1、SZ36-1CEPK 平台污水系统斜板除油器结构与流程的改造优化摘要 SZ36-1 油田老区已全面采用注聚方式开发，且聚合物已随油田采出液返出。而含聚合物的采出液给作为 SZ36-1 油田一期调整的中心平台SZ36-1CEPK 平台的污水处理系统带来严重的负担，使得污水处理设备很难达到预期的处理效果，回注地层的生产污水注水指标偏高，直接影响了油田的注水效果，而且随着油田采出液含水及含聚合物的增加，污水处理系统的压力会越来越大。这就要求要研究适应性好的药剂以及处理设备（结构以及材质） ，斜板除油器作为污水系统的第一级关键设备，起着至关重要的作用。因此本文对 SZ36-1CEPK 平台斜板除油器结
2、构及流程成功改造优化进行分析，效果评价。 关键字：斜板除油器优化改造生产污水 中图分类号： R123.3 文献标识码： A 第一章 斜板除油器除油原理 含油污水中的原油可以划分为浮油（游离态油） ，机械分离态油，乳化油， 溶解油，固体附着油等五种物理形态。 浮油（游离态油）油珠粒径大于 100um, 静止时自动上升到液面（一般 10-15min） ，以连续相 的油膜漂浮于水面。 机械分散态油 油滴粒径在 10-100um 之间，主要以大小不等的油滴分散悬浮在水中，可为电荷力和其它力所稳定，油珠外未形成坚固的水膜，一般静置 4h 就会聚集上浮成悬浮油，这种态的油在污水含油量的 60%-80%。相
3、分离系统主要用来分离以上两种形态的油。3. 乳化油乳化油的形成主要有以下两个方面的原因：一是油水剪切搅拌混合而成，油水混合物从油层出来经油井的喷嘴，管道，多次用泵提升，原油初加工等整个集输工程中的剪切搅拌而形成。二是由于乳化剂的作用，含油污水中含有大量的环烷酸等表面活性剂，表面活性剂由亲水基与亲油基两部分构成。 4. 溶解油油珠粒径一般小于 0.1um。由于油在水中的溶解度很小，为 5-15mg/L，这部分油无法用常规的物理方式除去，其占废水含油量的0.2%-0.5%。5. 固体附着油吸附于废水中固体颗粒或悬浮物质（如：聚合物，化学药剂）表面上形成的油-固形物。此二种油虽然含量较少，但很难用普
4、通的物理方法除去。 斜板除油是一种重力分离技术。重力分离法处理含油污水，是根据油和水的密度不同，利用油和水的密度差使油上浮，达到油水分离的目的。 而斜板除油的基本原理是“浅层沉淀” （又称“浅池理论” ） 。 斜板除油器另一个除油的原理就是聚结除油。当含油污水进入带泪孔波纹波纹板（流动方向以及截面不断改变，就像进入迷宫一般）内，油滴在浮升过程中相互碰撞和亲润聚结，并形成一层厚油膜，这种油膜是形成大油滴的基源。在其他力，如重力和液流驱使油膜上浮聚集的油移动，当机械力大于油膜的内聚力时，大油滴会从上面脱落。 根据 Stokes 定律：大油滴比初始小油滴较快的从污水中分离，从而使污水在斜管组中的向下
5、速度加大，提高了除油设备的效率。油污上浮收油槽中排出，污分离后的水经斜板底部通道进入水室通过调节阀自动排出，进入下一级处理装置。 第二章 SZ36-1CEPK 平台及污水流程概况 SZ36-1CEPK 平台为 SZ36-1 油田一期调整的中心平台，主要接收油田老区（包括 A 区，B 区，J 区）以及一期调整井口平台 WHPK 平台来液，平均日处理生产污水量在 1300014000 方左右。污水处理系统由斜板除油器 V-3001，加气浮选器 V-3002，前滤水罐 T-3002，生产水输送泵 P-3001 组成（见图 2.1） 。污水系统处理的生产污水来自于原油处理系统中一级分离器 V-2001
6、A/B、二级分离器 V-2002 三相分离出来的水相，现阶段来自于原油系统中的生产污水含油约 3500mg/L 左右。 正常运行情况下，污水系统中的斜板除油器 V-3001 与加气浮选器 V-3002 两备两用，单台设备处理能力为 500 方/时，再经过前滤水罐 T-3002 可以收取上部浮油，经双介质滤器吸附过滤除去悬浮物与分散油后进入 T-4101 再由注水增压泵与注水泵及海管供本平台注水井以及外输老区井口平台。 图 2.1 污水处理流程 表 2.1 污水系统设备指标 项目 污水含油 mg/L 悬浮固体含量 mg/L 悬浮物粒径中值 m SRB含量 pcs/mL 总铁含量 含硫量 mg/L
