南海某油田污水處理工藝技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐
行業(yè)動(dòng)態(tài)
海上油田污水來源于在油氣生產(chǎn)過程中所產(chǎn)出的地層伴生水。為獲得合格的油、氣產(chǎn)品，需將伴生水與油氣進(jìn)行分離，分離后的伴生水中，含有一定量的原油及其他雜質(zhì)，這些含有一定量原油和其他雜質(zhì)的伴生水稱之為含油污水。
一般情況下，海上生產(chǎn)污水經(jīng)污水處理設(shè)備處理后，達(dá)到相應(yīng)海域國家規(guī)定污水含油濃度排放標(biāo)準(zhǔn)后，直接排海。隨著社會(huì)環(huán)保意識(shí)和國家海洋環(huán)境保護(hù)力度的加強(qiáng)，特別是新的海洋石油含油污水排放標(biāo)準(zhǔn)《GB4914-2008海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》的頒布，排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提高，對(duì)污水處理工藝和設(shè)備提出了更高的要求。目前各海洋油田相繼采用新工藝、新技術(shù)提高污水處理能力，不斷降低排放污水含油濃度，在可能情況下采用污水回注地層實(shí)現(xiàn)零排放，最大限度減少對(duì)海洋環(huán)境的影響。
1 含油污水水質(zhì)
分散油：油珠在污水中的直徑較大，為10～100μm，易于從污水中分離出來，浮于水面而被除去。這種狀態(tài)的油占污水含油量的60%～80%。
乳化油：其在污水中分散的粒徑很小，直徑為0.1～10μm，與水形成乳狀液，屬于0/W“水包油”型乳狀液。這部分油不易除去，必須反相破乳之后才能將其除去，其含量占污水含油量的10%～15%。
溶解油：油珠直徑小于0.1μm。由于油在水中的溶解度很小，為5～15mg/L，這部分油是不能除去的，其占污水含油量的0.2%～0.5%。
污水中含有的陽離子常見的有Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+等，陰離子C032-、C1-、SO42-等，這些離子在水中的溶解度是有限的，一旦污水所處的物理?xiàng)l件（溫度、壓力等）發(fā)生變化或水的化學(xué)成分發(fā)生變化，均可能引起結(jié)垢。
污水中還可能含有溶解的CO2、O2、H2S等有害氣體，其中氧是很強(qiáng)的氧化劑，它易使二價(jià)鐵離子氧化成三價(jià)鐵離子，從而形成沉淀。CO2能與鐵反應(yīng)生成碳酸鐵沉淀，與鐵反應(yīng)則生成腐蝕產(chǎn)物-黑色的硫化亞鐵。
污水中常見的細(xì)菌有硫酸鹽還原菌、腐生菌和鐵細(xì)菌。這些細(xì)菌均能引起對(duì)污水處理、回注設(shè)備及管匯的腐蝕和堵塞。
生物毒性：根據(jù)《GB18420.1-2009海洋石油勘探開發(fā)污染物生物毒性》，本節(jié)所述典型油田屬于國家二級(jí)海域，生產(chǎn)水生物毒性允許值為50000mg/L，根據(jù)檢測(cè)頻率要求，每月至少檢測(cè)一次生物毒性。
2 污水處理方法
含油污水處理方法有物理方法和化學(xué)方法，但在生產(chǎn)實(shí)踐過程中兩種方法往往結(jié)合應(yīng)用。
2.1 沉降法
靠原油顆粒和懸浮雜質(zhì)與污水的比重差實(shí)現(xiàn)油水的自然分離，主要用于除去浮油及部分顆粒直徑較大的分散油及雜質(zhì)。
2.2 混凝法
