油田污泥离心减量处理工艺研究

孙晁，任增珺，李官政，程中海，张逾，李国勇，徐靖岩



油田污泥离心减量处理工艺研究

孙晁，任增珺，李官政，程中海，张逾，李国勇，徐靖岩

（中石油山东输油有限公司，山东 日照 276800）

在油田的开采过程中，会产生大量的油田污泥，造成运输费用及后续无害化处理费用的增加。因此需要进行污泥的浓缩减量处理。以卧螺离心机为关键设备，设计了一套离心式污泥减量化处理工艺。通过现场试验得到转速、差速、进泥量、絮凝剂投加量四个影响因素对减量效果的作用规律。在一定范围内，转速越高、差速越低、进泥量越少、絮凝剂投加量越大，被处理的污泥含水量就越少。利用单因素方法，优化得到的最佳工艺参数为进泥量6 m3/h、转速2 450 r/min、差速8 r/min时，加药量大小350 g/m3，污泥含水率由离心机入口的87.15%下降到离心机出口的46.37%。

油田污泥；卧螺离心机；减量处理；工艺设计

随着水驱、聚驱、三元复合驱等采油技术不断应用在油田，大量的水、化学助剂和微生物菌剂注入到油田的地下，并且油田地面也建造起数量庞大的井、站系统。这些污水和药剂的注入，伴随着生产系统产生了大量的油田污泥。油田含油污泥中的石油包括烷烃、环烷烃、烯烃、胶质及沥青质等，《国家危险废物名录》中明确规定含油污泥属于危险废物，若不进行及时处理，会威胁周围环境，还需缴纳1 000元/t的危险废物排污费，给企业造成经济负担。

现阶段超声波预处理法、焚烧法、热解法、萃取法等为处理油田污泥的主要无害化方法[1-5]。超声波预处理法会使污泥产生海绵效应，并且局部发热，从而提高污泥的脱水能力。仅利用强度低和时间短的超声波，能够使被处理的污泥含水率降到85%以下，并且减少絮凝剂用量达25%～50%。焚烧法具有减容效果显著，消灭病原菌，处理比较安全的优点，是含油污泥处理的主流工艺，焚烧每吨污泥耗油18.5kg，处理成本高。热解法是在缺氧状态，利用热解把含油污泥的重质组分转化为轻质组分，回收挥发性和半挥发性有机物组分。萃取法利用溶质在溶剂中的不同溶解度，可以较好的抽提较轻的油组分，遗留重油组分，需要结合其他工艺处理泥渣。以上几种污泥无害化处理方法产生的运输成本高和后续处理难度大，为保障无害化处理装置的处理效率，需要提前对油田污泥进行脱水处理，从而降低成本。

由于油田井站大多分布距离较远且数量居多，运用调质-机械分离法对油田污泥进行减量化处理，要综合考虑处理量、能耗、费用等因素[6-8]。本文考虑以上因素优化设计一套油田污泥离心减量工艺，并且利用现场试验，分析不同因素对减量效果的影响规律，得到含油污泥最佳处理参数。

1 卧螺离心机的结构及工作原理

图1为卧螺离心机的结构图。图中无孔转鼓7和输送器4为两个同心回转部件，分别装在机壳6内的主轴承3和8上。转鼓由主电动机通过三角皮带轮2带动旋转。左轴承处的空心轴与行星差速器9的外壳将转鼓连接，螺旋输送器在行星差速器的输出轴的作用下与转鼓同向旋转。

1-进泥管入口；2-三角皮带轮；3-前端轴承；4-螺旋输送器；5-进泥孔；6-机壳；7-转鼓；8-尾端轴承；9-行星差速器；10-过载保护装置；11-溢流堰板；12-排渣孔；13-主电动机

污泥悬浮液首先经过中心进泥管1进入螺旋输送器内筒，然后经过加料隔仓的进泥孔5进入转鼓内。通过离心力的作用，污泥悬浮液在转鼓内形成环形液池，受重力的影响，质量较大的固体粒子离心沉降到转鼓内表面，形成沉渣，在螺旋叶片和转鼓的相对运动下，沉渣被螺旋叶片推送到转鼓小端的干燥区，通过排渣孔12被排出。溢流堰板11在转鼓的大端盖边缘，分离出污泥固体粒子的液体便从此处溢流而出，经机壳的排液室排出。

