联合站注水工艺课件

1、联合站注水工艺第一节 油田污水资源第一章 概 述 第一节 油田污水资源 第一章 概述在石油的生成、运移和储积的过程中，石油的主要天然伴生物是水。在油藏勘探开发初期，通常情况下，原始地层能量可将部分油、气、水液体驱向井底，并举升至地面，以自喷方式开采，称之为一次采油。一次采油采出液含水率很低。但是，如果油藏圈闭良好，边水补充不足，原始地层能量递减很快，一次采油方式难以维持。为获得较高采收率，需向地层补充能量，实施二次采油，二次采油有注水开发和注气开发方式等。目前全国各油田绝大部分都采用注水开发方式，即注入高压水驱动原油使其从油井中开采出来。但经过一段时间注水后，注入水将随原油被带出，随着开发时间

2、的延长，采出原油含水率不断上升。油田原油在外输或外运之前要求必须将水脱出，合格原油允许含水率为0.5%以下。脱出的水中主要污染物为原油，此污水又是在油田开发过程中产生的，因此称为油田含油污水。由此可见，污水主要来自原油脱水站，及联合站内各种原油储罐的罐底水、将含盐量较高的原油用其他清水洗盐后的污水,注水井洗井回收水,钻井污水,井下作业压裂酸化排水等.由于现代工业的迅速发展和城市人口的增加，生活用水和工业用水量急剧增加，因此不少国家颇感水源不足。解决水源缺乏的办法之一是提高水的循环利用率。石油行业注水开发油田，随着开采时间的延长采出污水量逐渐增加，将油田污水经处理后代替地下水进行回注是循环利用水

3、的一种方式。如果污水处理回注率为100%，即不管原油含水率多高，从油层中采出的污水和地面处理、钻井、作业过程排出的污水全部处理回注，那么注水量中只需要补充由于采油造成地层亏空的水量便可以了。这样，不仅可以节省大量清水资源和取水设施的建设费用，而且，使油田污水资源变废为宝，实现可持续发展，提高油田注水开发的总体技术经济效益。 合理利用污水资源 第一节 油田污水资源 第一章 概述第二节 原水中的杂质 第一章 概 述 第二节 原水中的杂质 第一章 概述分散颗粒 溶解物（低分子、离子） 胶体颗粒悬浮物颗粒大小 0.1毫微米 1毫微米 10毫微米 100毫微米 1微米 10微米 100微米 1毫米外 观

4、透 明光照下混浊混 浊肉眼可见 油田污水中杂质种类及性质和原油生成地质条件、注入水性质、原油集输处理条件等因素有关。并与回收的洗井回水、钻井污水、作业污水的成分有关.从总体上讲油田污水是一种含有固体杂质、液体杂质、溶解气体和溶解盐类等较复杂的多相体系。从颗粒大小和外观来看可按表1-2-1进行分类。 污水中杂质分类 表 1-2-1一、原水杂质分类 第二节 原水中的杂质 第一章 概述原水中的细小杂质，按油田污水处理的观点，可以分为五大类。 1. 悬浮固体 其颗粒直径范围取1100m，此部分杂质主要包括：泥沙 、各种腐蚀产物及垢 、细菌 、有机物 。2. 胶体 粒径为110-31m，主要由泥砂、腐蚀

5、结垢产物和微细有机物构成，物质组成与悬浮固体基本相似。 3. 分散油及浮油 污水原水中一般有5001000mg/l 左右的原油，偶尔出现瞬时20005000mg/l的峰值含油量，其中90%左右为直径10100m的分散油和大于100m的浮油。 第二节 原水中的杂质 第一章 概述二、原水杂质分析 根据净化水的不同去向，选择不同的分析项目。 1. 净化污水回注时分析项目 （1）PH值（2）悬浮固体 （3）浊度 （4）温度 （5）相对密度 （6）溶解氧 （7）硫化物 （8）细菌数量 （9）阳离子组分 （10）阴离子组分 钙、镁、铁、钡氯离子 、硫酸根、碳酸根和碳酸氢根（11）总矿化度 第三节 水质标准

6、简介 第一章 概 述 第三节 水质标准简介 第一章 概述推荐水质主要控制指标 表1-3-1 注入层平均空气渗透率 m20.100.10.60.6标准分级A1A2A3B1B2B3C1C2C3控制指标悬浮固体含量，mg/L1.02.03.03.04.05.05.07.010.0悬浮物颗粒直径中值，m1.01.52.02.02.53.03.03.54.0含油量，mg/L5.06.08.08.010.015.015.02030平均腐蚀率，mm/a0.076点腐蚀 1. A1、B1、C1级；试片各面都无点腐蚀； 2. A2、B2、C2级；试片有轻微点蚀； 3. A3、B3、C3级；试片有明显点蚀；SRB

