油田含油污泥調質-離心處理工藝技術研究
技術支持
1 油田含油污泥主要來源及特點
目前，大慶油田產生的含油污泥主要來自兩個方面：一是，在集輸處理過程中沉積在各類容器、大罐和回收水池等地面設施中，定期清理產生的污泥；這類容器設施一般包括：污水沉降罐、除油罐、油罐、二合一加熱爐、游離水分離器、加熱爐、電脫水器、回收水池等；二是，油井作業(yè)、集輸油管道腐蝕穿孔等產生的落地污泥。僅杏北油田，目前，每年約產生含油污泥15000m3，其中容器清淤污泥約占總污泥量的85%。
由于油田含油污泥來源廣泛，污泥的組分也非常復雜，一般含有大量老化油、蠟質、瀝青質、膠體、固體懸浮物、細菌、鹽類等，還包括生產過程中投加的各種藥劑，有些含油污泥中還夾雜有濾料、垢質、石塊等雜質。通過對不同來源污泥的分析顯示，油田產生的含油污泥含油在15%～70%，含固體懸浮物在10%～60%，其特點是含油、含固體懸浮物高且很不穩(wěn)定，雜質多，處理難度大。
2 調質-離心處理工藝
杏北油田含油污泥處理站2009年投產，設計處理規(guī)模10t/h，設計指標為處理后污泥含油≤2%。主工藝采用調質-離心處理工藝，整個處理站主要由污泥流化預處理裝置、調質裝置、離心裝置、油水分離裝置、回摻水裝置、導熱油加熱裝置等部分組成。
2.1 污泥流化預處理
污泥流化預處理裝置主要由進料斗、轉鼓分離器、曝氣沉沙池及大顆粒提升裝置組成。其主要功能是去除污泥大粒徑顆粒，改變污泥流動狀態(tài)。首先，污泥通過料斗格柵進入料斗去除＞200mm固體顆粒；再通過轉鼓分離器，通過熱水噴淋和旋轉分離去除＞20mm的固體顆粒，同時稀釋污泥；然后通過曝氣沉砂裝置去除＞5mm的固體顆粒，實現(xiàn)污泥的流化。該裝置處理后的污泥溫度可超過45℃，固體顆粒粒徑≤5mm。
2.2 污泥調質裝置
主要設備為調質罐，其作用是對流化污泥進一步加熱、攪拌、勻化。同時，加入清洗劑、調節(jié)劑和破乳劑，以提高調質效果，使油、泥充分分離，油、水充分破乳。通過靜止沉降，使油、水、泥分層，上層污油溢流回收，下層污水和污泥進入離心機處理。
2.3 污泥離心裝置
該部分是污泥處理的核心部分，主要設備為離心機。調質后的含油污泥通過離心機的高速旋轉進行固液分離。分離出的固體（含油率低于2%，含水可達30%～40%）輸送到污泥堆放場，分離出的液體進入油水分離裝置進一步分離。離心過程加入絮凝劑，提高固液分離效果。
2.4 油水分離裝置
油水分離裝置主要設備為臥式容器，具有沉降、分離、緩沖功能，主要是對溢流出的污油及離心出的液體進行油水分離，將分離出的油回收，分離出的水作為回摻水循環(huán)利用。
2.5 回摻水裝置
主要由回摻水罐及回摻水泵組成，功能是將回收的污水加熱并供給整個污泥處理系統(tǒng)循環(huán)使用。
2.6 導熱油加熱裝置
由導熱爐及相關導熱管線組成，通過加熱爐加熱導熱油，為預處理裝置的曝氣沉沙池、調質罐、油水分離器、回摻水管伴熱，為整個系統(tǒng)提供熱能。
3 工藝運行參數(shù)優(yōu)化
由于該處理工藝 在大慶油田使用，為了使系統(tǒng)能夠達到相應的處理指標并穩(wěn)定運行，因此，需要對系統(tǒng)各裝置的運行參數(shù)進行研究和摸索。
3.1 污泥流化預處理裝置
回摻水的作用是加熱稀釋并沖洗污泥，將大顆粒物料沖洗干凈，分離出去。要求滿足的指標：分離出的大固體物料含油≤5%；稀釋后的污泥溫度超過45℃。
目前，污泥處理站采用人工卸泥的方式進料，進料速度約10m3/h，按此進料速度對預處理裝置的回摻水溫度和水量進行試驗。
經過試驗研究，當回摻水溫度超過75℃，回摻水量超過25m3/h時，可滿足指標要求，經過預處理后的污泥含固量一般低于15%，含油一般在5%～25%。
3.2 污泥調質裝置
流化污泥進入調質罐后，需要對污泥進行加藥，升溫，攪拌，沉降以達到較佳的調質效果，即實現(xiàn)油、水、泥的充分分離。
3.2.1 污泥調質溫度優(yōu)化
針對性質相同的含油污泥，經過相同的調質時間和沉降時間，進行不同的調質溫度試驗研究。試驗研究表明：無論初始的污泥含油如何，調質溫度越高，調質后的污泥含油率越低，當調質溫度超過60℃后，調質效果基本趨于穩(wěn)定。因此，從節(jié)約能耗的角度考慮，系統(tǒng)較佳的調質溫度為60℃。
3.2.2 調質藥劑優(yōu)化