7、 设计标准 15 5 3.0 25 0.5 2 表 2.2 SZ36-1CEPK 主要污水处理设备参数 设备名称 斜板分离器 V-3001 A/B/C/D 加气浮选器 V-3002 A/B/C/D 预处理水罐 T-3002 双介质过滤器 F-4101 AP 注水缓冲罐 T-4101 设备尺寸 m 4.0(ID) 12(S/S) 1.829(ID) 3.76mm(T/T) 6.0(L)5.0(W)5.0(H) 直径 3.4m 12(L)5.0(W)5.3(H) 有效容积 m3 145 11.5 90 - 210 设计处理能力 m3/h/台 500 500 - 150 - 设计最高压力 kPaG
8、500 1000 FW+35/-2 700 FW+35/-2 设计最高温度 91 91 91 91 91 操作压力 kPaG 150 080 3 350 3 操作温度 65 62 61 61 61 设计进口含油 ppm 1500 300 - 15 - 设计出口含油 ppm 300 20 - 5 - 实际进口含油 ppm 13001600 150200 3050 3050 20 实际出口含量 ppm 150200 3050 30 20 20 备注 出口含油达标 出口含油未达标 - 出口含油未达标 - 投产初期生产污水的各级含油能够达标，但是设备长期的运行，来自原油系统的生产污水经过未改造前的污水
9、处理系统处理后效果并不理想，生产污水各级指标含油浓度相对偏高。而污水系统中的加气浮选器及双介质滤器等设备作为精细除油装置，仅能够去除较低含量的浮油，而且如果进入该设备的污水含油量较高且含有杂质时，极容易导致该设备的污染，使设备丧失除油效果，尤其是双介质滤器甚至出现节流的问题。通过本平台双介质滤器更换滤料也已证实滤器滤料污染较重，而且滤料表层板结现象严重。所以在进入这些设备之前就需要生产污水在污水处理系统的第一级处理设备斜板除油器中能够尽可能的将生产污水含油处理到设计水准 150PPm 以下，发挥高效除油功能，且保证下游设备状态良好的前提下实现流程的污水精细净化回注污水达标的功效。 第三章 斜板
10、除油器运行出现问题 现阶段 SZ361 油田一期调整已全面开展聚合物驱采油，聚合物已见于井口返出，并与采出液一同输到中心处理平台 SZ36-1CEPK 平台，现于原油与污水处理流程中。SZ36-1CEPK 平台共设有有四台斜板除油器 V-3001A-D，单体设计处理能力在 500 方/时，处理来自于上游原油系统一级分离器 V-2001A/B 与二级分离器 V-2002 脱离出的含油污水。投产初期，收油液位控制在 3250mm，斜板内部油层厚度控制在 15cm 左右，斜板除油器出口含油标准稳定在初始设计的 150PPm 以下稳定收油。但随着平台处理来液量的不断加大及老区返出聚合物的增多，及其与泥
11、沙和药剂相互作用形成了粘结物的双重影响，导致 SZ36-1CEPK 平台斜板除油器的污水除油效率并不理想，在两年的时间内逐渐暴露出了较多的问题： 图 3.1 为改造前的斜板除油器内部结构 （1）斜板除油器内部的油层厚度逐渐变厚，通过外部四个收油视窗可以发现，斜板除油器内部油层厚度已经从投产初期的 15cm 上升至 50cm以上，加大收油力度也无法降低油层厚度。 （2）在原设计下，要保证斜板除油器收油的强度，必须将水室收油液位设定值提升至 3200mm 以上，而在此高液位条件下收油，油室出口介质以及斜板除油器下游的污油罐出口明显含水较高，甚至为黑水。 （3）污油罐排出物含聚合物，泥沙和清水药剂组
12、成的粘结物较多，通过斜板除油器油室出口视窗能明显发现，收油过程中有团状粘结物排出，粘度较大，容易造成斜板除油器 4视窗管线和浮子液位计卡堵现象，同时在罐体高液位下表层的粘结物更容易通过液位计上连通进入液位计上方，造成浮子液位计失真现象。 （4）由于水室堰板高度为 3500mm，设定水室正常收油高度 3200mm左右，液位波动情况下易造成水室上部浮油聚集而无法排除现象。从投产至今因浮油聚结，未改造斜板除油器水相液位低于 2500mm 时，水相出口水质明显变差，水相液位低于 2200mm 时，会有块状的原油流出。 第四章 针对斜板除油器情况分析原因 针对投产一年内斜板除油器运行状况，2011 年
