振动式纤维束过滤器的研制与应用

　　随着我国油田开采逐渐进入中后期,注水量逐年上升,对水质的要求也越来越高。污水精细过滤器作为污水回注的最后一个水质把关单元,所起的作用也越来越大。目前油田用量较多的污水精细过滤器有纤维球过滤器和纤维束过滤器。　　纤维球过滤器以其结构简单、成本低、处理量大等优点成为油田注水主流精细过滤设备。但随着使用时间的增加,纤维球过滤器因其结构因素[1]暴露出以下问题:①每个纤维球均用线绳捆扎,球心密实、球表疏松,导致粘附于球心的杂质和油污不易脱附,造成滤球不能彻底反洗,影响后续过滤水质;②纤维球滤料在滤罐内处于随机分布状态,滤床厚薄不一,导致同一平面内的滤阻分配不均匀,造成滤床薄弱处易被击穿;③纤维球由短纤维捆扎而成,在反复搓洗过程中,短纤维易脱落,脱落后的短纤维易将滤罐进、出口筛管堵死,影响过滤器正常工作流程。基于以上原因,纤维球过滤器在油田现场出现滤后水质波动较大,不能稳定达标;筛管堵塞频繁,需要不定期停运清罐,致使注水生产不能连续有效进行。因此,纤维球过滤器已逐渐受到油田用户的冷落。　　纤维束过滤器的结构原理[2]与纤维球过滤器截然不同,滤料以纤维束的型式均匀悬挂在可以正、反交替旋转的旋转托盘上,滤料密实度(或滤床高度)由升降托盘来调节。正常过滤流程采用低进高出,水中悬浮物自然沉降,不污染滤料;反洗操作流程采用高进低出,滤层表面堆积的泥饼、油污很容易被冲掉。反洗时释放纤维束的压力,并正向、反向交替旋转纤维束,提高了反洗的效率和效果,使反洗更彻底、更干净,后续工作性能更加稳定。纤维束过滤器的设计生产厂家以江汉机械研究所为主,自推出后,因其滤后水质精度高、滤料反洗再生彻底、寿命长等优点受到油田用户的推崇。该过滤器整体为塔式结构,较纤维球过滤器复杂。由于受其结构强度的,目前其单台设计处理量最大为60 m³/h,只适用于油田小型污水处理站。　　在江汉、胜利、长庆等油田的应用表明,在保持纤维束过滤器结构原理不变的条件下,再适应大处理量而放大过滤器的结构尺寸将导致:①加工难度、运行成本、故障几率呈几何级数增加;②机械反洗系统的结构强度不足和反洗死区增大,影响后续处理效果。由此可见,有必要根据油田现场需要并着眼于油田后续生产,从过滤器的反洗技术入手,再研制一种处理量大、过滤精度高、后续效果稳定、可靠性高、结构简单、操作简便的污水精细过滤设备。

　　技　术　分　析　　1.振动式纤维束过滤器结构江汉机械研究所研制的振动式纤维束过滤器将原有TCL型过滤器的“塔式”结构改为带有封头的“容器”式结构,如图1所示。过滤器主要由液压执行机构、容器体、上托盘、下托盘、纤维束滤料、上下进出水管汇等部件组成。