7、菌，个/mL010250102501025铁细菌，个/mLn102n103n104腐生菌，个/mLn102n103n104注： 1n10 清水水质指标中去掉含油量 新投入开发的油田、新建污水处理站，注水水质根据油层渗透率高低要分别执行相应分级（A1、B1、C1）标准。 第三节 水质标准简介 第一章 概述3. 注水水质辅助性指标 除了上述对注水注水水质的主要控制指标外，SY/T 5329-94还对注水水质的辅助性指标作出指导性规定。辅助性指标主要包括：（1）溶解氧：一般情况要求，油田污水溶解氧浓度小于0.05mg/l，特殊情况不能超过0.1mg/l。清水中的溶解氧含量要小于0.50mg/l。 （

8、2）硫化氢：通常清水中不应含硫化物，油田污水中硫化物含量应小于2.0mg/l。 （3）侵蚀性二氧化碳：一般要求侵蚀性二氧化碳含量为： -1.0CO21.0mg/l。 （4） PH值：水的PH值应控制在70.5为宜。 （5）铁 ：当水中含亚铁时， 若有细菌滋生或含有H2S时，水质将不稳定。 第三节 水质标准简介 第一章 概述二、污水综合排放标准 1. 主要技术内容 该标准按照污水排放去向，分年限规定了69种水污染物最高允许排放浓度及部分行业最高允许排水量。它适用于现有单位水污染物的排放管理，以及建设项目的环境影响评价、建设项目环境保护设施设计、竣工验收及其投产后的排放管理。 标准主要概念定义：

9、污水指在生产与生活活动中排放的水的总称。 排水量指在生产过程中直接用于工艺生产的水的排放量。不包括间接冷却水、厂区锅炉、电站排水。 一切排污单位指该标准适用范围所包括的一切排污单位。 其他排污单位指在某一控制项目中，除所列行业外的一切排污单位 第三节 水质标准简介 第一章 概述2. 主要控制指标 该标准将排放的污染物按其性质和控制方式分为两类。对于第一类污染物（详见表1-3-2所示），不分行业和污染排放方式，也不分受纳水体的功能分类，一律在排放口取样，其最高允许排放浓度必须达到表1-3-2要求。 序号污染物 最高允许排放浓度 mg/L1总 汞0.052烷基汞不得检出3总 镉0.14总 铬1.5

10、5六价铬0.56总 砷0.57总 铅1.08总 镍1.09苯并（a）芘0.0000310总 铍0.00511总 银0.512总放射性1 Bq/L13总放射性10 Bq/L第一类污染物最高允许排放浓度 表1-3-2 第三节 水质标准简介 第一章 概述对于第二类污染物。在排放口采样按工程建设年限不同必须达到相应指标要求。主要控制指标有：PH值、色度、悬浮物、BOD5、COD、石油类、动植物油、挥发酚、总氰化物、硫化物、氨氮、氟化物、磷（酸盐）、甲醛、苯胺类、硝基苯类、阴离子表面活性剂、总铜、总锌、总锰、彩色显影剂、粪大肠菌群数、总余氯等50余项。 第三节 水质标准简介 第一章 概述水 质 主 要

11、测 定 方 法 表1-3-4 序号项 目测定方法方法来源1总汞 冷原子吸收光度法GB7468-872总镉原子吸收分光光度法GB/T 14204-933总铬高锰酸钾氧化-二苯碳酰二肼分光光度法GB7466-874六价铬二苯碳酰二肼分光光度法GB7467-875总砷二已基二硫代氨基甲酸银分光光度法GB7485-876总铅原子吸收分光光度法GB7475-877总镍火焰原子吸收分光光度法GB11912-898总银火焰原子吸收分光光度法GB11907-899PH值玻璃电极法GB6920-8610色度稀释倍数法GB11903-8911悬浮物重量法GB11901-8912生化需氧量(BOD5)稀释与接种法G

