CN101422663B - 砂滤罐高效冲洗脱附工艺技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环保领域水处理与过滤的砂滤罐，其特征是；在一砂滤罐中，过滤与冲洗进水口、出水口互相分离。新冲洗流程为高进、高出，传统低进、高出的单一“反冲洗”方式，被一独立的活动式冲洗脱附系统所取代。冲洗脱附装置可上下往复运动。下行过程中，在其冲洗脱附装置的作用下，使重质砂滤料随之逐步悬浮与沸腾起来，形成所谓的沸腾床。由于砂滤床由固定孔隙结构变为非固定孔隙结构，脱附难题从根本上得以解决，复合式丞托层，成为形成沸腾床及提高过滤精度的必要条件。因此活动式冲洗脱附系统，完全能满足油田污水深度处理的需要，特别为国内外注聚合物油田含聚污水深度处理的共同难题提供一种多功能高效的冲洗脱附工艺技术，从而取代已经不适应的传统污水砂滤技术。

Description

砂滤罐高效冲洗脱附工艺技术

所属技术领域

本发明涉及环保领域水处理与过滤的砂滤罐，尤其是油田含油及含聚合物污水处理与过滤的砂滤罐。

背景技术

油田在开采过程中，始终伴随着大量污水，进入注水开采的二次采油阶段，污水量增加，进入注聚合物开采的三次采油阶段，不仅污水量更多，而且污水成分更复杂。这些污水与原油分离后，再经过预处理。油田规定，这些污水不仅不能排放，而且还要作为油田注水的主要水源全部回注。预处理后的污水仍然含有一定量的原油及固体悬浮物等，还必须经过深度处理，进行去除，达到规定水质指标，以确保油田的注水、注聚合物开采效果。这些污物只能通过所谓的深床砂滤罐进行处理与清除。因此，砂滤罐就成为了油田污水深度处理的关键技术设备。人称砂滤罐是油田的最后把关设备是有道理的。实践证明，除此之外目前还没有更好的办法。注聚合物油田污水中不仅含油及固体悬浮物，还含有20～30％的聚合物。由于聚合物成分使脱附难度大大增加，本来传统砂滤罐过滤技术对油田普通污水就早已不适应了，这样一来就更加不适应了。技术更新势在必行。