　　2.工作原理　　过滤时,下托盘上升,形成适当密实度的滤床,含油污水低进高出,油和机杂在滤床上得到吸附和拦截。反洗时,反洗水高进低出,下托盘在液压执行机构作用下,作上、下往复活塞式振动,吸附在滤料上的油和机杂被挤压冲洗出来,使滤料得以均匀反洗再生。　　3.结构特点　　(1)该过滤器的滤料均匀悬挂在上、下托盘之间,且每束滤料粗细、长短一致,能很好地保证滤床的均匀性;　　(2)反洗执行机构由液压系统驱动,液压系统具有较快的运行速度和过载保护性能,该系统的运用增加了过滤器的安全可靠性;　　(3)容器体采用上下焊接式椭圆形封头,不但降低了设备高度,而且减轻了过滤器加工难度和成本,对水流的聚集和成型也有好处;　　(4)过滤时,液缸活塞杆收回,避免了杆体结垢和锈蚀的可能性;　　(5)液缸上装有位移传感器,用于监测和控制活塞杆行程(精度达0.1 mm),对过滤器的过滤和反洗状态可实时监控,极大地改善了设备的操控性能;　　(6)过滤器将过滤升降机构与反洗执行机构合二为一,统一由液压系统的液缸来执行,这使结构大幅度简化,可靠性得以大幅度提升。　　4.技术参数　　工作压力:≤0.6MPa;　　工作温度:≤80℃;　　处理量:≥150 m³/h;　　过滤前水质要求:含油质量浓度≤30 mg/L、悬浮物质量浓度≤20 mg/L;　　过滤后水质:含油质量浓度≤5mg/L、悬浮物质量浓度≤3 mg/L、悬浮物粒径≤2μm。

　　现场应用情况　　1.运行状况　　TCLW150/0.6Z型振动式纤维束过滤器样机于2006年8月3日安装在大港油田采油二厂庄大站,8月21日正式投入工业运行,截至2006年12月10日,已累计工作达110 d,累计处理水量3.96万m³。目前处于稳定工作状态。　　庄大站污水处理流程为:井上来液→三相分离器→缓冲罐→除油罐→核桃壳过滤器→振动式纤维束过滤器。处理量为150 m³/h。整体工艺处理水质达到低渗透油层A3级注水水质指标[3]。反洗采用滤后水,反洗流量150 m³/h。　　2.运行水质数据处理及分析　　以2006年10月28日为例,过滤器进、出口水质情况如图2和图3所示。

　　由图2和图3可以看出,在1个过滤周期内,由于反洗较为彻底(每次反洗水量在50m³左右),过滤刚开始水质就呈达标状态;在反洗2 h后,水质呈稳定状态;在反洗后24 h期内,水质呈稳定达标状态;过滤时间达24 h时,水质略微超标。这表明过滤及反洗参数设计得比较合理,有利于现场操作管理。　　由图中可以看出,虽然过滤器进口水质(即原流程注水水质)指标波动较大,但过滤器出口水质相对保持平稳,这说明该过滤器抗负荷冲击能力较强。　　为了对过滤器的过滤性能做更全面的认识,列出运行开始3个月过滤器在反洗后同一时段水质化验的结果(见表1)。

　　从表1中可以看出,过滤器来液水质的含油质量浓度和浊度两项指标波动变化较大,反映出现场水质的不稳定性;但同时也可以看出,不稳定来液经过过滤器处理以后呈现出稳定达标状态,这进一步说明了该过滤器有着良好的过滤、反洗性能和抗负荷冲击能力。

　　结　　　论　　(1)振动式纤维束过滤器出水含油质量浓度和悬浮物含量两项指标均达到了设计要求,即达到了SY/T 5329—94“碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法”中低渗透地层注水水质的要求。　　(2)虽然过滤器进口水质(即原流程注水水质)指标波动较大,但过滤器出口水质相对保持平稳,这说明该过滤器具有良好的过滤性能和反洗性能,后续处理效果稳定可靠,且具有较强的抗负荷冲击能力。　　(3)在使用这种过滤器以前,庄大站的注水水质长期不达标,经过这种设备过滤处理,该站的注水水质指标完全达到了地质注水要求(含油质量浓度≤10 mg/L、悬浮物质量浓度≤5 mg/L、悬浮物粒径≤3μm、总铁质量浓度≤2 mg/L)。　　(4) TCLW150/0.6Z型振动式纤维束过滤器结构简单,反洗原理独特,整体设备具人性化设计,操作简单,运转灵活,纳污及反洗再生能力强,是含油污水精细过滤领域较理想的产品。