12、B7488-8713生化需氧量(COD)重铬酸钾法GB11914-8914石油类红外光度法GB/T 16488-199615动植物油红外光度法GB/T 16488-199616挥发酚蒸馏后用4-氨基安替比林分光光度法GB7490-8717总氰化物硝酸银滴定法GB7486-87 第三节 水质标准简介 第一章 概述水 质 主 要 测 定 方 法 表1-3-4 续 序号项 目测定方法方法来源18硫化物亚甲基蓝分光光度法GB/T 16489-199619氨氮钠氏试剂比色法GB7478-8720氟化物离子选择电极法GB7484-8721磷酸盐钼蓝比色法*22甲醛已酰丙酮分光光度法GB13197-91 2

13、3苯胺类N-（1-萘基）乙二胺偶氮分光光度法GB11889-8924硝基苯类还原-偶氮比色法或分光光度法*25阴离子表面活性剂亚甲基蓝分光光度法GB7494-8726总铜原子吸收分光光度法GB7475-8727总锌原子吸收分光光度法GB7475-8728总锰火焰原子吸收分光光度法高锰酸钾分光光度法GB11911-89GB11906-8929三氯甲烷气相色谱法待颁布30四氯化碳气相色谱法待颁布31苯酚气相色谱法待颁布32余氯量N,N-二乙基-1,4-苯二胺分光光度法GB11898-8933总有机碳（TOC）非色散红外吸收法待制定* 水和废水监测分析方法（第三版），中国环境科学出版社，1989年

14、第三节 水质标准简介 第一章 概述注汽锅炉给水水质条件 表1-3-5 序号项目单位数量备注1溶解氧mg/l0.052总硬度mg/l0.1以CaCO3计3总铁mg/l0.054二氧化硅mg/l505悬浮物mg/l26总碱度mg/l20007油和脂mg/l2建议不计溶解油8可溶性固体mg/l70009PH值7.511稠油集输系统及注蒸汽系统设计规范SY0027中注汽锅炉的给水水质条件应符合表1-3-5，同时必须满足所选设备的给水水质要求。 第三节 水质标准简介 第一章 概述采出水用于热采锅炉给水时，其水质指标应达到表1-3-6所示： 水质分析项目单位进入化学沉淀软化装置允许值进入离子交换软化装置允

15、许值含油量mg/l102悬浮固体含量mg/l2游离CO2mg/l1010总铁mg/l0.50.05SiO2mg/l50进入热采锅炉软化装置水质表 表1-3-6 第二章 污水处理工程 第一节 工艺流程简介一、重力式流程 自然除油混凝沉降压力（或重力）过滤流程。该流程如图2-1-1所示。重力式处理流程处理效果良好，对原水含油量、水量变化波动适应性强，自然除油回收油品好，投加净化剂混凝沉降后净化效果好。但当处理规模较大时，压力滤罐数量较多、操作量大，处理工艺自动化程度稍低。当对净化水质要求较低，且处理规模较大时，可采用重力式单阀滤罐提高处理能力。 第二章 污水处理工程 第一节 工艺流程简介图2-1-

16、1 重力式污水处理流程图 污水处理站 第二章 污水处理工程 第一节 工艺流程简介图2-1-2 压力式污水处理流程图 第二章 污水处理工程 第一节 工艺流程简介三、 浮选式流程 接收（溶气浮选）除油射流浮选或诱导浮选过滤、精滤流程。该流程如图2-1-3所示。浮选流程处理效率高，设备组装化、自动化程度高，现场预制工作量小。因此，广泛应用于海上采油平台，在陆上油田，尤其是稠油污水处理中也被较多应用。但该流程动力消耗大，维护工作量稍大。 第二章 污水处理工程 第一节 工艺流程简介图2-1-3 浮选式污水处理流程图 第二章 污水处理工程 第一节 工艺流程简介四、开式生化处理流程 隔油浮选生化降解沉降吸附

17、过滤流程。该流程如图2-1-4所示，开式生化处理流程是针对部分油田污水采出量较大，回用量不够大，必须处理达标外排而设计的。一般情况，通过上述开式生物处理流程净化，排放水质可以达到污水综合排放标准GB8978-1996要求。对于少部分油田污水水温过高，若直接外排，将引起受纳水体生态平衡的破坏。因此，尚需在排放前进行淋水降温处理；对于少部分矿化度高的油田污水，有必要进行除盐软化，适当降低含盐量，以免引起受纳水体盐碱化。 第二章 污水处理工程 第一节 工艺流程简介图2-1-4 开式生化处理流程 第二节 除 油 第二章 污水处理工艺 第二章 污水处理工程 第二节 除 油一、自然除油 1. 基本原理 自

