GLC-320体外搓洗式过滤器的研究与应用

1.核桃壳过滤器应用现状　　
　　油气田采出水处理中目前采用的核桃壳过滤器,多采用机械搅拌式反冲洗方式,即通过深入滤罐内的叶轮高速旋转,在叶轮中心部位形成低压区,从而造成叶轮外沿向其中心部位翻腾的流态,带动介质的翻腾,使介质颗粒间相互碰撞、摩擦,达到除去其表面所吸附污油的目的,使介质最大限度地恢复到原始状态。
　　虽然机械搅拌式核桃壳过滤器具有结构简单、操作方便等诸多优点,但是从各厂家生产的核桃壳过滤器在各油田的使用情况来看仍存在一些问题。
　　一是上筛网在运行中屡屡出现堵塞甚至冲翻的情况,特别是在进口含油量较高的情况下,更容易出现这种现象。分析起来,除了进口含油量可能过高,致使油污堵塞了筛网孔隙外,还有另一个内在的原因,那就是由于叶轮旋转形成的旋转流态对滤罐下部的冲刷作用,使滤罐下部不易堵塞,而流体对滤罐上部的冲刷作用比下部要小得多,因而介质中的小颗粒便高速嵌入上筛网缝隙中,当上部的堵塞率达到一定程度之后,其上下部便形成了一个很大的压差,直到将上筛网冲翻。同时,在这种方式的反冲洗过程中,其核桃壳介质是充满整个滤罐空间,故介质中的小颗粒便很容易嵌入筛网的缝隙中,从而加剧了上筛网的堵塞现象。例如,我厂生产的GLW180/0.6-2过滤器,于1999年11月在江汉油田王一站投产运行后,2000年2月下旬,王一站工作人员反映反冲洗排污不畅,压力表显示压力已达到0.7MPa,超过了设计压力上限0.6MPa,滤罐因此时常憋压。经打开罐体,发现黑黑的一层油浮在罐体上表面,从罐体下部放了一部分水后,露出了上筛网,拆下检查,发现介质将整个上筛网堵塞。
　　二是由于介质采用边搅拌边冲洗,或者先搅拌后冲洗方式,因此需要大量的干净水用来保证足够的冲洗时间和强度;同时,因介质反洗不够彻底,在介质使用一段时间后往往需要投加昂贵的化学药剂以帮助清洗,因此还要解决由此带来严重的排放问题。即便如此,钙盐、镁盐、钡盐和其它化学药剂的加入,将不可避免地加快介质的板结,滤床的淤塞,最后导致介质的报废和以高费用为代价的更换。
    为了克服常见的机械搅拌式核桃壳过滤器装置在油田使用中出现的问题,2002年以来,在中国石化集团公司的支持下,我厂与有关油气田、科研院校合作,吸收引进现阶段国内外最先进的核桃壳介质反洗技术-体外搓洗技术,开发研制了GLC-320体外搓洗式过滤器。现将其主要参数、主要结构、工作原理、主要特点及试验情况与应用前景作一简要介绍。以期在油气田水处理领域,与同行交流。
    2.GLC-320体外搓洗式过滤器简介　　
    在油气田水处理领域,核桃壳介质具有其它介质无法比拟的优点:化学性能稳定,硬度高,耐磨性好;直接可用滤前水反洗,可不需借助气体和化学活性药剂,且反洗强度低、效果好;吸附能力较强,亲水性好且抗油浸。所以GLC-320体外搓洗式过滤器装置仍然采用经过加工处理的核桃壳作为过滤介质,但彻底放弃了传统的机械搅拌反冲洗方式设计并拥有专利权的“体外搓洗式”介质冲洗装置,可在反冲洗时反复高速循环利用。这种冲洗作用,完全破碎了聚集在介质周围的油粒子,使油和杂质通过分离筛网并排放出去,从而完成介质冲洗和再生。
    2.1　过滤器的主要技术参数　　
    GLC-320体外搓洗式过滤器主要参数如表1。
                     
    2.2　过滤器的结构　　
    GLC-320体外搓洗式过滤器主要由过滤罐(filter1、filter2)、阀门(01～15)、搓洗罐外壳(16)和分离网(17)、介质泵(18)、管线(19)、仪器仪表系统(20)和电器控制系统(21)等部分组成。所有构件置于一个撬块上,如图1、2所示。
    2.3　过滤器的工作原理　　
    GLC-320体外搓洗式过滤器的运行是根据过滤机理,在电气控制系统和仪器仪表系统的控制下完成的。其控制兼有压差控制和定时控制双重功能。随着时间的延长,当滤层压差达到一定值时,即进入反洗状态;当压差未达到设定值但过滤时间达到设定值时,设备也进入反洗状态,在反洗过程中也受压差控制和时间控制。当反洗压差达到一定值即停止反洗,当或达到设定时间时停止反洗,并进入下一流程。其运行过程为过滤→搓洗→反洗→清洗→延时,并循环往复。各流程段分述如下:
    2.3.1　过滤　　
    过滤期间,前级供水泵向过滤器提供污水,进口阀门[(01)或(04)]和出口阀门[(08)或(12)]打开,进入的水通过过滤介质时,悬浮物、油和污物被过滤出来,留在滤床上,净水则通过筛网流出滤罐,过滤介质被筛网挡住。
              
