EDUR泵气浮技术的应用

针对油田稠油污水水温高溶气效果差、含油和悬浮物浓度高，油水密度接近等特点，在充分吸收DAF和CAF气浮技术的基础上，首次将EDUR气液多相泵应用于高温含油污水的气浮处理。通过在相同进水条件下的工程现场实际运行数据对比，EDUR多相泵气浮具有气浮效率高、微气泡直径小、操作维护简单、工程造价和运行费用低等诸多优点。应用EDUR气液多相泵处理高水温超稠油污水，油和悬浮物去除率均高于95％。一、前言随着油田开采进入中后期，采出的原油含水量高达60~70%，有的油田甚至已高达90% [1]。大量的含油污水直接排放到水环境中，一方面造成严重的环境污染，同时也造成宝贵的水资源和油资源的严重浪费。关于油田采出水处理，国内外有不少成果已见 导，其中气浮工艺在含油污水处理中发挥了较大的作用[2-8]。但对于稠油污水，由于稠油污水水温高、含油量大、所含污油粘度大、流动性差、比重与水接近并且乳化严重，目前油田通常采用一级或二级混凝沉降的方法加以处理[9]，由于污水水温高，一般在65~75℃左右，直接影响了混凝沉降的效果。而常规含油污水处理的气浮工艺由于本身存在的技术缺陷，不能适应高水温、高含油、高粘度污水处理的需要。常规加压溶气气浮的不足之处是释放头易堵塞、水温高溶气效果差、操作维护要求高、工程造价和日常运行费用较高［10，11］。因此针对上述传统溶气气浮的缺点，我们采用气液多相溶气泵（EDUR）技术，和传统的加压溶气气浮技术相比，EDUR溶气泵在进水端吸入空气，利用泵内特制叶轮的多次切割，达到泵内溶气的目的。该气液多相泵气浮技术省却了溶气罐、空压机、稳压罐、回流泵、溶气释放头，工程造价低，运行费用低，操作维护简单，可以取代传统溶气气浮（DAF）、涡凹气浮（CAF）、射流气浮，尤其适合于油田稠油和超稠油污水处理，以及原有气浮工艺的技术改造。二、气浮在油田水处理中的应用现状石油在开采过程中地下水与原油一同回到地面，称为采出液。采出液通过适当的方式，实现油和水的初步分离。原油作为产品，输送至下游加工，脱出的水称为含油污水进入污水处理站处理，一般含油量在1000mg/L左右。以辽河油田为例，每天产生含油污水约为15x104m3/d，污水处理后的出路主要回注地层以补充地层的能量，其污水去向如图1所示。图1 处理后油田污水去向油田污水根据其含油的种类可分为轻油、重油污水，以辽河油田为例，稠油污水占有较大的比重，而稠油污水的处理也更具难度。图2是辽河油田污水种类的分布。图2 辽河油田污水种类分布据调查，胜利油田、尤其是新疆油田稠油比例逐年增加，相应的稠油污水产生量也逐年提高，因此对稠油污水的处理技术提出了更严格的要求。八十年代末期，为适应稠油污水处理的要求，辽河油田首先引进了国外诱导浮选机，并对其进行了测试和研究。试验和实践均证明，浮选技术比较适用于油水密度差小的稠油污水的除油。从那以后，陆上油田的除油流程渐渐由早期的沉降、过滤，发展到沉降、浮选、过滤的模式。国内厂家在仿制的基础上，将溶气浮选引入油田污水处理。国外厂商也开始将改进或改型的浮选设备介绍到国内。表1给出了一组实际运行数据。表 1 浮选设备运行数据序号站名浮选机类型进水含油mg/l 出水含油mg/l 效率% 污水性质1 渤西油气处理厂诱导、国产 15.1 3.55 76.49 稀油污水2 渤西油气处理厂诱导、国产 16.1 10.6 34.16 稀油污水3 辽河油田兴一联溶气、国产 26.7 10.3 61.42 稀油污水4 四川天东31井 CAF涡凹 27.4 5 81.75 稀油污水5 四川月东3井 CAF涡凹 52.5 5.6 89.33 稀油污水6 四川玉科1井 CAF涡凹 11.0 0.6 94.55 稀油污水7 辽河油田洼一联溶气、国产 66.4 18.8 71.69 稠油污水8 辽河油田曙四联诱导、国产 139.4 25.4 81.78 稠油污水诱导气浮是辽河油田引进美国WEMCO公司的专利设备，后经国内厂家仿制的气浮产品，由于动力消耗高，对稠油污水处理效果不理想，90年代末期以来已基本上退出运行。涡凹气浮（CAF）目前在处理常温稀油污水中发挥了较大的作用。表2是以处理5000m3/d常温稀油污水各种气浮设备的性能对比。表2浮选机使用性能对比对比项目 WEMCO CAF DAF设备价格（万元）55 83 59占地（m2） 23 36 43运行电机功率（KW） 40 5.13 60抗负荷变化能力差好一般配套设施一般少多自动控制实现一般较易较难维护工作量大小大产生气泡大小最大较大小后段是否提升是是否根据上述比较， CAF浮选机占地面积小，运行费用低，抗负荷能力强，配套设施少，自动控制，维护工作量小，使用方便等，在常温稀油污水处理中CAF浮选机占有较大的优势。然而，对于高温稠油污水，由于CAF气浮主要依靠射流泵叶轮在池内高速旋转产生负压吸入空气，高速旋转的叶轮再将吸入的空气切割成小气泡，气泡直径大，对于高温稠油污水处理效果较差。