13、03 月开始对斜板除油器 V-3001B 进行内部结构与外部管线改造，通过改造过程的开罐作业发现：斜板除油器的收油槽已经完全被粘状物堵塞，收油通道不畅，导致油室空间较设计值明显变小，而且由于收油槽堰板被粘结物附着，阻碍了混合室内浮油漫入收油槽，只有在提高水室收油液位，将混合室憋高的情况下才能收到液体，而水室浮油积累越厚，根据“U”型管原理，水室液位值需设定得越来愈高，才能保证混合室的能够实现收油的液位。 图 4.1 斜板除油器 B 清罐作业内部照片 而对于已经投产两年的斜板除油器 V-3001A/C/D 来说，通过改造开罐作业发现：波纹板、池底，斜管组、油槽均被堵死，罐底污泥堆积严重，最厚达
14、1.6m，几乎完全无法使用，且水室堰板上侧有明显污油漫过的痕迹。情况与斜板除油器 V-3001B 相比，由于投运时间更长，情况更加严重。且通过固相分析证实：油室中的固相成分包含有聚合物，清水剂以及石英砂等无机物。 图 4.2 斜板除油器 D 清罐作业内部照片 图 4.3 斜板除油器 A 清罐作业内部照片 从斜板除油器内部结构及来液性质入手，分析总结出了造成以上问题的原因： （1）聚合物，清水剂以及泥沙的粘结物具有高粘度，容易粘连而不易流动，粘结物不能及时清除是造成斜板除油器除油效果减退的主要原因之一。 （2）特别是由于收油槽堰板的锯型齿，粘结物容易粘连在锯型齿的底部，并不断聚集成团，阻碍浮油通
15、过锯型齿进入收油槽，相当于抬高了收油槽堰板高度，特别是靠近水室的一端很有可能堵死，造成水室一侧浮油无法进入油槽（图 4.1图 4.3） 。 （3）由于上游来液是由 LV 阀自动调节功能实现的，不能保证来液的稳定性，当一级与二级分离器水相 LV 阀全开时，污水流量最大，在层流水流的作用下浮油容易被推至混合室，浮油到靠近水室侧混合室之后将很难被收走。也就造成污水代替浮油进入油槽，即而出现油槽出水现象。曾通过对斜板除油器 V-3001B 罐节流进行试验，观察到在节流情况下收油管线出油，说明在流速较慢的状态下，浮油可以顺利进入收油槽。结合原因 2 能更好的解释油室出水问题，浮油被高速流体推到靠近混合室
16、一侧，而混合室一侧的锯齿型堰板油槽又被堵塞，这样浮油就不能进入收油槽而继续被流体推至靠近水室侧的混合室。 （4）水相出口偶尔出现的浮油可能是由于水室进油。当液位高于3500mm 时浮油会溢过水室挡板进入水室，混合室与水室连通，但水相管线出口较油相出口粗，在阀门打开时，浮油会随着水室的液位迅速降低而进入水室。而且由于设计原因，一旦水室进油，没有通道可以将水室浮油收出，浮油只能越积越厚，到一定程度后只有随水进入下一级处理设备加气浮选器。 图 4.4 斜板除油器改造前内部结构及其油水分界面趋势 第五章 结构流程改造优化与效果对比 5.1.斜板除油器 V-3001B 5.1.1 改造与优化 水室增加一
17、个喇叭形的收油槽，收油槽锯齿下延高度约 3330mm，收油槽收取污油去闭排或污油罐。从而解决了水室不能收油的问题。 图 5.1.1 斜板除油器 B 水室收油漏斗 水室挡板升高，由原来的 3005mm 增加至 3780mm，进一步减少了水室进油的可能性。 进行了收油槽扩容，割掉原有的收油槽，并将新的收油槽两端均不连接 在容器壁上，独立安装在混合室的中间，靠近水室侧增加“倒 V 字”型坡状收油槽。 图 5.1.2 斜板除油器 B 水室收油漏斗 收油槽内部加装冲洗管线，实现收油槽中堆积油泥的清理功能。 斜板除油器底部去闭排 4 寸排放管线一端盲法兰拆除，并且加装 4寸球阀，连接管线至去污油罐的 4
18、寸汇管。从而实现斜板除油器定期底部排污至污油罐。 图 5.1.3 斜板除油器 B 外部改造结构图 图 5.1.4 斜板除油器 B 改造后内部结构图 5.1.2 除油效果对比 表 3.1 斜板除油器 B 改造前后水质对比 通过对比斜板除油器 V-3001B 罐进行改造前后的进出口含油浓度的平均差值可以发现：在上游来液处理量增大前提下，生产污水在斜板除油器的停留时间势必减少，除油率反而由 50%提升至 85%，除油效率增加了 75%，而实际收油水室液位设定值也有所降低由原来的 3300mm 降低至改造后的 3150mm。说明通过斜板除油器 V-3001B 的改造能够大大地降低斜板除油器水相出口的含油浓度，有效的改善污水系统的水质。 结论 水室收油槽投用以后，通过定期水室顶部收油，基本上保证了水室内部无浮油，为出口水质的达标提供了保证，水质有了一定的好转。而且经过探索将水室收油槽高度降低，有利于提高工作效率。 相对于改造前，收油槽的扩容，增加油槽容积，提高了收油效率。 收油槽的坡状底板设计，降低了收油槽底部油泥堆积的机率；冲洗