18、然除油是属于物理法除油范畴，是一种重力分离技术。重力分离法处理含油污水，是根据油和水的密度不同，利用油和水的密度差使油上浮，达到油水分离的目的。含油污水在这种重力分离池中的分离效率为： 式中： E 油珠颗粒的分离效率； u 油珠颗粒的上浮速度； Q/A 表面负荷率； Q 处理流量； A 除油设备水平工作面积。 /=AQuE （式2-2-1） 第二章 污水处理工程 第二节 除 油浮升速度u可用斯托克斯公式计算： 式中： u 油珠颗粒的浮升速度，m/s； g 重力加速度，m/s2； 污水的动力粘度，Pa.s； w 污水的密度，kg/m3； o 油的密度，kg/m3； （式2-2-2） 2)(18p

19、owdgurrm-= 由斯托克斯公式可知，若污水中的油珠颗粒直径、污水密度、油的密度和水温一定时，则油珠颗粒的浮升速度亦为定值，除油效率与油珠颗粒的浮升速度成正比，与表面负荷率成反比。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油2. 装置结构 自然除油设施一般兼有调储功能，其油水分离效率不够高，通常工艺结构采用下向流设置。如图2-2-1所示，立式容器上部设收油构件，中上部设配水构件，中下部设集水构件，底部设排污构件。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油图2-2-1A 自然除油罐结构图 第二章 污水处理工程 第二节 除 油二、斜板（管）除油罐 1. 原理 斜板（管）除油是目前最常用的高效除油方法之一

20、，它同样属于物理法除油范畴。斜板（管）除油的基本原理是“浅层沉淀”，又称“浅池理论”，通俗的讲，若将水深为H的除油设备分隔为n个水深为H/n的分离池，而当分离池的长度为原除油分离区长度的1/n时，便可处理与原来的分离区同样的水量，并达到完全相同的效果。为了让浮升到斜板（管）上部的油珠便于流动和排除，把这些浅的分离池倾斜一定角度（通常为45 60），超过污油流动的休止角。这就形成了所谓的斜板（管）除油罐。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油假设除油设备的高度为H，油珠颗粒分离时间为t，则表面负荷率可表示为Q/A=H/t，将其代入分离效率公式，可得： HuttHuAQuE=/ （式2-2-3）

21、从（式2-2-3）可见，重力分离除油设备的除油效率是其分离高度的函数，减小除油设备的分离高度，可以提高除油效率。在其他条件相同时，除油设备的分离高度越小，油珠颗粒上浮到表面所需要的时间就越短，因此在油水分离设备中加设斜板，增加分离设备的工作表面积，缩小分离高度，从而可提高油珠颗粒的去除效率。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油3. 斜板除油装置 （1）立式斜板除油罐 立式斜板除油罐的结构型式与普通立式除油罐基本相同，其主要区别是在普通除油罐中心反应筒外的分离区一定部位加设了斜板组，如图2-2-8所示。 立式斜板除油罐的主要设计参数如下：斜板间距80100mm，斜板倾角4560，斜板水平投影负

22、荷1.510-42.010-4m3/（s.m2），其他设计数据与普通除油罐基本相同。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油图2-2-8 立式斜板除油罐结构图 第二章 污水处理工程 第二节 除 油常用的斜板规格有多种：一种是板长1750mm，板宽750mm，板厚1.51.9mm，每块板有6个波，波长130mm，波高16.5mm，波峰处的夹角101；另一种是板长1550mm，板宽650mm，板厚1.21.6mm，每块板有11个波，波长59mm，波高28mm；再一种是板长1360mm，板宽760mm，板厚1.61.9mm，每块板有58个波，波长120mm左右，波高1520mm。为安装和检修方便，可把

23、斜板拼装成若干个斜板组块。斜板组块排列在除油罐内的钢支架上。 油田上使用立式斜板除油罐的实践证明，在除油效率相同的条件下，与普通立式除油罐相比，同样大小的除油罐的除油处理能力可提高1.01.5倍。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油（2）平流式斜板隔油池 平流式斜板隔油池是在普通的平流式隔油池中加设斜板组所构成的，如图2-2-9A、B而下的经过斜板区，油、水、泥在斜板中进行分离，油珠颗粒沿斜板组的上层板下，向上浮升滑出斜板到水面，通过活动集油管槽收集到污油罐，再送去脱水，泥砂则沿斜板组的下层斜板面滑向集泥区落到池底，定时排除；分离后的水，从下部分离区进入折向上部的出水槽，然后排出或送去进一步