当前公知的砂滤罐，用于油田污水处理的砂滤罐主要有两种，一种是以石英砂为过滤介质的砂滤罐，另一种是核桃壳颗粒为过滤介质的砂滤罐。主体结构过滤原理基本相同，都属于深床砂滤罐，冲洗方式都是所谓的“反冲洗”，过滤与冲洗是同一进出口，滤罐顶部为滤前水进口，也即冲洗水出口，滤罐底部为滤后水出口，也即冲洗水进口。过滤时为高进、低出，冲洗时为低进、高出。两种滤罐的滤床结构基本相同，主要由砂滤层、丞托层、支架组成，过滤原理都相同，污水通过砂滤床时，水中的污物被砂滤床吸附截流，被截流的吸附物再定期以净水为冲洗液进行冲洗，使滤料脱附再生，冲洗污水排出罐外。所不同的是，由于石英砂比重高，常规反冲洗方式不能改变其固定孔隙结构状态，因而脱附困难。而核桃壳砂滤罐，由于核桃壳密度低，冲洗时可以形成沸腾床，但滤床必须是在一个网子里，否则冲洗时就会全部冲走。但应用证明，由于核桃壳非一般的亲油及油浸性能，滤料严重污染脱附更加困难。一系列的改造都没有解决问题，轻质滤料沸腾床效果并没有体现出来，至今仍然在改造之中。由于需要定期更换滤料，不仅费用高而且十分麻烦，难以维持正常运行，所以有逐步改回到石英砂的趋势。石英砂滤床仍然为固定孔隙结构，脱附再生仍然困难。再加上滤床结构复杂，容易乱层失效，证明已经不适应油田污水过滤的需要。注聚合物油田一般采取两种砂滤罐，不含聚合物的污水用核桃壳砂滤罐，含聚合物的污水用石英砂砂滤罐。实践证明，两种传统砂滤罐用在不含聚合物的污水都已经很不适应，用于含聚合物的污水中结果更不适应。为此，又有的把核桃壳改为石英砂，应用不行，又把石英砂改成核桃壳，结果更不行，目前就是改来改去，试来试去，都没有找到根本办法。注聚油田，采油厂都设有专门的“淘洗大队”，任务是把失效滤罐内的河卵石、石子、粗砂、细砂、污油、聚合物的混合物全部从滤罐中掏出，运回淘洗大队的堆放场，清洗车间进行清洗分类、烘干、储存待用。由于滤罐中的砂滤料品种、规格复杂，很难全部分类，回收清洗完的滤料不到原有滤料的一半，损失相当严重。一般半年到一年淘洗一次，由于工作量大，往往陶洗不及时，长期瘫痪待淘，严重影响正常运行。现场看到，更为严重的是二次污染相当惊人，一是现场淘罐时对现场要产生污染；二是淘洗大队都有堆放场，待清洗污染滤料堆集如山，长期形成污染源；三是4米×4米的滤罐内有近20立方35吨污染严重的垫层及滤料，淘罐完全靠人工在罐内罐外进行，运输、清洗者靠人直接操作，对人的污染相当严重；四是每个厂都有一个专门的“垃圾场”，把不能清洗及清洗过程产生的废弃物、运到一个专门的垃圾场，就是用推土机挖的大土池子，容积有数千立方，倒满后进行演埋，然后再开辟新的垃圾场处理。人们都说这是给子孙万代埋下的污染炸弹。甚至有人对注聚合物开采提出疑义，但注聚合物是一项巨大的工程，不会仃止。经过调查得知，油田注聚合物污水处理过滤，不仅是我国的难题，也是世界存在的难题。如大庆油田对此非常重视，多年来一直没有仃止过技术研究攻关，国内外结合、出国调研、攻关试验。包括美国在内的发达国家及国内科研部门、大专院校、专家教授都介入了攻关试验，但问题都没有解决。目前最后一着是又把石英砂换成了核桃壳进行实验，结果是冲洗脱附更加困难。因此，不论石英砂，还是核桃壳作为过滤介质都没有解决问题。实践证明，已经给油田注水开发造成严重后果。为适应油田污水处理与过滤的需要，特别能适应含聚合物污水处理与过滤的需要。技术更新势在必行。

发明内容

研究与实践证实：用于油田污水的砂滤罐，必须具备两个条件：一是滤料必须具有亲水非亲油性能。二是滤床必须是非固定孔隙结构，即实现沸腾床。这两条缺一不可。从而可以看出，解决石英砂等重质砂滤料脱附难题的根本出路是改变其固定孔隙砂滤罐的属性，实现沸腾床脱附，成为非固定孔隙砂滤罐，是本发明的中心内容。其次，围绕多功能高效冲洗脱附装置的研究，解决油田含聚合物污水的彻底脱附难题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案

从改变冲洗方式入手的新思路找到了实现沸腾床的新途经。具体方案是：在一砂滤罐中，把过滤与冲洗进出口相互分离，即有专门独立的冲洗流程，即由软管、弯头、空心丝杆升降机、中心管、多功能高效冲洗脱附装置组成的活动式冲洗系统。冲洗时，脱附装置在升降机的驱动下，在滤床范围内作上下往复运动。下行过程中，在其冲洗脱附装置的作用下，使重质砂滤床随之逐步悬浮与沸腾起来，形成所谓的沸腾床，从根本上解决砂滤罐的脱附难题。研制新的丞托层结构，取消常规石英砂滤罐滤床中由河卵石、石子、粗砂能组成的所谓垫层，由于垫层都是无效吸附层，不仅占据了相当的空间，而且是造成所谓乱层的直接原因。因此，砂滤床全部成为细砂，为形成沸腾床创造条件，扩大了细砂的滤床深度，实现大幅度提高过滤精度的效果。

