加气浮选器用于含聚污水处理改造研究及应用

（中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452）

摘  要：渤海油田某中心A平台加气浮选器B受聚合物返出影响，及长期使用过程中设备老化，溶气功能基本丧失，除油效果不佳。为提高水质，重新布置内部结构^[1]，优化溶气系统，提升溶气气浮的除油效果，改造后气浮出口水质明显改善，气浮改造取得成效。

关键词：旋流器；气浮；含聚污水；流程改造；降本增效

某海上自营油田中心A平台采用斜板除油器、加气浮选器和核桃壳过滤器三级污水处理工艺，处理合格后的污水进行回注。随着注聚开发的全面开展，聚合物返出物^[2]在生产流程中处理难度不断增大，含油污水乳化程度高，各设备的处理压力大。A平台的两台加气浮选器因长期运行、设备老化等原因，虽经多次改造，除油效果不佳。加气浮选器B从进出口生产污水含油数据来看，进口含油约为130mg/L，出口含油约为128mg/L，除油效率仅为1.5%，加气浮选功能基本丧失，仅相当于沉降罐，处理效果很差，严重制约着系统处理能力和处理效果。

经综合调研分析，我们通过参考旋流、斜板、溶气气浮的设计对加气浮选器B进行改造，恢复设备的净水除油能力。

1 技术原理介绍

本次加气浮选器改造^[4]就是旋流除油、斜板除油、溶气气浮除油三种工艺结合起来，以此来提升了除油效率，增加了对稠油和聚合物驱污水的处理效果。

1.1 旋流装置设计特点

为满足改造完成后最大处理污水量达到原设计处理液量 1008m3/h要求，在罐体进液口处增加水力旋流器[4]，利用其离心力场，加速介质中固体颗粒沉降和强化不同组分介质的分离过程。当介质以渐开线、切线或螺旋线方式由进液口射入筒体后，在强大离心力场的作用下迅速完成其全部的分离过程。

根据《水力旋流器工艺计算》中，生产能力计算公式：

紧凑式气浮推荐截面流速不大于 0.15m3/s，按处理量 1000m3/h 计算设备直径D=1.53553m，故设计尺寸旋流器直径为 1600mm。

1.2 斜板溶气装置设计特点

通过使污水的乳化油和分散油或水中悬浮颗粒粘附在气泡上，增加其在斜板填料组中的上浮速度，从而减少了悬浮物、聚合物对填料的堵塞，同时斜板填料组的存在增加了设备的工作面积，从而增加了气浮装置的处理量。

（1）独特的斜型结构设计，保证了浮选机内水流处于完全的层流状态，表面负荷小于2.5m/hr（0.7mm/s），大大提高了分离效率；

（2）浮选机腔内设置的斜板斜角60°，可以使絮体在斜板内部浮上的过程中发生二次的絮凝反应，增大颗粒的尺寸，提高分离效率；

（3）针对不同水质设计的防堵释放器，能保证生成非常均匀细小、适合处理对象的浮选气泡；

（4）独特的斜罐高压溶气技术，免去了大体积的溶气罐，溶气压力可以达到0.6MPa，溶气量大，加强了气浮挟污能力，可以处理含油量大、悬浮物浓度高的污水；

（5）逐级式配水进、出水器，使进水在整个横截面上分布更均匀，进、出水层流更稳定。

1.3 内部结构特点

本次气浮改造的原则是在尽量保持原工艺流程的情况下，重新布置内部结构，优化溶气系统，提升溶气气浮的除油效果。改造后，加气浮选器提高了溶气压力，增加了溶气量，改变了污水在设备中的运行流向，减少了气体对浮渣扰动，改变了进水方式，使布水更均匀，为浮渣上浮提供了有利条件，并针对聚合物返出现象进行了补液、收油、排污装置流程的优化。