2 含油污泥离心减量处理工艺

图2所示为综合考虑卧螺离心机的性能结构、工作原理及处理效率的影响因素，优化设计的油田污泥离心减量处理工艺。从图中可知，含油污泥首先要进行人工清淤，利用锅炉中的热水，通过射流将其剥离，然后排放至沉降罐外的缓冲水池，通过沉没泵含水污泥被泵送进入调质搅拌罐内加热、搅拌，污泥被搅拌均匀后，再在搅拌罐内加入絮凝剂，污泥中的悬浮物及固体颗粒便开始絮凝，在离心运动中被分散破碎的固体颗粒进行聚结沉淀，由于调质搅拌罐的搅拌作用，絮凝剂的用量被大大降低。最后通过离心减量处理，从污泥中脱掉的水进入回收水池，浓缩减量后的污泥则被装车外运。

图2 污泥离心减量处理工艺流程图

3 工艺参数优化

污泥在离心处理前后的含水量是现场试验效果的评价指标，借鉴中国石油大学公开的测定样品中油或水含量的装置及方法[9]，采用萃取、分馏、烘干的方法对污泥进行检测，得到含水量和含固量，通过做差得到含油量。化验得到调质罐内的污泥含水率为87.15%。利用单因素优化方法，依次针对转速、差速、进泥量、加药量四个因素对处理效果的影响进行研究，并优化得到现场最佳运行工艺参数。

3.1 转速

调整离心机的转速，对污泥在不同转速下的处理效果进行研究。以处理后污泥含水率为评价指标，优化得到离心机的最佳转数。为保证转速与样品的一致对应，取样时间控制在转数被调整10 min后。当取转速为2 000~2 800 r/min，差速为8 r/min、进泥量为7 m3/h、加药量为200 g/m3时，污泥的含水率与转速的变化规律，如图3所示。

图3 转速对处理效果的影响

当转速在2 000 ~2 450 r/min的范围内，随着转速的增大，污泥含水率降低，分离效果越好。但随着转速继续增大，超过2 450 r/min后，污泥的含水率反而增高，含油污泥不易沉降。这是因为含油污泥通过絮凝作用形成的胶合物不是很稳定，在一定的外力作用下又会分开。含油污泥内部由架桥作用和范德华力牵引结合在一起，包括高分子絮凝剂、固相和含油胶粒。虽然高分子絮凝剂、固相和含油胶粒作为整体看待后，其密度比油水混合物的密度略大，但三者又是相互独立的个体，相比而言，较大含油率的胶粒密度比高分子絮凝剂的密度要小，存在密度差。因此，当离心机转速继续增大，由于密度差的影响，离心力也随之增大，当该离心力大到超过于相对稳定的胶合物内部组成之间的架桥作用和范德华力合力时，絮凝作用被破坏，胶合物稳定性变差，因而出现转速超过2 450 r/min后，转速增加，处理效果反而变差的现象。所以，需选定2 450 r/min的转速进行接下来的现场试验。

3.2 差速

离心机主要通过转鼓和螺旋输送器的差速推动固体实现固液分离。差速的大小对处理效果具有重要的影响。在转速2 450 r/min，差速8~12 r/min、进泥量7 m3/h、加药量200 g/m3的工艺参数下进行现场试验。得到差速和处理效果之间的变化规律如图4所示。

图4 差速对处理效果的影响

在试验中，随着差速的增加，污泥的含水率逐渐增加，当差速控制在8~10 r/min范围内，污泥含水率增速较缓，当差速超过10 r/min后，污泥含水率增速较快。出现此情况，主要因为离心机排固量受差速的影响，污泥脱水时，应控制差速在较低范围内，否则差速过高，会加大转鼓内流体的扰动作用，流体对转鼓内壁沉积固相的冲刷也会加剧，从而影响分离效果。但并非差速越低越好，差速过低，污泥的输送效率又会明显降低，差速器容易扭矩过大而被损坏，因此，选定差速8 r/min进行接下来的试验。

3.3 进泥量

污泥的进入量决定了整套工艺的处理负荷，进泥量增加，工艺的处理负荷也随之增加，污泥在离心机内的停留时间便长，从而影响污泥的处理效果。在转速2 450 r/min、差速8 r/min、进泥量6~10 m3/h，加药量200 g/m3时，得到污泥含水率随进泥量变化的规律如图5。