本发明的有益效果是，属于环保、节能、高效、高新技术，各个领域都离不开污水处理及过滤技术设备，特别用于油田污水处理与过滤更具有现实意义。由于本发明将重质砂滤床变成了沸腾床，固定孔隙砂滤罐变成了非固定孔隙砂滤罐，从根本上解决砂滤罐的脱附难题。砂滤料即使污染再严重都能彻底脱附再生。如聚合物是目前发现脱附难度最大的污水成分，本冲洗脱附装置也能使严重污染的砂滤料彻底脱附再生，解决了一个世界性的难题。将为改变当前油田污水处理落后面貌及被动情面发挥应有的作用，同时由于不需要再去淘洗滤料，将彻底根除二次污染问题，保护环境，带动一批相关产业的发展，由于水质的提高，将直接提高油田注水开采效果。必将取得巨大的经济与社会效益。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的总体结构原理图。

图2是冲洗脱附装置结构图。

图3是丞托层的结构图。

图中1、升降机丝杆，2、升降机涡轮涡杆机构，3、法兰，4、环形板，5、表层管，6、内层管，7、环形空间，8、中心管，9、散水尾管，10、密封垫，11、滤罐，12、冲洗脱附装置A-A，13、砂滤床，14、丞托层B-B，15、弯头，16、软管，17、滤前进水口，18、冲洗排污、过滤油气排放口，19、环形扶正板，20、检测口，21、排砂口，22、滤后水出口，23、三通接头，24、母管，25、支管，26、上筛管，27、下筛管，28、超声波发生器，29、上透水板，30、上透水孔，31、丝网层，32、下透水板，33、下透水孔。

具体实施方式

图1中，通过一同心套管对滤前水进口与冲洗水进口进行分离。同心管从罐顶部中心垂直伸入滤罐内。表层管(5)与内层管(6)之间有环形板(4)联接密封固定，环形空间(7)下端还有一环形扶正板(19)，内层管(6)与中心管(8)之间下端有密封垫(10)，内层管(6)上头高于环形板(4)并有一法兰(3)与升降机(2)联接，表层管(5)与滤罐(11)联接，同心套管下端伸入滤罐部分为散水尾管(9)。过滤流程是：滤前水从进水口(17)通过环形空间(7)及散水尾管(9)进入滤罐(11)，通过砂滤床(13)丞托层(14)后从滤后出水口(22)排出。正常过滤时的油、气排放口(18)可以定时排，也可以连续排放，但需要适当控制。冲洗流程是：一活动式冲洗脱附系统，冲洗水从软管(16)弯头(15)，空心丝杆(1)中心管(8)进入冲洗脱附装置(12A-A)，即冲洗开始，然后启动升降机下行，当冲洗脱附装置(12)的下筛管(27)接触砂滤床后，开始进入砂滤床(13)，在水力等多种作用下，滤料自上而下随之悬浮与沸腾起来，当冲洗脱附装置(12)到达清滤床底部后，砂滤料全部呈悬浮与沸腾状态，直至把滤料彻底清洗干净，冲洗污水从冲洗排水口(18)排出。如果需要也可以连续往反冲洗数次，因此就是再难脱附的污水成分，也都能冲洗干净，使砂滤料彻底脱附再生。污水排完后，冲洗脱附装置再返回到滤床之上，仃冲洗水，冲洗完成。冲洗脱附装置(12)具有多种功能，如冲洗、脱附、油水二次分离、隔油、防冻、解冻等。实际上冲洗与过滤的综合效果都与冲洗脱附装置(12)的多功能有直接关系。打开检测口(20)进行取砂样、探砂面。如果需要减少砂滤床深度或要把滤料全部取出时，把排砂口(21)打开，再打开冲洗流程即可全部排出罐外。

图2中，上边与中心管(8)连接，两侧分别与母管(24)连接，母管(24)两边分布若干根支管(25)，所有支管上、下方有均布的若干根小筛管(26)(27)，及若干个超声波发生器(28)。

