振動式纖維束過濾器的研制與應(yīng)用

　　隨著我國油田開采逐漸進入中后期,注水量逐年上升,對水質(zhì)的要求也越來越高。污水精細過濾器作為污水回注的最后一個水質(zhì)把關(guān)單元,所起的作用也越來越大。目前油田用量較多的污水精細過濾器有纖維球過濾器和纖維束過濾器。　　纖維球過濾器以其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、處理量大等優(yōu)點成為油田注水主流精細過濾設(shè)備。但隨著使用時間的增加,纖維球過濾器因其結(jié)構(gòu)因素[1]暴露出以下問題:①每個纖維球均用線繩捆扎,球心密實、球表疏松,導(dǎo)致粘附于球心的雜質(zhì)和油污不易脫附,造成濾球不能徹底反洗,影響后續(xù)過濾水質(zhì);②纖維球濾料在濾罐內(nèi)處于隨機分布狀態(tài),濾床厚薄不一,導(dǎo)致同一平面內(nèi)的濾阻分配不均勻,造成濾床薄弱處易被擊穿;③纖維球由短纖維捆扎而成,在反復(fù)搓洗過程中,短纖維易脫落,脫落后的短纖維易將濾罐進、出口篩管堵死,影響過濾器正常工作流程?；谝陨显?纖維球過濾器在油田現(xiàn)場出現(xiàn)濾后水質(zhì)波動較大,不能穩(wěn)定達標;篩管堵塞頻繁,需要不定期停運清罐,致使注水生產(chǎn)不能連續(xù)有效進行。因此,纖維球過濾器已逐漸受到油田用戶的冷落。　　纖維束過濾器的結(jié)構(gòu)原理[2]與纖維球過濾器截然不同,濾料以纖維束的型式均勻懸掛在可以正、反交替旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)托盤上,濾料密實度(或濾床高度)由升降托盤來調(diào)節(jié)。正常過濾流程采用低進高出,水中懸浮物自然沉降,不污染濾料;反洗操作流程采用高進低出,濾層表面堆積的泥餅、油污很容易被沖掉。反洗時釋放纖維束的壓力,并正向、反向交替旋轉(zhuǎn)纖維束,提高了反洗的效率和效果,使反洗更徹底、更干凈,后續(xù)工作性能更加穩(wěn)定。纖維束過濾器的設(shè)計生產(chǎn)廠家以江漢機械研究所為主,自推出后,因其濾后水質(zhì)精度高、濾料反洗再生徹底、壽命長等優(yōu)點受到油田用戶的推崇。該過濾器整體為塔式結(jié)構(gòu),較纖維球過濾器復(fù)雜。由于受其結(jié)構(gòu)強度的,目前其單臺設(shè)計處理量最大為60 m³/h,只適用于油田小型污水處理站。　　在江漢、勝利、長慶等油田的應(yīng)用表明,在保持纖維束過濾器結(jié)構(gòu)原理不變的條件下,再適應(yīng)大處理量而放大過濾器的結(jié)構(gòu)尺寸將導(dǎo)致:①加工難度、運行成本、故障幾率呈幾何級數(shù)增加;②機械反洗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強度不足和反洗死區(qū)增大,影響后續(xù)處理效果。由此可見,有必要根據(jù)油田現(xiàn)場需要并著眼于油田后續(xù)生產(chǎn),從過濾器的反洗技術(shù)入手,再研制一種處理量大、過濾精度高、后續(xù)效果穩(wěn)定、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便的污水精細過濾設(shè)備。

　　技　術(shù)　分　析　　1.振動式纖維束過濾器結(jié)構(gòu)江漢機械研究所研制的振動式纖維束過濾器將原有TCL型過濾器的“塔式”結(jié)構(gòu)改為帶有封頭的“容器”式結(jié)構(gòu),如圖1所示。過濾器主要由液壓執(zhí)行機構(gòu)、容器體、上托盤、下托盤、纖維束濾料、上下進出水管匯等部件組成。