图5 进泥量对处理效果的影响

由图5可知，脱水后的污泥含水率随着进泥量的增加而增大。因为转鼓高速旋转时产生的离心力迫使固相紧贴转鼓内壁，液相次之。在螺旋输送器螺旋叶片轴向力的作用下，把污泥紧紧压在转鼓锥段处，在堆积挤压的作用力下，固相随着螺旋输送器的螺旋流道从出泥口排出，液相从出水口排出。进泥量的增加，降低了单位体积污泥在离心机内的停留时间，导致处理效果变差。因此，污泥进量保持在较低水平有助于提高处理效果，选定进泥量6 m3/h进行接下来的加药量试验。

3.4 加药量

絮凝剂的投加可以使污泥中分散的物质絮凝，增强离心作用下的液固分离效果。在卧螺离心机的转速为2 450 r/min、差速为8 r/min、进泥量为6 m3/h时，加药量控制在200~450 g/m3范围内，获得加药量与处理效果之间的变化规律，如图6所示。

图6 加药量对减量效果的影响

加入絮凝剂前，污泥颗粒带有负电荷，电位相同，彼此排斥，加入絮凝剂后，能够使污泥颗粒电位降低，致使污泥颗粒相互吸引，加之絮凝剂自身的吸附架桥作用，能够吸附许多絮状物，形成较大絮团，这些絮团在离心力和重力的作用下分离沉降。由图6可知，污泥的含水率随着絮凝剂加入量的增加而降低。当加药量在200~350 g/m3区间内逐渐增加时，污泥含水率的下降速率相对较快。当加药量在350~450 g/m3范围内逐渐增加时，污泥含水率的下降速率相对较慢。此外，试验中调质装置将污泥维温在60 ℃，这有助于药剂絮凝作用的更好发挥。因为水的粘度与温度有关，温度处于较高水平则降低了水的粘度，增强了水中固相和含油胶粒的布朗运动，使其碰撞几率增加，加速了固相与含油胶粒的脱稳凝聚。综合考虑加药的经济成本和处理效果，选定加药量为350 g/m3。

最终得到的最佳的工艺参数为转速2 450 r/min、差速8 r/min、进泥量6 m3/h时，加药量大小350 g/m3，在该工艺参数下，污泥含水率由离心机入口的87.15%下降到离心机出口的46.37%。

4 结论

（1）以卧螺离心机为关键设备，在污水站原有设备设施基础上，提出一套油田污泥离心减量处理工艺。

（2）通过应用污泥离心减量处理工艺，利用单因素方法试验分析影响油田污泥含水率的转速、差速、进泥量、加药量等工艺参数。得出，在一定范围内，离心机的转速越高、差速越低、进泥量保持在较低水平、絮凝剂的加入量越大，有利于降低出泥口的污泥含水率。

（3）油田污泥减量工艺的最优参数为转速2 450 r/min、差速8 r/min、进泥量6 m3/h时，加药量大小350 g/m3，在该工艺参数下，污泥含水率由离心机入口的87.15%下降到离心机出口的46.37%，脱水效果最佳。

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Study on Concentration of Oilfield Sludge by Centrifugal Reduction Treatment

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（PetroChina Shandong Oil Transportation Co.,Ltd.,Shandong Rizhao 276800, China）

In the process of oil field exploitation, a large amount of oil sludge will be produced, which will result in the increase of transportation cost and the cost of subsequent harmless treatment. So it is necessary to carry out sludge concentration reduction treatment. In this paper, a set of centrifugal sludge reduction treatment process was designed with the horizontal screw centrifuge as the key equipment. Through the field test, the effect of four factors including rotational speed, differential speed, amount of sludge and flocculant dosage on the reduction effect wasinvestigated. The results showed that, within a certain range, the higher the rotational speed and the lower the differential speed and the less the amount of sludge and the greater the amount of flocculant, the lower the water content of treated sludge. By single factor optimization method, the optimal parameters were obtained as follows: the rotational speed 2450r/min, the differential speed 8 r/min, the feeding quantity of sludge 6 m3/h, the flocculant dosage 350 g/m3. Underabove conditions, the average water content of sludge was decreased from 87.15% to 46.37%.

oilfield sludge; horizontal screw centrifuge; reduction treatment; process design

2017-11-02

孙晁（1988-），男，助理工程师，硕士研究生，河北省廊坊市人，2015年毕业于东北石油大学石油与天然气工程专业，研究方向：长输管道掺混输送与风险评价、油气集输与采出液处理。E-mail: sunchaosky@163.com。

TE97

A

1004-0935（2017）12-1213-04