三、EDUR多相泵的基本原理空气在水中的最大溶解量主要取决于空气在水中的饱和压力、水温和水质，压力越高、水温越低，则空气在水中的溶解量越大。对于气浮而言，希望得到尽可能多的溶解空气，但要避免或控制空气的过剩。传统的溶气气浮（DAF）是利用空压机将压缩空气打入溶气罐，在溶气罐内实现溶气的目的，溶气量的大小取决于溶气罐内的液位和溶气罐的操作压力。由于气液在溶气罐内处于动态变化，因此给日常操作维护带来了很大的困难，而且，DAF微气泡的产生主要依靠释放器的压力释放，对于高悬浮物、高含油污水，不可避免地造成压力释放器的堵塞。涡凹气浮（CAF）是利用射流泵叶轮在池内高速旋转产生负压吸入空气，高速旋转的叶轮将吸入的空气切割成小气泡，从而实现气浮的目的。尽管CAF在DAF的基础上得到了很大的提高，取消了DAF的溶气罐等附属设备，但是气泡的产生依赖于叶轮的高速切割，以及在无压体系中的自然释放，气泡直径大、动力消耗高，尤其对于高水温污水的气浮处理，CAF处理效果难如人意。埃杜尔（EDUR）气浮装置吸收了CAF切割气泡和DAF稳定溶气的优点，采用德国进口专利溶气泵作为回流泵，气体在泵进口管道直接吸入，利用EDUR气液多相溶气泵特殊的叶轮结构，在泵内建立压力的过程中产生气液二相充分的混合并达到饱和，高速旋转的多级叶轮将吸入的空气多次切割成小气泡，并将切割后的小气泡在泵内的高压环境中瞬间溶解于回流污水中。这种特殊结构的气液多相泵产生的气泡直径小于30微米，吸入空气最大溶解度达到100％，溶气水中最大含气量达到30％，泵的性能在流量变化和气量波动时十分稳定，为泵的调节和气浮工艺的控制提供了极好的操作条件。四、EDUR泵气浮处理效果辽河油田杜84超稠油污水处理站处理水量5000m3/d，采用部分回流加压溶气气浮。进水水温：750C，气浮进水含油≤200mg/L，悬浮物≤1000mg/L, 原设计溶气水量（回流比）：30％，溶气罐操作压力为5 bar(表压)，气浮表面负荷：5－10m3/m2.h，气浮池为钢筋混凝土结构，单格尺寸为15x4x4.5m(LxBxH)，共三格。由于水温高溶气效果不好，投产运行以来处理效果较差，释放器和溶气罐中的填料经常被悬浮物和稠油堵塞。通过技术比较，气浮改造时选用一台EDUR多相泵，型号：LUB603E150L，水量：30m3/h，压力：5bar，电机功率：15kw。保留原有气浮池一格作为溶气气浮，另二格改造成EDUR多相泵气浮，处理水量为4000m3/d。改造后的气浮工艺如图3所示。9 85 761 542 3（1 进水管 2 气浮接触区 3 集水管 4 气浮出水 5 EDUR溶气泵6 吸气口 7 收渣槽 8 刮渣机 9 溶气水管）图3 EDUR气液多相泵气浮改造工艺改造后的EDUR多相泵气浮工艺取消了原有加压回流溶气气浮工艺的溶气罐、释放器、空压机、稳压罐、溶气罐液位控制系统，利用EDUR多相泵代替原有的回流泵，实际运行操作过程中，控制回流量25m3/h（回流比15％），泵出口压力为6 bar，压力释放通过支管的截止阀。运行过程中发现EDUR泵产生的微气泡密实、2／3池表面可见白色微气泡，粘附微气泡后的油和悬浮物上浮速度快，浮渣密实，不易下沉。图4是加压溶气气浮和气液多相泵气浮工艺在相同进水水质情况下，连续稳定运行一个月的工程实测出水水质对比数据。图4 加压溶气气浮和多相泵射流气浮效果对比在进水含油200mg/L，悬浮物含量为1000mg/L左右的进水水质条件下，尽管加压溶气气浮回流比为30%，气液比15%，而气液多相泵回流比为15%，气液比10%，气液多相泵气浮的出水水质明显优于加压溶气气浮的出水水质，油和悬浮物的去除率达95%以上。而且，EDUR多相泵没有释放器、溶气罐等易堵塞部件，通过调节进气和进水阀门即可方便地调节气液比，操作管理十分方便。由于省却了溶气罐（Φ600, H3.5m，p=0.5mpa 二个），空压机（Z-0.1/0.7, N=1.5kw, 二台），回流泵（IS65-40-200，N=7.5kw, 二台），释放器（TV-II，20个），储气罐（Φ1000, H2m, p=1.0mpa, 一个）以及阀门和管路等诸多配套设施，采用EDUR泵代替溶气气浮，可节约工程投资40％，运行费用节约30％。五、结论针对油田稠油污水水温高溶气效果差、含油和悬浮物浓度大，油水密度接近等特点，在充分吸收DAF和CAF气浮技术的基础上，首次将EDUR气液多相泵应用于高温含油污水的气浮处理。和常规的加压溶气气浮工艺（DAF）相比，EDUR气液多相泵气浮工艺取消了溶气罐、释放器、空压机、稳压罐等附属设备，利用EDUR泵代替回流泵。和涡凹气浮（CAF）相比，在吸收了CAF叶轮切割气泡的基础上，在泵内高压环境中达到溶气的目的。通过在相同进水条件下的工程现场实际运行数据对比，EDUR多相泵气浮具有气浮效率高、微气泡直径小、操作维护简单、工程造价和运行费用低等诸多优点。应用EDUR气液多相泵处理高水温超稠油污水，油和悬浮物去除率均高于95％，可节约工程投资40％，运行费用节约30％。