冲洗脱附装置(12)由三通接头(23)若干个各种规格及形状的母管(24)支管(25)筛管(26)(27)超声波发生器(28)以及筛球、喷咀、喷头、喷管、射流、等组合而成，可以根据需要采取多种结构及组合形式。

图3中，上透水板(29)与下透水板(32)之间夹有滤网层(31)，所有的上透水孔(30)与所有的下透水孔(33)都互相错开不重叠。

Claims (1)

1.一种油田污水处理中砂滤罐高效冲洗脱附方法，其特征在于：

过滤流程是：滤前水从进水口(17)通过环形空间(7)及散水尾管(9)进入滤罐(11)，通过砂滤层(13)丞托层(14)后从滤后出水口(22)排出；

冲洗流程是：冲洗水依次通过软管(16)、弯头(15)、空心丝杆(1)和中心管(8)进入冲洗脱附装置(12)，即冲洗开始，然后启动升降机下行，当冲洗脱附装置(12)的下筛管(27)接触砂滤层(13)后，开始进入砂滤层(13)，在水力多种作用下，滤料自上而下随之悬浮与沸腾起来，当冲洗脱附装置(12)到达砂滤层(13)底部后，砂滤料全部呈悬浮与沸腾状态，直至把滤料彻底清洗干净，冲洗污水从冲洗排水口(18)排出；在升降机的驱动下，中心管及冲洗脱附装置(12)作上下往复运动，连续往反冲洗数次，使砂滤料彻底脱附再生；污水排完后，冲洗脱附装置(12)再返回到滤床之上，仃冲洗水，冲洗完成；打开检测口(20)进行取砂样、探砂面，完成冲洗流程；

所采用的装置是砂滤罐；砂滤罐包括滤罐(11)，滤罐(11)外壁上边有检测口(20)，滤罐(11)外壁下边有排砂口(21)；

滤罐(11)内有砂滤层(13)、丞托层(14)和支架，滤前进水口(17)与冲洗的进水口都是高进口，通过滤罐(11)顶部的一同心套管把滤前进水口(17)与冲洗的进水口二者相互分离，同心套管包括内层管(6)和表层管(5)，滤前进水口(17)是表层管侧面的一水平连接管，内层管(6)与表层管(5)之间由一环形板(4)联接密封固定，环形空间(7)下端还有一环形扶正板(19)，内层管(6)与中心管(8)之间下端有密封垫(10)，内层管(6)上头高于表层管(5)，内层管(6)顶部有一法兰(3)安装有升降机涡轮涡杆机构(2)，表层管(5)与滤罐(11)联接，同心套管下端伸入滤罐(11)内部分为散水尾管(9)，环形空间下端还有一环形扶正板，冲洗排污与过滤油气排放为同一个管，即过滤油气排放口(18)；过滤油气排放口(18)在同心套管的一侧；活动式冲洗系统，由升降机涡轮涡杆机构(2)、中心管(8)及冲洗脱附装置(12)组成，升降机中心丝杆呈空心，为一管状通道，升降机丝杆(1)上端连接有弯头(15)，弯头(15)与软管(16)顺序连接，升降机丝杆(1)下端连接一下接头，下接头与一中心管(8)连接并从内层管(6)伸入滤罐(11)内，中心管(8)下端与滤罐(11)内冲洗脱附装置(12)连接，

冲洗脱附装置(12)由三通接头(23)、母管(24)、支管(25)、上筛管(26)、下筛管(27)和超声波发生器(28)组成，冲洗脱附装置(12)上部通过三通接头(23)与中心管(8)连接，三通接头(23)两侧分别与母管(24)连接，母管(24)两边分布若干根支管(25)，所述的支管(25)上方均布有若干根上筛管(26)，支管(25)下方均布有的若干根下筛管(27)，在母管(24)和支管(25)上有超声波发生器(28)；

复合式丞托层(14)由上透水板(29)、下透水板(33)及中间丝网层(31)三部分组成，上透水板(29)上的上透水孔(30)与下透水板(33)的下透水孔(32)互相错开不互相重叠。

Images