　　2.工作原理　　過濾時,下托盤上升,形成適當密實度的濾床,含油污水低進高出,油和機雜在濾床上得到吸附和攔截。反洗時,反洗水高進低出,下托盤在液壓執(zhí)行機構(gòu)作用下,作上、下往復(fù)活塞式振動,吸附在濾料上的油和機雜被擠壓沖洗出來,使濾料得以均勻反洗再生。　　3.結(jié)構(gòu)特點　　(1)該過濾器的濾料均勻懸掛在上、下托盤之間,且每束濾料粗細、長短一致,能很好地保證濾床的均勻性;　　(2)反洗執(zhí)行機構(gòu)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動,液壓系統(tǒng)具有較快的運行速度和過載保護性能,該系統(tǒng)的運用增加了過濾器的安全可靠性;　　(3)容器體采用上下焊接式橢圓形封頭,不但降低了設(shè)備高度,而且減輕了過濾器加工難度和成本,對水流的聚集和成型也有好處;　　(4)過濾時,液缸活塞桿收回,避免了桿體結(jié)垢和銹蝕的可能性;　　(5)液缸上裝有位移傳感器,用于監(jiān)測和控制活塞桿行程(精度達0.1 mm),對過濾器的過濾和反洗狀態(tài)可實時監(jiān)控,極大地改善了設(shè)備的操控性能;　　(6)過濾器將過濾升降機構(gòu)與反洗執(zhí)行機構(gòu)合二為一,統(tǒng)一由液壓系統(tǒng)的液缸來執(zhí)行,這使結(jié)構(gòu)大幅度簡化,可靠性得以大幅度提升。　　4.技術(shù)參數(shù)　　工作壓力:≤0.6MPa;　　工作溫度:≤80℃;　　處理量:≥150 m³/h;　　過濾前水質(zhì)要求:含油質(zhì)量濃度≤30 mg/L、懸浮物質(zhì)量濃度≤20 mg/L;　　過濾后水質(zhì):含油質(zhì)量濃度≤5mg/L、懸浮物質(zhì)量濃度≤3 mg/L、懸浮物粒徑≤2μm。

　　現(xiàn)場應(yīng)用情況　　1.運行狀況　　TCLW150/0.6Z型振動式纖維束過濾器樣機于2006年8月3日安裝在大港油田采油二廠莊大站,8月21日正式投入工業(yè)運行,截至2006年12月10日,已累計工作達110 d,累計處理水量3.96萬m³。目前處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。　　莊大站污水處理流程為:井上來液→三相分離器→緩沖罐→除油罐→核桃殼過濾器→振動式纖維束過濾器。處理量為150 m³/h。整體工藝處理水質(zhì)達到低滲透油層A3級注水水質(zhì)指標[3]。反洗采用濾后水,反洗流量150 m³/h。　　2.運行水質(zhì)數(shù)據(jù)處理及分析　　以2006年10月28日為例,過濾器進、出口水質(zhì)情況如圖2和圖3所示。

　　由圖2和圖3可以看出,在1個過濾周期內(nèi),由于反洗較為徹底(每次反洗水量在50m³左右),過濾剛開始水質(zhì)就呈達標狀態(tài);在反洗2 h后,水質(zhì)呈穩(wěn)定狀態(tài);在反洗后24 h期內(nèi),水質(zhì)呈穩(wěn)定達標狀態(tài);過濾時間達24 h時,水質(zhì)略微超標。這表明過濾及反洗參數(shù)設(shè)計得比較合理,有利于現(xiàn)場操作管理。　　由圖中可以看出,雖然過濾器進口水質(zhì)(即原流程注水水質(zhì))指標波動較大,但過濾器出口水質(zhì)相對保持平穩(wěn),這說明該過濾器抗負荷沖擊能力較強。　　為了對過濾器的過濾性能做更全面的認識,列出運行開始3個月過濾器在反洗后同一時段水質(zhì)化驗的結(jié)果(見表1)。

　　從表1中可以看出,過濾器來液水質(zhì)的含油質(zhì)量濃度和濁度兩項指標波動變化較大,反映出現(xiàn)場水質(zhì)的不穩(wěn)定性;但同時也可以看出,不穩(wěn)定來液經(jīng)過過濾器處理以后呈現(xiàn)出穩(wěn)定達標狀態(tài),這進一步說明了該過濾器有著良好的過濾、反洗性能和抗負荷沖擊能力。

　　結(jié)　　　論　　(1)振動式纖維束過濾器出水含油質(zhì)量濃度和懸浮物含量兩項指標均達到了設(shè)計要求,即達到了SY/T 5329—94“碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標及分析方法”中低滲透地層注水水質(zhì)的要求。　　(2)雖然過濾器進口水質(zhì)(即原流程注水水質(zhì))指標波動較大,但過濾器出口水質(zhì)相對保持平穩(wěn),這說明該過濾器具有良好的過濾性能和反洗性能,后續(xù)處理效果穩(wěn)定可靠,且具有較強的抗負荷沖擊能力。　　(3)在使用這種過濾器以前,莊大站的注水水質(zhì)長期不達標,經(jīng)過這種設(shè)備過濾處理,該站的注水水質(zhì)指標完全達到了地質(zhì)注水要求(含油質(zhì)量濃度≤10 mg/L、懸浮物質(zhì)量濃度≤5 mg/L、懸浮物粒徑≤3μm、總鐵質(zhì)量濃度≤2 mg/L)。　　(4) TCLW150/0.6Z型振動式纖維束過濾器結(jié)構(gòu)簡單,反洗原理獨特,整體設(shè)備具人性化設(shè)計,操作簡單,運轉(zhuǎn)靈活,納污及反洗再生能力強,是含油污水精細過濾領(lǐng)域較理想的產(chǎn)品。