自升式生产平台小型化污水处理装置浅析

韩 旭，李 勇，谷 伟

(中海油能源发展边际油田开发项目组 天津300457)

自升式生产平台小型化污水处理装置浅析

韩 旭，李 勇，谷 伟

(中海油能源发展边际油田开发项目组 天津300457)

根据自升式生产处理平台空间的自身特点，着重研究了污水处理工艺中高效小型化气浮处理装置；简单介绍了气浮净化技术的概况，并对气浮产生的过程进行了概述。根据海洋固定生产平台的含油污水处理工艺，对常规气浮技术做出了介绍，如诱导气浮、射流气浮和溶气气浮；针对近年来气浮新技术的进展，着重介绍了紧凑式旋流气浮(CFU)，并与常规气浮做了综合对比。

自升式 气浮技术 污水 CFU

0 引 言

自升式生产处理平台是中海油针对边际油田开发而设计的可移动式生产设施(集处理动力、储油、外输、生活为一体的小型装置)，可降低油田的开发成本。其中含油污水处理系统是平台非常重要的一环，高效、小型化对空间非常有限的自升式生产处理平台非常重要。

含油污水是一种量大且面广的污染源，如果不经处理就直接排放，会造成污染环境，破坏生态平衡，以及大量的水资源浪费。气浮净化技术是油田海上含油污水处理工艺流程上的重要一环，直接影响着后端设备的处理水质。

气浮净化技术是在待处理水中通入大量、高度分散的微气泡，使之作为载体与悬浮在水中的杂质絮粒相互粘附，形成整体密度小于水的浮体，依靠浮力作用一起上浮到水面，以完成固-液、液-液分离的净水方法。气浮法最早开始应用于选矿工业。[1]20世纪70年代，气浮净化技术得到快速发展，并得到国内外的高度重视，现已广泛应用于石油、化工、造纸、印染、电镀、化纤、毛纺、皮革、机械等行业的工业废水和城市生活污水处理中。[2]

1 常规气浮方法

常规气浮依进气方式不同，可分为诱导气浮选、射流气浮选和溶气气浮选。这 3种形式的浮选机在我国海上平台上均有应用，以诱导气浮选使用较早和较多，如埕北油田 A、B平台，涠 10-3油田希望号，涠 11-4油田中心处理平台均采用了诱导气浮选。[3]

1.1 诱导气浮选

诱导气浮选由4个标准的浮选室组成，[4]每个室配有1台转速为200～600 r/min的旋转机械，它像泵一样，将水推入扩散器，并在立管处建立真空，真空会吸进液面上的气体进入立管，并与水形成混合物，气水混合物以较高的速度通过扩散器，气体形成许多小气泡，油和固体悬浮物会附着到气泡上，上浮至浮选室表面将油污回收。诱导气浮选室横截面如图 1所示。

图1 诱导气浮选室横截面Fig.1 Crosssection of induced air flotation chamber

诱导气浮选有溶气量大、停留时间短、造价低等特点。但在实际应用中，诱导气浮动设备存在不易维修、耗电量高、设备尺寸大等缺点。

1.2 射流气浮选

射流气浮选是将浮选机的排出水用泵返回 20%,，返回水通过文丘利管吸入气体并同水混合形成气泡，再返回浮选室浮选。此种浮选有如下问题：①返回水占据浮选室体积不利浮选；②现场反应过程中，文丘利管进气难于调节；③文丘利管喷射速度快，容易造成乳化。

1.3 溶气气浮选

溶气气浮选是目前油田应用最成熟、最广泛，效果最有保证的一种。溶气气浮选在浮选机外部配有1台压力罐，将要处理水的20%,打入压力罐，同时也向压力罐压入气体，使处理水成为气体饱和的液体。经气体饱和后的液体被连续释放到浮选机中，由于减压，溶解气会形成小气泡，携带油和固体上浮。溶气气浮具有气泡直径小、溶气量大的优点。

根据现场应用情况，处理达标率较高，但溶气气浮存在动设备多、动力消耗大、维护和运维成本较高等缺点。

2 气浮新进展——旋流一体化设备

随着海上油田中后期开发，原油含水率不断上升，油田的注水指标越来越高(部分低渗油田要求含油量≤5,mg/L)，[4]油田的现有设施处理难度加大，严重影响到油田的开发生产。国外近些年来在低强度旋流离心力场与气浮组合应用方面取得了较大进展，如美国Natco Group的VersaFloTM、M-I SWACO公司的 Epcon紧凑型气浮装置(CFU)、美国 CETCO Oilfield Services 公司的 CrudeSep®、英国 Cyclotech 公司的DeepSweepTM、英国 OpusMaxim公司的紧凑型气浮装置、德国Siemens水务公司的CyclosepTM等产品。其中诞生于挪威的 Epcon紧凑型气浮装置已在欧亚许多海上石油平台、油田和炼化项目上运行，并在世界知名的海洋石油工程技术年会上获奖(OTC)，引起国内外同行的关注。[5]

2.1 CFU(紧凑式旋流气浮)

2.1.1 工作原理[6]