新的内件结构主要分为三个部位：前端预处理部分，中部主处理部分，末端收油部分。

1.3.1 前端预处理部分

在筒体前端2570mm处设置堰板，隔出筒体前端位置进行一个溶气水介质预处理：入口管线进入罐内后连接三通，下部为溶气水进口，上部开一方孔作为旋流板释放器的起点口，介质与溶气水混合后从方孔进入到旋流板释放器，增加混合液内气体效率，让混合液内气体尽快释放出来，气泡裹挟着介质中的油上浮至上表面；在预处理区上部设置收油槽，用于前端预处理部分上浮的油的收集。

1.3.2 中部主处理部分

在筒体中部空间筒体270°位置，设置液体分布半管，连通前端预处理空间，半管布满整个中部空间，使预处理过的介质均匀分布进入主处理部分的斜板填料区。在分布半管下方加装6个进气口，增加介质中的气泡含量和密度，中部集水区内部新增斜板组件，采用浅池沉淀原理，设置的斜板斜角60°。粒子接触到斜板，在浮力作用下，它能够逆着水流方向上升，缩短油粒上浮距离，保证水流处于完全的层流状态，液液分离彻底，絮体在斜板内部浮上的过程中发生二次的絮凝反应，增大颗粒的尺寸，提高分离效率。

介质由上向下经过斜板除油填料，对介质做最后的除油处理，中部中间筒体90°位置，设置一个出水口，处理过的介质由中部空间下部汇集到出水口流出。

1.3.3 末端收油部分

在容器末端空间用堰板隔出收油空间，用于油的收集和排除，整个中部空间上部设置收油槽，将收集的油汇集导入到筒体末端的收油部分。

2  改造应用效果

加气浮选器B自2021年9月21日改造后运行约1个月的时间，处理量约为1000m3/h；其运行的溶气压力为0.55Mpa，溶气量约为10m3/h，收油频次、排污频次均保持在每日2次，操作液位3200mm。

2.1 除油效率显著提高

加气浮选器B罐投入运行后，在气浮入口含油基本保持稳定的情况下，气浮出口水质明显改善,污水含油由之前的130ppm左右降至70ppm，除油效率由之前不超过5%，提升至55%左右，提高近11倍。

2.2 流程将波动能力增强，减少化学药剂使用量

适当提高加气浮选器入口含油后，其出口含油仍可保持较高的除油效率，显示出一定的抗波动性。当入口含油高达271mg/L时，出口含油仍能维持在95 mg/L，除油效率可达64%。流程抗波动能力增强可以进一步降低清水剂的使用浓度，一定程度减少药剂的消耗量。

2.3 减少操作人员工作强度

改造前，由于刮渣机失效，需人员罐顶调整水室挡板进行人工收油，每2小时收油一次，工作量巨大，改造后收油工作量减小，只需中控人员控制建立操作液位，工人的劳动强度明显降低。

3  结束语

（1）通过此次改造，加气浮选器B的处理能力得到恢复，可以延长核桃壳过滤器滤料的使用寿命，减少滤料的更换次数。目前，核桃壳过滤器入口含油70mg/L左右，较之前降低约60mg/L，处理压力减小明显，预估可延长核桃壳过滤器清洗周期一倍，节省滤料成本费用45万元/年。

（2）加气浮选器针对含聚污水的改造在A平台试验取得良好的效果，提供了一个成功经验案例。该技术对于加气浮选器除油效率的恢复有较大作用，同时大大减少了人员现场工作量，在注聚油田污水处理流程具有一定的推广应用价值。

参考文献

[1] 刘海艇. 加气浮选器设备内部优化改造与应用[J]. 化工管理. 2019,(03)

[2] 周长武，张振友，黄海龙等. 海洋石油平台含聚生产污水处理工艺研究[J].石油和化工设备. 2012,15(05)

[3] 刘星，万泊宏，李强，张仁君. 加气浮选器除油率提升措施及应用[J].中国石油和化工标准与质量. 2019,39(23)

[4] 林高钦.海底井口污水除油旋流器分离效率与参数优化研究[J].浙江大学硕士电子期刊.2013,S2

[5] 尚志荣，张千东，高永.提升斜板除油器污水处理能力的技术研究[J].石化技术. 2021,28(02)

       来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第11期  在线投稿  >>