海上平台生产水处理工艺对比分析

徐鸿，王亚儒，周冠浩，路立杰(中海石油(中国)有限公司秦皇岛32-6/渤中作业公司，天津 300452)

0 引言

海洋是陆上油气资源的重要接替区，而渤海则是我国海上的主要产油区。某平台位于渤海中部海域，其石油地质储量大，油田发育主要以底水油藏为主。特殊的油藏类型导致平台生产水产量巨大，其高效处理是限制平台产能提升的关键性瓶颈之一。排海生产水从本世纪初的不足5 000万吨/年，增长到目前超2亿吨/年，且增长趋势明显，对海洋生态环境存在巨大威胁。为此，生产水的绿色高效除油处理对保障我国能源安全及生态安全具有重要意义。

实现海洋油气资源的绿色高效开发，是国家资源安全、生态安全的重要保障。平台为响应中国海油“七年行动计划”，对平台工艺流程进行扩容改造。平台原有生产水系统采用斜板除油器+加气浮选器的处理模式，受各种因素影响，扩容新系统采用聚结除油器的一级处理来代替原系统的两级处理模式。

1 老生产水处理工艺介绍

1.1 概述

老生产水系统采用斜板除油器和加气浮选器的两级处理模式，作为目前海上平台使用最广泛的污水处理装置，具有结构简单，性能可靠，操作方便，稳定性强的特点。当上游水质有所波动时，经过两级处理之后的水质仍可在正常范围内，抗冲击性能好。

1.2 工作原理

1.2.1 斜板除油器工作原理

斜板(管)除油是目前最常用的高效除油方法之一，它属于物理法除油范畴。其基本原理是“浅层沉淀”，又称“浅池理论”[1]。

含油污水混合液进入斜板除油器后，入口分配管将气体和液体均匀分开，进行预分离，分离出的气体通过除雾分离元件，经沉降分离和碰撞分离去除微小液滴后从气体出口排出。油水混合物沿入口分配器散开向下流，进入斜板除油器凝聚段，借助比重差和在PEX板上凝聚进行油-水分离，预分离后的油-水混合物进入分离室，此时比重较轻的油滴上浮，较重的水下降，便形成了明显的油水界面，比重较轻的油层从油箱板顶部自然流入集油室，最后从油出口排出，水则从水出口排出。

1.2.2 加气浮选器工作原理

气浮处理装置三大部分组成(如图1所示)：

图1 加气浮选器工作原理图

混合反应段(管式反应器)、溶气系统(溶气泵、溶气罐)、池体(集渣区、布水区、斜板分离区、集水区、集泥区)。

根据气浮工艺的特点，其设计了先进的管式混合反应器，使混合、反应均通过管道快速完成。同时部分溶气水直接加入到反应器中，微气泡参与反应凝聚从而产生“共聚作用”，使气浮体快速长大，将生产水中的浮油和悬浮物向上携带，同时增加气浮体的稳定性。气浮处理装置采用斜板斜管分离系统，在较短的停留时间内(5～10 min)，固液分离彻底，效果稳定，最后通过完善的排渣、排泥、排砂系统将罐内的沉渣排出。

2 新生产水处理工艺介绍

2.1 概述

为克服海上稠油油田深度挖潜产能过程中带来的含油生产水流量、油含量、气含量波动大，悬浮油、分散油、乳化油等多形态油滴同时存在，平台空间狭小、承重受限等一系列难题，实现生产水快速、高效除油处理，对波动工况下悬浮油的快速分离、高黏重质分散油的高效聚并及部分溶解性有机物协同分离、不另行添加化学药剂前提下乳化油的绿色物理破乳等三项研究工作内容进行技术集成，形成了海上重质油田生产水紧凑高效除油技术装备—聚结除油器，其作为一种紧凑高效的模块化逐级聚结分离成套技术及装备，是一种新型的污水处理装置，结构紧凑，处理过程技术优势明显，能够去除影响水质的重组分及悬浮物，为我国海洋油气资源开发利用提供了关键的技术支持。

纤维球滤料具有密度小、柔性好、可压缩和空隙率大的特点，过滤时受到压力，纤维球互相的交叉，形成上松下密的滤层分布状态。纤维球以他独有的特质：极大的比表面积和孔隙率吸附同时截留水中的悬浮颗粒，充分发挥出滤料深层截污能力；纤维球具有不易沾油的特点，因此反冲洗较为容易，进而用水率降低；还具有耐磨损、化学稳定性强的优点；当滤料受有机物污染严重时，还可以采用化学清洗方法再生，实用性强。

2.2 工作原理

加气浮选器工作原理图如图2所示，聚结除油器通过模块化分离，分步分级进行油水分离[2]。采用三体芯管，对来液进行整流，同时气体和分散油上浮完成初步分离；初步分离后的含油污水进入亲疏水性波纹板，液体流动中利用浅池原理将游离态、分散态液滴快速分离，即快速强化分离；为确保水质合格，液体经过改性纤维进行深度分离，即亲疏水纤维通过X、Ω等编织，实现乳化油(水)滴的快速、深度破乳分离。通过亲油亲水纤维精密编织诱导油滴快速分离，将油滴聚并时间由秒级缩短至毫秒级，并实现含悬条件下的物理法高效破乳去油。

图2 加气浮选器工作原理图

改性纤维球滤器将纤维改性成为亲水疏油的性质，经过改性的涤纶纤维球表面发生了彻底性的变化，并提供更大比表面积和更高的孔隙率，除油和除悬能力强。通过气动液压缸实现滤料压紧和放松，过滤状态时滤料压紧，更好的拦截污油和悬浮物。反冲洗状态时滤料放松，除油除悬更彻底。

3 新老处理工艺设备基础数据对比

如表1所示，通过对比，新系统聚结除油器相对老系统斜板除油器和加气浮选器有以下特点：(1)占地面积小：单台占地面积是后者的9%，大大节约平台有限的甲板面积；(2)设备重量小：单台设备重量是后者的15.7%，节约甲板承重；(3)操作复杂程度：需要定期进行设备切换和反洗，较耗费人工时。

表1 新老生产水处理工艺基础数据对比表

4 新老处理工艺处理效果对比

取额定处理量下的新老系统近期处理效果，进行对比分析，具体如图3所示。

图3 新老系统处理效果对比图

由上图可见，在新老系统都在额定处理量的情况下，新系统出口含油较老系统略高，仍有优化空间。

5 结语

与原广泛使用的斜板除油器和加气浮选器的两级处理模式相比，聚结除油器的单级处理模式具有占地面积小、设备重量少的特点，这在有限的海上平台空间来说是很大的优势。但是同时也存在出口含油略高、需要倒运反洗浪费人工时的不足。建议在内部分离模块上进行改进，能够在出口含油达标的前提下，尽量延长反洗间隔，节约现场操作工时，则具有很高的推广价值。