所謂混凝法就是向污水中加入化學(xué)混凝劑（反向破乳劑）使乳化液破乳，使油顆粒發(fā)生凝聚，油珠變大，上浮速度加快。電泳試驗(yàn)證明，污水中的油珠帶負(fù)電荷，因此只要加入水解后能形成帶正電的膠體物質(zhì)，使其和油珠所帶的負(fù)電荷中和，就能達(dá)到凝聚作用?；炷齽┑募铀幜颗c污水水質(zhì)有關(guān)，尤其與污水含油量或懸浮物含量有關(guān)，室內(nèi)應(yīng)評(píng)選出合適的混凝劑并確定最佳的加藥量，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行上下調(diào)整以確定現(xiàn)場(chǎng)的最佳使用濃度。
2.3 氣浮法
氣浮法就是向污水中通入或在污水中產(chǎn)生微細(xì)氣泡，使污水中的乳化油或細(xì)小的固體顆粒附在空氣泡上，隨氣泡一起上浮到水面，然后采用機(jī)械的方法撇除，達(dá)到油水分離的目的。氣浮法分為溶解氣氣浮、電解凝聚氣浮、機(jī)械碎細(xì)氣浮，其中機(jī)械碎細(xì)氣浮又分為葉輪式氣浮法和噴嘴式氣浮法。
氣浮法的除油效率隨著氣泡與油珠和固體顆粒的接觸效率和附著效率的提高而提高。氣液接觸時(shí)間延長(zhǎng)可提高接觸效率和附著效率，從而提高除油效率。增大油珠直徑，減小氣泡直徑和提高氣泡濃度既可提高接觸效率，也可提高附著效率，是提高除油效率的重要措施。其它一些因素如溫度、礦化度、處理水含油量和水中所含原油類型也都直接或間接地影響除油效率。因此處理不同的油田污水，即使同樣的設(shè)計(jì)，處理后的含油量也不相同；同一個(gè)水源，采用不同的氣浮法處理，處理后的水質(zhì)也不一樣；即使同一個(gè)水源，采用同樣的氣浮法處理，但隨著處理水物性的變化，處理后的水質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化。因此，必須搞清這些因素對(duì)除油效率的影響及其之間的相互作用，從而采用針對(duì)性措施，提高氣浮法凈化油田污水的效率。
2.4 過濾法
過濾就是通過濾料床的物理和化學(xué)作用來除去污水中的微小懸浮物和油珠及被殺菌劑殺死的細(xì)菌及藻類等。過濾法是一種用于含油污水深度處理的方法。污水經(jīng)過自然沉降除油，氣浮分離，混凝沉降后，再經(jīng)過濾進(jìn)一步處理，就可達(dá)到污水排放或回注油層的標(biāo)準(zhǔn)。過濾一方面是通過濾料的機(jī)械篩濾作用，把懸浮固體、油珠及細(xì)菌及藻類等截留到濾料表面，或轉(zhuǎn)到先前被截留在濾料內(nèi)的絮凝體表面；另一方面，通過濾料的電化學(xué)特性把懸浮固體顆粒、油珠及細(xì)菌藻類等吸附在濾料的表面上。影響吸附的因素有濾料顆粒、絮凝體和油珠的大小以及它們的粘著特性和剪切強(qiáng)度等物理因素，還與懸浮固體顆粒、油珠等的電化學(xué)特性有關(guān)。
2.5 水力旋流法
利用水力旋流器進(jìn)行污水處理，是讓含油污水在一個(gè)圓錐筒內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，由于油水密度不同，密度大的水受離心力的作用甩向圓錐筒筒壁，而密度稍小的油滴則被擠向筒的中心，因此油和水可以從不同的出口分別流出，達(dá)到使含油污水脫油的目的。
3 南海典型FPSO污水處理工藝
3.1 常用污水處理工藝技術(shù)
3.1.1 工藝流程
來自一、二級(jí)分離器的生產(chǎn)污水進(jìn)入生產(chǎn)水艙進(jìn)行沉淀，來自惰氣系統(tǒng)的惰氣作為三個(gè)艙的密封氣，過量的氣體則經(jīng)冷放空裝置安全排放。分離出的油可通過溢流管線進(jìn)入污油水艙，水則通過生產(chǎn)水泵輸送到生產(chǎn)工藝模塊的水力旋流器進(jìn)行油水分離，使水中含油濃度不大于30mg/1，經(jīng)水力旋流器處理后的污水再經(jīng)過撇油罐脫氣處理后，排入海中。