Epcon紧凑型气浮装置工作原理如图2所示，整个装置包括为上部的油相和气相积聚区、中部的分离区以及下部的处理水积聚区。中部的分离区主要位于罐和内筒之间，是实现旋流、释气和气浮作用的关键场所。含油污水从切向入口进入罐内，入口接管的直径逐渐减小以提高流动速度，在入口螺旋导片的引导下形成较为柔和的旋流运动，离心加速度一般为 8～10 倍的重力加速度；与此同时，由于流体流速升高致使流体压力下降，含油污水中残留的部分溶解气以气泡的形式释放处理。在旋转离心力作用下，密度较大的水将向罐壁移动，而油滴和气泡等较轻成分将向内筒外壁附近运移，在此过程中油滴与气泡发生粘附，形成密度更小的组合体而在内筒附近区域上升，在罐内上部水面形成一层连续的油和气泡浮渣层，分离出来的气体、油和水在压力作用下，将通过顶部悬伸到罐内的接管连续排出罐外。

图2 Epcon CFU装置工作原理示意图Fig.2 Work principle of the Epcon CFU

2.1.2 与常规气浮对比

Epcon紧凑型气浮装置与常规气浮在处理要求完全一致的情况下，得到表1的结果。

表1 Epcon紧凑型气浮装置与常规气浮的性能对比Tab.1 Performance comparison of Epcon CFU and conventional air flotation

由表 1可见，海上油田常用的气浮选装置在重量和占地面积上远大于 Epcon 紧凑型气浮装置。这种结构尺寸和占地面积的紧凑气浮并不是以牺牲工作性能为代价的。

2.1.3 现场应用情况分析

2007年M-I EPCON AS公司应中海油西江30-2油田生产方的邀请，在西江 30-2平台上完成了现场样机试验，试验结果如图3所示。

图3 现场样机测试结果Fig.3 Prototype test results

测试结果非常理想，并于 2008年第3季度安装全尺寸CFU 装置，项目总投资在 800万美元左右，至今运行性能良好。

2011年南海番禺4-2和5-1平台也成功运行了两套挪威TST公司的一罐三级紧凑式旋流气浮，处理量为525 m3/h，运行至今，污水的处理效果十分明显。[7]

2.2 国内旋流气浮一体化设备的现状

由于国内在该方面的研究起步较晚，迄今已有 10多家企业单位申请了专利，现有巨涛、宁波威瑞泰默赛、江苏亚洲环保和中科院等单位和研究机构处在研究开发过程中，[8]结构方案总体上可以分为不设内筒式、内筒内旋式、内筒外旋式气旋浮 3大类，但提出采用内筒外旋流式气旋浮结构方案占绝大多数。现在整体上处于小型样机现场试验或放大试验阶段。真正投入生产实际使用的装置，迄今为止全部是耗巨资进口。

3 结 语

紧凑式旋流气浮装置属高技术、高附加值产品，具有除油效率高、停留时间短、占地面积小等特点，在未来海洋石油平台的开发应用中将会得到广泛的使用，对于空间相对有限的自升式生产处理平台来说更加适合。现阶段国内技术还处于起步阶段，油田开发应用需耗巨资进口，后期的保养维护和配件购买都成了很大的制约因素。因此，国内油田应给这类研究型企业更多的试验机会，使国产的紧凑式旋流技术快速发展。紧凑式旋流气浮的开发应用，将极大地提高我国海洋石油含油污水处理工艺的技术水平，具有十分显著的社会效益和经济效益。

［1］ Edzwald J K. Principles and applications of dissolved air flotation [J]. Wat. Sci. Tech. ，1995，31(3/4)：1-23.

［2］ 徐振华，赵卫红，方为茂，等. 气浮净水技术的理论及应用[J]. 化工与环保，2005，8(4)：49-51.

［3］ 《海洋石油工程设计指南》编委会. 海洋工程设计指南第一分册：设计概论与工艺设计[M]. 北京：石油工程出版社，2007：327-329.

［4］ 国家能源局. 碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法[S]. SY/T 5329—2012. 北京：石油工业出版社.

［5］ 陈家庆，韩旭，梁存珍，等. 海上油田含油污水旋流气浮一体化处理设备及其应用[J]. 环境工程学报，2012，1(6)：81-93.

［6］ M-I EPCON AS. Combine Degassing and Flotation Tank[P]：US：7144503B2. 2006-12-05.

［7］ 施书定，欧阳雄，杨天笑，等. CFU在海上油田处理中的技术创新和应用[J]. 工业水处理，2013，8(33)：90-92.

［8］ 陈涛涛，邵天洋，陈家庆，等. 紧凑型旋流气浮一体化技术的国产化研究进展与主体结构浅析[J]. 北京石油化工学院学报，2014，2(22)：59-65.

Analysis of a Miniaturized Sewage Treatment Unit for Jack-up Production Processing Platform

HAN Xu，LI Yong，GU Wei
(CNOOC Energy Technology & Services-Marginal Oil Fields Development Project Group，Tianjin 300457，China)

This paper studies the effective wastewater treatment process of miniaturized gas float processing unit according to the production processing jack-up platform’s space characteristics and introduces the process of gas float. According to the marine fixed production platform of oil-bearing wastewater treatment process, traditional air flotation was introduced, including induced air flotation, jet flotation and dissolved air flotation. In view of new air flotation technologies, compact flotation unit (CFU) was expounded and compared with traditional air flotation techniques.

jack-up；air floatation technology；wastewater；CFU

X703.3

A

1006-8945(2015)11-0018-02

2015-10-05