                       
    2.3.2　搓洗
    搓洗的目的在于击碎滤床,形成介质和水的流体,并分离介质上吸附的油和污物。
    搓洗时,介质泵(18)启动,泵进出口管线阀门[(02)和(07)]或[(03)和(13)]打开,污水和介质从滤罐的上部流出,经过介质泵进入搓洗罐,然后返回过滤罐。
    2.3.3　反洗
    介质经搓洗循环后,反洗排污阀门(10)打开,过滤器开始反冲洗。
    在反冲洗过程中,被搓洗分离出来的油和污物随反冲洗水从搓洗罐内的筛网排出,反冲洗流量由流量控制阀控制。介质则被搓洗罐内的筛网挡住,随另一部分水流回罐内。在反冲洗过程中,介质泵的用水来自过滤器滤前或滤后的供水泵。
                    
    2.3.4　清洗　　
    反洗结束以后,管道内仍停留有部分介质。这时,介质泵(18)仍然打开,泵出口管线阀门[(02)或(03)]和介质回收阀门[(06)或(14)]打开。在设定的时间内,介质被清洗过滤罐内,然后进入延时流程。
    2.3.5　延时　　
    在延时阶段,所有过滤器阀门都关闭,滤罐内的介质得以沉淀下来,并盖住出口管道,为接下来的正常过滤作好准备。
    2.4　技术关键　　
    (1)由两台过滤罐共用一台搓洗罐,实现介质的反洗。反洗时介质通过介质泵提升进入搓洗罐,水力搓洗将介质上截留的油和悬浮物固体颗粒脱落,污物从搓洗罐排污口排出,介质则经搓洗罐进口—搓洗罐内—搓洗罐介质出口—控制阀—过滤罐—控制阀—介质泵—搓洗罐进口进行循环搓洗再生;
    (2)反洗时,反洗用水从过滤罐底部不断补充,当反洗完成后补充用水才得以停止;
    (3)介质在反洗完成后,设有一介质回收管路(见上文的清洗流程),可以避免介质在管线内的停留;
    (4)搓洗罐内安装的筛网具有一定的抗压强度。由于通过搓洗罐内的水经过介质泵的提升仍含有一定量的介质。因此,搓洗罐内安装的筛网必须要有一定的抗压强度才能承受住较高的水压造成的冲击作用。
    2.5　技术优点　　
    (1)采用单一的核桃壳滤床,无需其它介质;
    (2)每次反冲洗循环后,过滤介质和滤床回到原工作状态;
    (3)由于介质在介质冲洗装置里不停地循环,因此介质不会胶结或板结在一起,无需人工冲洗滤床、更换滤料和有关的停机,费用大大降低;
    (4)每次反冲洗时,过滤器罐体和管道随核桃壳冲洗干净,消除了死角,防止了细菌滋生;
    (5)独特的反冲洗方法可使用工业用水来进行反冲洗。无需一定用滤后水进行反冲洗;
    (6)反冲洗用水量仅为处理量的5%左右,可显著减少存贮反冲洗用水和为获得反冲洗用水产生的处理的费用;
    (7)由于反冲洗彻底,不需要加入昂贵的化学药剂,可节省药剂、采购药剂的人力以及因投加药剂增加的水处理费用;
    (8)在正常工作条件下,不需要更换介质,只需每年加入大约10%的介质以补充损耗,成本很低;
    (9)装置紧凑,占用体积小。
    3　试验情况与应用前景
    GLC-320体外搓洗式过滤器于2002年初完成样机试制,在进行室内试验后,于当年10月在某油气田进行了工业性试验。现场试验数据见下表2。　　
    现场试验结果表明,GLC-320体外搓洗式过滤器达到了设计要求,能满足处理油气田含油污水的需要。具有工艺流程先进、布局紧凑、自动化程度高等特点。经过在油田连续使用证明,介质没有出现板结的现象,表明这种介质的冲洗方式合理,介质的清洗是彻底的。加上采用了先进的防腐工艺,装置运行至今,经受了多种介质腐蚀的考验,一直运行正常。它除用于陆上油气田含油污水处理外,对要求占地小的海上油气田比机械搅拌式核桃壳过滤器装置更有优势,对工业水处理的其它领域也有广泛的使用价值。总而言之,这种装置是值得推广的环保设备。