3.1.2 水力旋流器的工作原理
水力旋流器是由一組旋流管組成。旋流管是個(gè)特殊加工的錐形管。液體通過切線型入口進(jìn)入旋流管，使進(jìn)入的流速在入口轉(zhuǎn)化成切線速度，從而在流體中產(chǎn)生一個(gè)離心力。當(dāng)進(jìn)液沿錐型體向下游流動(dòng)時(shí)，切線速度增加，從而離心力也增加，比較重的水相受到比較高的離心力，靠向旋流管的外壁，而比較輕的顆粒，通過維持在底流上足夠的回壓，管體中心的油相與主流體相反的軸向流向溢流出口。
為了保證油相從溢流管線流出，在水出口的回壓（底流壓力）應(yīng)大約是進(jìn)口壓力的一半。另外進(jìn)口壓力同溢流壓力差與進(jìn)口壓力同底流壓力差的比值對(duì)應(yīng)于壓力差比率，回流率為溢流量占污水進(jìn)入量的百分比。
TL1.05型旋流管的壓力差比調(diào)節(jié)在1.7至2.0之間，則處理水的效果比較好。
3.1.3 配套的化學(xué)藥劑注入系統(tǒng)
針對(duì)污水處理系統(tǒng)所配置的化學(xué)藥劑注入系統(tǒng)由化學(xué)藥劑罐、計(jì)量泵和管匯組成?；瘜W(xué)藥劑罐的容量，一般按其注入量大小選擇，罐上設(shè)有攪拌器，是為了使配置的化學(xué)藥劑達(dá)到均勻混合；罐上設(shè)有相應(yīng)的液位顯示，人孔等?；瘜W(xué)藥劑注入泵選用機(jī)械隔膜計(jì)量泵，能夠準(zhǔn)確的調(diào)整注入量。注入污水處理系統(tǒng)的化學(xué)藥劑主要是清水劑和防垢劑。
3.2 高效污水處理工藝技術(shù)
3.2.1 工藝流程
該油田投產(chǎn)8年后，綜合含水率達(dá)到80%，經(jīng)過一系列的換大泵提液穩(wěn)產(chǎn)措施后，FPSO上污水處理量大大增加，原有的12000m3/d的污水處理能力已經(jīng)不能滿足要求，需增加一套新的污水處理設(shè)施。
通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，由傳統(tǒng)的水力旋流器加脫氣罐組成的污水處理模式由于在污水處理深度、能耗和占用空間方面的限制，不能滿足在FPSO有限空間上的污水?dāng)U容要求。通過調(diào)研分析，近年來廣泛使用的氣浮旋流組合處理技術(shù)具有能耗低、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)費(fèi)用低、占地面積小、性能穩(wěn)定、除油效率高等特點(diǎn)，相對(duì)于傳統(tǒng)的水力旋流器加脫氣罐系統(tǒng)具有很多優(yōu)勢(shì)，能夠滿足FPSO上空間和環(huán)保的苛刻要求。
2010年4月，該FPS0上安裝了一套SJPEE公司生產(chǎn)的日處理能力為8000方的深度渦旋氣浮選裝置（CFU，Compact Float Unit，簡(jiǎn)稱浮選器）。
3.2.2 深度渦旋氣浮選裝置的性能特點(diǎn)
該CFU裝置結(jié)合現(xiàn)代旋流約束渦流（CCSF）理論，大大強(qiáng)化現(xiàn)代最佳氣浮分離器設(shè)計(jì)，以達(dá)到高效油水分離，具備以下特點(diǎn)：
①立式容器設(shè)計(jì)，在增強(qiáng)分離效果的同時(shí)大幅度減小設(shè)備占地尺寸。
②采用獨(dú)特的強(qiáng)化氣浮分離工藝，充分利用溶解氣和導(dǎo)入氣。
