明珠号生产污水系统的微气泡旋流气浮选改造

郑秋生（中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司，天津300452）

油气田水处理

明珠号生产污水系统的微气泡旋流气浮选改造

郑秋生
（中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司，天津300452）

明珠号FPSO生产污水流程不稳定，加气浮选器效率低，抗波动能力差，难以保证最终出水含油达标。对现有气浮设备进行微气泡旋流气浮选改造，制备出气泡粒径为5～10 μm的溶气水。通过调试，当运行流量为110～120 m3/h，运行压力为50～80 kPa，溶气水注入流量为1#罐体1.3～1.8 m3/h、2#罐体2.0～2.5 m3/h、3#罐体2.0～2.5 m3/h、4#罐体2.3～2.8 m3/h，溶气水注入压力为400～500 kPa，浮选剂投加质量浓度为30～40 mg/L，清水剂投加质量浓度为15～20 mg/L时，能够在入口油质量浓度＜100 mg/L的条件下使出口油质量浓度＜30 mg/L；当入口油质量浓度＞100 mg/L时，除油率＞70%。

微气泡旋流；溶气水；油田污水

明珠号浮式生产储油卸油装置（FPSO）的含油生产污水主要来自一级生产分离器、二级生产分离器和原油电脱罐。其生产污水处理流程为：一级水舱→二级水舱→水力旋流器→加气浮选器→过滤缓冲罐→双滤料过滤器→注水缓冲罐〔1〕。由于现场生产任务较重，明珠号生产污水流程不稳定，流程中的重要除油设备——加气浮选器除油率＜25%，抗波动能力差，一旦遭受流量负荷冲击油水处理效果将更差，难以保证污水处理系统的最终出水含油＜25 mg/L，将给含油污水的合格处理增加极大难度。

提高加气浮选器的除油效率并稳定效果是保证整个污水处理系统处理污水合格的关键。微气泡旋流气浮选技术作为一种新型技术，除油效率高、效果稳定，因此需对明珠号生产污水的加气浮选器进行微气泡旋流气浮选技术改造。

1　微气泡旋流气浮选原理及技术特点

1.1微气泡除油原理

气浮除油的基本原理是向污水中通入气体，使污水中的乳化油或细小的固体颗粒附在气泡上，随气泡上浮到水面，实现油水分离。在气浮除油过程中，除油效率随气泡与油珠、固体颗粒的接触效率和附着效率的提高而提高；气液接触时间延长可提高接触效率和附着效率，从而提高除油效率〔2〕。气泡粒径越小则相对表面积越大，与油珠和固体颗粒的接触效率及附着效率均会显著提高，微气浮技术正是基于这一原理而提出。因此利用微气泡发生器将溶气水中的大气泡进行高速旋转水流机械切割和气泡筛分，制备出气泡粒径在5～10 μm范围的溶气水，可显著提高含油污水的浮选效率〔3-4〕。

1.2旋流结构

螺旋形旋流结构可延长溶气水与含油污水的接触浮选时间，提高浮选效率，增强净化效果；同时可以充分利用水流本身的冲击力将浮选至液面的污油积聚到罐体中心位置进行收集，不需要添加额外的机械力来收集污油，一方面大大降低了能量消耗；另一方面避免因机械故障而造成整体设备的停运〔5〕。

2　加气浮选器的微气浮旋流气浮选改造

原加气浮选器由位于1个撬体上的4个单独罐体组成，两两串联，然后两两并联。改造的总体思路是：（1）增设1套溶气水生成系统，提供浮选溶气水；（2）将罐体内部结构改造为旋流结构；（3）将4个罐体改为独立并联运行；（4）运行液位控制系统升级改造；（5）合理布控浮选药剂加药点。

2.1增设溶气水生成系统

在撬外增设1套溶气水生成系统。在旋流气浮撬的出水管路取水，通过管道连接，引水流进入溶气水生成系统。另从氮气罐引入浮选氮气至溶气水生成系统。将引入的水和气通过溶气泵实现气泡破碎和气液混合，然后经微气泡发生器生成粒径为5～10 μm的高压微气泡溶气水，通入各气浮罐的进水管路与含油水来液进行混合。溶气水生成系统的吸气泵功率为5.5 kW，防护等级IP55，电机防爆，开关防爆。

2.2罐体内部旋流结构改造

去除罐体内部原有结构，增设内筒，罐体中心处设置收油筒，收油筒上部设置螺旋形导流板，实现自动收油功能；在罐体内部适当位置设置内构支撑件。同时将原罐体进水管路上的进气口改为溶气水注入口，通过高压软管将微气泡发生器生成的高压微气泡溶气水注入，与生产污水均匀混合，用于含油水浮选处理；将气浮罐罐体取样口改为浮选污油收集排出口，其与中心收油桶相连，将浮选污油引出罐外。