一是，清洗劑可以降低油/水、油/泥的界面張力，便于油、泥的充分分離。針對相同來源的含油污泥，在其他參數(shù)相同的條件下，加入不同劑量的清洗劑，以清洗后的污泥含油率為指標優(yōu)化清洗劑的投加量。通過5個含油范圍的來泥試驗得出：來泥的含油量越高，所需的清洗劑也越多。各種含油級別的污泥所對應的較佳的清洗劑投加量見表1。
表1：不同含油污泥所對應的清洗劑投加量
流化后污泥含油/% | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 |
清洗劑用量/(mg/L) | 500 | 750 | 1000 | 1250 | 1500 |
二是，破乳劑的加入可提高油、水分離效果，利于污油溢流回收，提高污泥離心效果。針對相同來源的含油污泥，在其他參數(shù)相同的條件下，加入不同量的破乳劑，以調質沉降后的上層污油含水率為指標優(yōu)化破乳劑的投加量。試驗得出不同含油范圍的污泥所對應的破乳劑投加量見表2。
表2：不同含油污泥對破乳劑投加量
流化后污泥含油/% | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 |
破乳劑加藥量/(mg/L) | 750 | 1000 | 1250 | 1500 | 1750 |
3.3 污泥離心
離心裝置是固液分離的關鍵，其效果好壞主要取決于離心機的轉數(shù)及轉數(shù)差。
3.3.1 離心機轉數(shù)優(yōu)化
針對同一調質罐內的污泥，調整離心機轉數(shù)，觀察出泥油含量變化情況。試驗證明：離心機轉速在2700～3200r/min，轉數(shù)越高離心效果越好，當轉數(shù)超過2900r/min后效果趨于穩(wěn)定。而離心機的轉數(shù)越高，軸瓦溫度也增高，影響離心機的安全運行。因此，離心機的轉數(shù)應該根據(jù)軸瓦的實際溫度在2900～3100r/min進行調整，且不應低于2800r/min。
3.3.2 離心機轉數(shù)差優(yōu)化
針對同一調質罐來泥，將離心機的轉數(shù)設定在2900r/min不變，調整離心機的轉數(shù)差（3～8r/min），觀察處理后污泥含油、含水率的變化。試驗得出，隨著轉數(shù)差的降低，污泥含油和含水率越低，但是，轉數(shù)差過低易造成離心機出泥緩慢甚至堵塞。結合現(xiàn)場實際，離心機轉數(shù)差約在5r/min時，既可保證處理效果，又能保證離心機穩(wěn)定運行。
3.3.3 絮凝劑
絮凝劑可與水中微粒起電荷中和及吸附架橋作用，有利于固、液分離。針對同一調質罐內的污泥，在離心機參數(shù)不變的情況下，加入不同劑量的絮凝劑，以處理后的污泥油含量為標準優(yōu)化絮凝劑的投加量。試驗表明在保證出泥效果的前提下，隨著污泥固體含量的增加，所需的絮凝劑的量也增加，過少或過多的絮凝劑均會影響出泥效果。
3.4 油水分離器
油水分離器具有緩沖、沉降、分離的作用。油水分離裝置的工作原理是依靠油、水的重力沉降作用，利用罐內的隔板，將沉降后的上層污油回收，下層的污水通過泵打入回摻水罐供系統(tǒng)循環(huán)利用。
為了控制回摻水中的污油，保證回摻水的質量，需要對油水分離器的沉降時間進行優(yōu)化。試驗得出油水分離器的沉降時間應不低于4h。
通過各單體的參數(shù)優(yōu)化試驗，得出了不同來泥情況下所對應的操作參數(shù)。按照得出的運行參數(shù)，隨機進行了實際處理效果的檢驗。處理后的污泥平均油含量達到了1.48%，均小于2%，說明在優(yōu)化出的參數(shù)下運行可以保證污泥處理的效果。
4 運行成本及經濟效益分析
4.1 運行成本
該套處理工藝在杏北油田已運行4年，使用成本主要包括天然氣、藥劑、耗電、耗水以及設備維護成本，投產初期由于運行參數(shù)不明確，污泥處理成本達到312.8元/m3，優(yōu)化參數(shù)后的運行成本僅為154.7元/m3。
4.2 經濟及社會效益
杏北油田含油污泥處理站自2009年投產以來累計回收原油6850m3，原油密度按照0.8602g/cm3計算，累計回收原油5892.37t。原油價格按2382元/t計算，累計創(chuàng)經濟效益1403.56萬元。
5 結語
含油污泥調質-離心處理技術的成功應用，使杏北油田的含油污泥得到了有效的減量化、資源化處理，大大降低了含油污泥對環(huán)境的污染，具有較好的經濟效益和顯著的社會效益。該技術目前已在大慶油田多個采油廠推廣應用，成為大慶油田含油污泥處理的主要手段，為綠色油田的發(fā)展建設提供了技術支持。
