油田污水处理系统核桃壳过滤器内部结构的优化改造

曲 直

(中海石油(中国)有限公司天津分公司辽东作业公司 天津300457)

1 滤料漏失原因分析

某海上采油平台配备了机械搅拌式核桃壳过滤器3 台，采取2 用1 备模式运行，设计参数如表1。在核桃壳过滤器运行一段时间后，其处理水质变差、滤料反洗效果降低，反洗水储罐内发现大量核桃壳滤料，对单罐核桃壳过滤器进行开盖内部检查，发现内部滤料减少30%，已无法正常过滤，严重影响了污水系统正常运行。核桃壳过滤器内部进行排查，根据内部结构，先后对内部进水管线、布水器及筛管法兰连接处、内部筛管、搅拌机构4 部分进行检查，发现搅拌机构与中心筒之间存在较大缝隙，即核桃壳过滤器搅拌电机轴承套与定板之间的缝隙较大，测量缝隙宽度为4～5 mm。平台采用的核桃壳滤料粒径为0.8～1.2 mm，当核桃壳过滤器处于反洗状态时，介质流向为下进上出，由于滤料松散，水能够携带滤料通过缝隙漏失，即反洗时滤料从缝隙进入到反洗储罐内[1]。故障照片如图1 所示。

表1 设计数据表Tab.1 Design data

核桃壳过滤器再生过程是采用搅拌使核桃壳在运动中相互磨擦，再通过内部布水器进行反洗达到去油、排污、再生目的[2]。根据其反洗模式和内部结构情况(图2)不难发现，在反洗过程中，由于搅拌叶轮的转动，中心筒内部密封部分会随着叶轮转动而与轴承发生磨损，在长时间的运行后，势必发生破损情况，出现裂缝，这是出现滤料漏失的主要原因。

图1 故障照片Fig.1 Malfunction photo

图2 内部结构照片Fig.2 Photograph of internal structure

2 内部结构优化

针对滤料漏失的原因，避免搅拌机构与入口配水器的直接接触是解决滤料丢失的有效方式。通过切断入口配水器与搅拌机构内部连接，重新分配内部筛管，可以从根本上解决滤料漏失问题。

2.1 筛管参数确定

原核桃壳过滤器内部原设计为8 根筛管，长度为1 000 mm，其入口进水管线与筛管内径为150 mm，优化前后筛管开孔率不变，材质不变，内径尺寸不变。优化后的筛管尺寸长度需满足原设计要求，筛管的过水面积与进口截面积之比相同。

入口管线截面积A，其中r是筛管内径尺寸：

原筛管过水面积S：

式中：D是入口进入管线与筛管内径，L是原筛管长度，K是常数，n是原筛管根数。

过流比M：

将筛管数量调整为6 根，内径尺寸D不变，满足过流比的前提下，计算筛管长度L，其中K是常数，n是筛管根数(6 根)，优化后的筛管长度L：

筛管数量调整为6 根后，其长度应满足1.27 m，所以新筛管选择的尺寸参数为外径 16 mm，长度1 200 mm，满足设计要求。

2.2 筛管分布方式调整

根据内部实际情况，结构特点、反洗方式等，对核桃壳滤器布水结构进行优化改造[3]。内部筛管由原来的星状辐射分布优化为水平平行分布[4]。筛管直接与布水器连接，切断其与中心筒连接管线，同时为了保证内部筛管的稳定，内部增加支撑点用于对筛管进行固定，防止由于平台晃动、反洗扰动等原因，使筛管法兰连接处发生松动脱落。内部结构优化前后简图如图3 所示。

图3 内部结构优化前(左)后(右)示意图Fig.3 Schematic diagram of internal structure before(left) and after (right) optimization

优化改造实物如图4 所示。将原布水器连接中心筒管线切割，焊接新的布水结构，并将中心筒处焊接封堵，使进入水不再经过中心筒。同时将原内部8 根筛管连接中心筒处进行切割，用钢板焊接封堵，从而水从缝隙通过，解决漏料问题。

图4 流程改造实物图Fig.4 Physical diagram of process modification

3 现场应用及效果

2019 年11 月某油田完成核桃壳B 罐的内部优化，核桃壳过滤器出口含油下降至5 mg/L，悬浮物下降至2.5 mg/L，达到注水水质要求，同时反洗流量明显增加，由原来的30 m3/h 上升至90 m3/h，达到设计反洗水量要求。

对反洗出口进行取样观察，未发现核桃壳滤料，连续观察一个星期，其正常过滤污水处理水质达标，反洗时未出现滤料流失情况。

4 结 语

通过研究和分析，核桃壳过滤器存在的主要问题是内部结构不合理，在运行过程中出现滤料漏失情况。为此提出核桃壳过滤器内部优化对策并进行了实施，有效解决了滤料漏失问题，污水系统处理水质得到提升，解决了实际生产问题，同时为其他油田解决核桃壳滤料漏失问题提供了经验借鉴。