桃壳滤料还处于比较松散的状态，没有压实，彼此间的缝隙还很大，难以对污油、杂质等形成高效的截留作用[5]，导致过滤效果不佳，而且静置时间短，油水没有足够的时间进行充分的分离，再次投入过滤后由于污油较多，核桃壳滤料的难以一次性彻底吸附，未被吸附的污油随着水一起排出核桃壳过滤器，影响了处理的水质[6]。

（2）污油未能彻底排出。进行反洗作业后，滤料上被截留的污油被冲洗下来，而由于反洗出口的管线位于罐体的中上部，导致在反洗出口管线之上存在一定的死角，在重新投入过滤后，部分未能从反洗出口排放的污油与来水混合后增加了水中含油量，导致来水水质变差，而这部分高浓度的污油不能被滤料彻底吸附，从而也影响过滤器的水质。

4 改进措施

通过对某油田的核桃壳过滤器运行程序进行研究发现，其运行程序存在一定的优化空间，现场通过摸索尝试，对运行程序进行改进如下：

（1）增加静置时间。核桃壳滤料在较短的时间内还处于松散的状态，而且油水未得有有效分离，通过增加静置时间来保证滤料能够压实，同时也促进油水的分离，避免一旦投入过滤后，未从水中分离的污油影响过滤水质。

（2）增加排污程序。在反洗之后在罐顶存在一定的污油没有得到及时的排出，通过增加排污程序，将污油及时排出罐外，减少对罐内过滤水质的影响。

5 现场应用及效果

针对以上问题将原来的静置时间分别延长至15 分钟、30分钟和1小时，观察延长静置时间后核桃壳过滤器的过滤效果，在反洗之后延长静置时间使反洗后的水质能够得到提升，但随着静置时间的延长反洗后的水质并不是加速变好的趋势，静置30 分钟和静置1 小时后投入过滤，水质基本一致，为了保证核桃壳过滤器的处理能力，在此选择延长静置时间至30分钟。采取延长静置时间后，出水水质从投入过滤初期的60ppm下降至

40ppm。

在延长静置时间的基础上，考虑增加排污程序，提高水处理效果。在原有逻辑控制中核桃壳过滤器在过滤状态下每4小时排污一次，而一旦反洗与排污相冲突而优先进入反洗程序，排污则在过滤状态4小时后再进行，此时过滤和反洗之后产生的污油则不能及时排出。通过在反洗之后静置30分钟再增加一次排污程序，观察增加排污作业后核桃壳过滤器的出口水质，从重新投入过滤初期的40ppm 下降至25ppm，到达了处理水质的要求。

6 结语

通过研究和分析，某油田的核桃壳过滤器存在的主要问题是1、静置时间短，导致滤料没有被压实和油水不能有效分离，再次投入过滤后导致出口水质变差；2、反洗后没有及时排污，导致污油存在于罐内，不仅影响出口水质还造成核桃壳滤料污染。为此对其反洗过滤程序进行了优化，通过延长静置时间至30 分钟和在反洗结束之后增加排污程序有效地解决了核桃壳过滤器反洗后初期水质不达标的问题，保障了含油污水处理系统的水质，避免了对下游流程的影响。