③采用獨(dú)特的外部可調(diào)氣/液接觸和導(dǎo)入氣以“微氣泡”的形式進(jìn)入設(shè)備。這些“微氣泡”由渦流帶動(dòng)流經(jīng)整個(gè)設(shè)備，然后匯集至中心液面。這也是該技術(shù)命名的由來。
④特別適合于FPSO，確保設(shè)備的分離特性不受搖擺的影響。
⑤在排放要求極其嚴(yán)酷的條件下，也可將設(shè)備設(shè)計(jì)成兩級(jí)串聯(lián)使用。
該裝置投產(chǎn)半年來，生產(chǎn)污水處理效果良好（在串聯(lián)模式下，CFU進(jìn)口生產(chǎn)污水濃度為70mg/1時(shí)，排海濃度可達(dá)15mg/1；并聯(lián)模式時(shí)，排海濃度為20-30mg/1，大大低于所在海域的生產(chǎn)污水含油濃度排放標(biāo)準(zhǔn)）。
4 FPSO污水處理系統(tǒng)遇到的典型的問題及處理辦法
4.1 三個(gè)生產(chǎn)水艙的壓力控制
因?yàn)楣に嚨男枰?/span>，經(jīng)常需要隔離單個(gè)生產(chǎn)水艙進(jìn)行沉淀，這時(shí)容易造成其它兩個(gè)生產(chǎn)水艙壓力高，而被隔離的生產(chǎn)水艙壓力低；或者單獨(dú)處理一個(gè)生產(chǎn)水艙污水時(shí)，容易造成該艙負(fù)壓。而現(xiàn)場(chǎng)三個(gè)生產(chǎn)水艙的補(bǔ)氣和放空管線都是共用的，所以現(xiàn)場(chǎng)操作人員要經(jīng)常分別調(diào)節(jié)三個(gè)艙的壓力。
通過連通三個(gè)生產(chǎn)水艙的高位溢流閥（每個(gè)生產(chǎn)水艙一般有高中低三個(gè)溢流閥，用于溢流生產(chǎn)水艙上層的原油）來保持三個(gè)艙的壓力相等，連通后三個(gè)艙的壓力基本能保持一致，大大降低了工作量，同時(shí)能確保各艙壓力在正常范圍內(nèi)。
4.2 生產(chǎn)水泵機(jī)封頻繁故障處理
隨著油田綜合含水率的升高，生產(chǎn)水溫度也隨之升高，從投產(chǎn)時(shí)的50℃上升到目前的75℃左右，加之三臺(tái)生產(chǎn)水泵處于泵艙底層，通風(fēng)狀況不良，泵體軸承溫度偏高，機(jī)封漏水頻率很高。
經(jīng)過改進(jìn)機(jī)封類型及耐溫等級(jí)，并在在每臺(tái)生產(chǎn)水泵軸承處加裝透氣通風(fēng)管線，及時(shí)帶走泵體熱量，采取給直接通風(fēng)措施后，軸承溫度從以前的92℃左右降至72℃左右，生產(chǎn)水泵的運(yùn)行狀況良好，軸承溫度正常，大大增加了設(shè)備的使用壽命。
4.3 掃艙水影響生產(chǎn)水處理效果問題
FPSO上生產(chǎn)模塊收集的污水，和由掃艙泵泵入的各貨油艙艙底水匯集到兩個(gè)污油水艙，污油水艙的污水再通過掃艙泵泵入生產(chǎn)水艙，經(jīng)沉淀后進(jìn)入生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)。
通過優(yōu)化污水處理流程，盡量延長(zhǎng)掃艙水在生產(chǎn)水艙的沉降時(shí)間；同時(shí)向污油水艙加入適量的清水劑。通過這兩條措施，使污水處理效果得到明顯好轉(zhuǎn)。
海上油田在進(jìn)行污水處理工藝的選擇時(shí)，不僅要以油水品質(zhì)為基礎(chǔ)，還要綜合考慮油氣田所處海域國家環(huán)保法律的排放要求、污水處理設(shè)施運(yùn)行環(huán)境，充分比較各種污水處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇滿足環(huán)保要求的最經(jīng)濟(jì)有效的生產(chǎn)污水處理工藝技術(shù)。
