油田污水處理系統(tǒng)核桃殼過濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改造

曲 直

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津300457)

1 濾料漏失原因分析

某海上采油平臺(tái)配備了機(jī)械攪拌式核桃殼過濾器3 臺(tái)，采取2 用1 備模式運(yùn)行，設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。在核桃殼過濾器運(yùn)行一段時(shí)間后，其處理水質(zhì)變差、濾料反洗效果降低，反洗水儲(chǔ)罐內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量核桃殼濾料，對(duì)單罐核桃殼過濾器進(jìn)行開蓋內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部濾料減少30%，已無法正常過濾，嚴(yán)重影響了污水系統(tǒng)正常運(yùn)行。核桃殼過濾器內(nèi)部進(jìn)行排查，根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，先后對(duì)內(nèi)部進(jìn)水管線、布水器及篩管法蘭連接處、內(nèi)部篩管、攪拌機(jī)構(gòu)4 部分進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)攪拌機(jī)構(gòu)與中心筒之間存在較大縫隙，即核桃殼過濾器攪拌電機(jī)軸承套與定板之間的縫隙較大，測(cè)量縫隙寬度為4～5 mm。平臺(tái)采用的核桃殼濾料粒徑為0.8～1.2 mm，當(dāng)核桃殼過濾器處于反洗狀態(tài)時(shí)，介質(zhì)流向?yàn)橄逻M(jìn)上出，由于濾料松散，水能夠攜帶濾料通過縫隙漏失，即反洗時(shí)濾料從縫隙進(jìn)入到反洗儲(chǔ)罐內(nèi)[1]。故障照片如圖1 所示。

表1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表Tab.1 Design data

核桃殼過濾器再生過程是采用攪拌使核桃殼在運(yùn)動(dòng)中相互磨擦，再通過內(nèi)部布水器進(jìn)行反洗達(dá)到去油、排污、再生目的[2]。根據(jù)其反洗模式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況(圖2)不難發(fā)現(xiàn)，在反洗過程中，由于攪拌葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，中心筒內(nèi)部密封部分會(huì)隨著葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)而與軸承發(fā)生磨損，在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后，勢(shì)必發(fā)生破損情況，出現(xiàn)裂縫，這是出現(xiàn)濾料漏失的主要原因。

圖1 故障照片F(xiàn)ig.1 Malfunction photo

圖2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig.2 Photograph of internal structure

2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對(duì)濾料漏失的原因，避免攪拌機(jī)構(gòu)與入口配水器的直接接觸是解決濾料丟失的有效方式。通過切斷入口配水器與攪拌機(jī)構(gòu)內(nèi)部連接，重新分配內(nèi)部篩管，可以從根本上解決濾料漏失問題。

2.1 篩管參數(shù)確定

原核桃殼過濾器內(nèi)部原設(shè)計(jì)為8 根篩管，長(zhǎng)度為1 000 mm，其入口進(jìn)水管線與篩管內(nèi)徑為150 mm，優(yōu)化前后篩管開孔率不變，材質(zhì)不變，內(nèi)徑尺寸不變。優(yōu)化后的篩管尺寸長(zhǎng)度需滿足原設(shè)計(jì)要求，篩管的過水面積與進(jìn)口截面積之比相同。

入口管線截面積A，其中r是篩管內(nèi)徑尺寸：

原篩管過水面積S：

式中：D是入口進(jìn)入管線與篩管內(nèi)徑，L是原篩管長(zhǎng)度，K是常數(shù)，n是原篩管根數(shù)。

過流比M：

將篩管數(shù)量調(diào)整為6 根，內(nèi)徑尺寸D不變，滿足過流比的前提下，計(jì)算篩管長(zhǎng)度L，其中K是常數(shù)，n是篩管根數(shù)(6 根)，優(yōu)化后的篩管長(zhǎng)度L：

篩管數(shù)量調(diào)整為6 根后，其長(zhǎng)度應(yīng)滿足1.27 m，所以新篩管選擇的尺寸參數(shù)為外徑 16 mm，長(zhǎng)度1 200 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 篩管分布方式調(diào)整

根據(jù)內(nèi)部實(shí)際情況，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、反洗方式等，對(duì)核桃殼濾器布水結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改造[3]。內(nèi)部篩管由原來的星狀輻射分布優(yōu)化為水平平行分布[4]。篩管直接與布水器連接，切斷其與中心筒連接管線，同時(shí)為了保證內(nèi)部篩管的穩(wěn)定，內(nèi)部增加支撐點(diǎn)用于對(duì)篩管進(jìn)行固定，防止由于平臺(tái)晃動(dòng)、反洗擾動(dòng)等原因，使篩管法蘭連接處發(fā)生松動(dòng)脫落。內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后簡(jiǎn)圖如圖3 所示。

圖3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化前(左)后(右)示意圖Fig.3 Schematic diagram of internal structure before(left) and after (right) optimization

優(yōu)化改造實(shí)物如圖4 所示。將原布水器連接中心筒管線切割，焊接新的布水結(jié)構(gòu)，并將中心筒處焊接封堵，使進(jìn)入水不再經(jīng)過中心筒。同時(shí)將原內(nèi)部8 根篩管連接中心筒處進(jìn)行切割，用鋼板焊接封堵，從而水從縫隙通過，解決漏料問題。

圖4 流程改造實(shí)物圖Fig.4 Physical diagram of process modification

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

2019 年11 月某油田完成核桃殼B 罐的內(nèi)部?jī)?yōu)化，核桃殼過濾器出口含油下降至5 mg/L，懸浮物下降至2.5 mg/L，達(dá)到注水水質(zhì)要求，同時(shí)反洗流量明顯增加，由原來的30 m3/h 上升至90 m3/h，達(dá)到設(shè)計(jì)反洗水量要求。

對(duì)反洗出口進(jìn)行取樣觀察，未發(fā)現(xiàn)核桃殼濾料，連續(xù)觀察一個(gè)星期，其正常過濾污水處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)，反洗時(shí)未出現(xiàn)濾料流失情況。

4 結(jié) 語

通過研究和分析，核桃殼過濾器存在的主要問題是內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，在運(yùn)行過程中出現(xiàn)濾料漏失情況。為此提出核桃殼過濾器內(nèi)部?jī)?yōu)化對(duì)策并進(jìn)行了實(shí)施，有效解決了濾料漏失問題，污水系統(tǒng)處理水質(zhì)得到提升，解決了實(shí)際生產(chǎn)問題，同時(shí)為其他油田解決核桃殼濾料漏失問題提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。