2.34个罐体改为独立并联运行

目前该旋流气浮装置为4个罐体，两两串联，然后两两并联。根据前期测试的结果，将该4个罐体改造为独立并联运行，满足总体流量120 m3/h的要求。

2.4运行液位控制系统升级改造

将罐内运行液位控制改造为自动操控。利用罐体上原有的液位传感器显示液位参数，自动控制出水管路的自动蝶阀开度来控制运行液面，实现浮渣的自动收集和排放。保证浮选出的所有污油浮渣全部排出罐体外，避免浮渣排不出，避免返混现象的发生。

2.5合理布控浮选药剂加药点

投加浮选药剂的目的是中和微小悬浮颗粒或油滴表面所带的电荷，使其不再具有相斥性，在被微气泡黏附浮升带至水面的过程中进行碰撞结合，保持气浮效果。由于药剂的发挥需要一定时间，因此将加药点设置在二级水舱至水力旋流器之间的管线上，在线添加药剂，可保证污水到达气浮选罐体时有良好的凝聚效果，便于浮选出聚集的悬浮颗粒或油滴。

2.6改造后的流程

改造后的现场微气泡旋流气浮选工艺流程见图1。

图1　改造后的微气泡旋流气浮流程

3　改造效果

设备改造完成后，经过一段时间的调试得出最佳运行参数：运行流量为110～120 m3/h，运行压力为0～80 kPa，溶气水注入流量1#罐体1.3～1.8 m3/h、2#罐体2.0～2.5 m3/h、3#罐体2.0～2.5 m3/h、4#罐体2.3～.8 m3/h，溶气水注入压力400～500 kPa，浮选剂投加质量浓度30～40 mg/L，清水剂投加质量浓度15～20 g/L。在最佳运行参数条件下，通过20 d的跟踪测试，统计得出设备平均处理效果，结果见表1。

表1　微气泡旋流气浮选改造后的进出水水质

对所有测试数据进行分析可以得出：改造后当气浮罐入口油质量浓度＜100 mg/L时，出口含油质量浓度＜30 mg/L；当入口油质量浓度＞100 mg/L，除油率＞70%。

4　结论

（1）采用微气泡发生装置制取出气泡粒径为5～10 μm的溶气水，可明显提高明珠号FPSO气浮设备的除油率。（2）改造后在最佳运行参数下，当气浮罐入口油质量浓度＜100mg/L时，出口含油质量浓度＜30 mg/L；当入口油质量浓度＞100 mg/L，除油率＞70%。

［1］刘晖，刘义刚，马兆峰.明珠号生产污水处理流程优化与效果分析［J］.工业水处理，2012，32（5）：81-83.

［2］《海上采油工程手册》编写组.海上采油工程手册［M］.北京：石油工业出版社，2001：95.

［3］陈涛涛，邵天泽，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，2014，22（2）：59-66.

［4］孟迪，邵天泽，李颖.含聚污水处理工艺整体改造思路［J］.油气田环境保护，2014，24（2）：28-29.

［5］方健，刘振国，董洋，等.旋流加气浮选器处理渤海S油田含聚污水［J］.油气田地面工程，2012，31（4）：36-37.

Modification of the micro-bubble whirling air flotation of industrial wastewater system on Mingzhu

Zheng Qiusheng
（CNOOC EnerTech-Safety&Environmental Protection Co.，Tianjin 300452，China）

Since the technological process of FPSO industrial wastewater of Mingzhu is not stable，the efficiency of air-entrapping gas flotator is low，and the anti-fluctuation ability is weak，it’s difficult to ensure that the final effluent can reach the set standards.Through the micro-bubble swirling air flotation modification，the dissolved gas water whose bubble size is 5-10 μm can be prepared.By means of debugging，when the optimum operating parameters are as follows：operation flow rate is 110-120 m3/h，operation pressure 50-80 kPa，dissolved gas water injection flow rate at Tank 1#1.3-1.8 m3/h，at Tank 2#2.0-2.5 m3/h，at Tank 3#2.0-2.5 m3/h，at Tank 4#2.3-2.8 m3/h，injection pressure of dissolved gas waster 400-500 kPa，flotation agent mass concentration added 30-40 mg/L，and water clarifier dosing mass concentration 15-20 mg/L，the oil mass concentration at the outlet is＜30 mg/L，under the condition of oil mass concentration at the inlet＜100 mg/L.The oil removing rate can be＞70%，when the oil mass concentration at the inlet is＞100 mg/L.

micro-bubbles swirl；dissolved gas water；oilfield wastewater

分析与监测

TE992

A

1005-829X（2016）04-0087-02

中国海洋石油总公司重大科技项目（CNOOC-KJ 125 ZDXM 26 THY NFCY 2013-01）

郑秋生（1983—），机械工程师，硕士。电话：022-25802116，E-mail：zhengqsh@cnooc.com.cn。

2016-02-20（修改稿）