24、处理，由于高程上布置的原因，污水进入下一步处理工序，往往需要用泵进行提升。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油图2-2-9B 平流式斜板隔油池构造图1配水堰；2布水栅；3斜板；4集泥区；5出油槽；6集油管 第二章 污水处理工程 第二节 除 油三、粗粒化（聚结）除油 1. 粗化（聚结）除油机理 所谓粗粒化，就是使含油污水通过一个装有填充物（也叫粗粒化材料）的装置，在污水流经填充物时，使油珠由小变大的过程。经过粗粒化后的污水，其含油量及污油性质并不变化，只是更容易用重力分离法将油除去。粗粒化处理的对象主要是水中的分散油，粗粒化除油是粗粒化及相应的沉降过程的总称。油珠浮升符合斯托克斯公式（式2-2

25、-2），该式这表明，对温度一定的特定污水而言，其动力粘滞系数、污水密度、污油密度和重力加速度都是一定值，上式可简化为： 第二章 污水处理工程 第二节 除 油20Kdu= （式2-2-34） 可以看出，油珠上浮速度与油珠粒径平方成正比。如果在污水沉降之前设法使油珠粒径增大，则可大大增大油珠上浮速度，进而使污水在沉降罐中向下流速（v）加大，这样便可提高除油罐效率。有关学者经过大量研究，采用粗粒化法（也称聚结）可达到增大油珠粒径的目的。以上便是粗粒化除油的理论依据。 “润湿聚结” 理论建立在亲油性粗粒化材料的基础上。当含油污水流经由亲油性材料组成的粗粒化床时，分散油珠便在材料表面润湿附着，这样材料表

26、面几乎全被油包住，再流来的油珠也更容易润湿附着在上面，因而附着的油珠不断聚结扩大并形成油膜。由于浮力和反向水流冲击作用，油膜开始脱落，于是材料表面得到一定程度的更新。脱落的油膜到水相中仍形成油珠，该油珠粒径比聚结前的油珠粒径要大，从而达到粗粒化的目的。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油“碰撞聚结” 理论建立在疏油材料基础上。无论由粒状的或是纤维状的粗粒化材料组成的粗粒化床，其空隙均构成互相连续的通道，尤如无数根直径很小交错分布的微管。当含油污水流经该床时，由于粗粒化材料是疏油的，两个或多个油珠有可能同时与管壁碰撞或互相碰撞。其冲量足可以使它们合并成为一个较大的油珠，从而达到粗粒化的目的。

27、第二章 污水处理工程 第二节 除 油 第二章 污水处理工程 第二节 除 油2. 粗粒化材料（聚结板材）的选择 国内各油田目前工业化的粗粒化装置大多是用粒状材料，各种材料性能可见表2-2-3。材料名称 润湿角相对密度润湿角测定条件聚丙烯7380.91水温44C；介质为净化后含油污水润湿剂为原油无烟煤13181.60陶 粒72421.50石英砂99302.66蛇纹石7292.52粗粒化材料物性表 表2-2-3 粗粒化材料选择原则为：耐油性能好，不能被油溶解或溶涨；具有一定的机械强度，且不易磨损；不易板结，冲洗方便；一般主张用亲油性材料；尽量采用相对密度大于1的材料；货源充足，加工、运输方便，价格便

28、宜；粒径35mm为宜。对于聚结板材通常可采用聚氯乙烯、聚丙烯塑料、玻璃钢、普通碳钢和不锈钢等。具体选用哪种材质的聚结板，要根据处理水质特性和生产实际需要来确定。一般说来，聚丙烯和玻璃钢塑料聚结板属湿润聚结范畴；纯聚丙烯板材，当吸油接近饱和时纤维周围会产生油水界面引起的分子膜状薄油膜，吸油趋于平衡，影响聚结效果。玻璃钢材质吸油时对油水界面引起的分子膜状薄油膜影响较小，吸油功能可保持良好，但板材加工难度较大。碳钢和不锈钢聚结板材属碰撞聚结范畴，板材表面经过特殊处理后，亲水性能良好。不锈钢板聚结效果优于碳钢板，其运行寿命也大于碳钢板，但不锈钢板造价远高于碳钢板。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油

29、 第二章 污水处理工程 第二节 除 油3. 粗粒化（聚结）装置 单一的粗粒化装置一般为立式结构，下部配水，中部装填粗粒化材料，上部出水。组合式粗粒化除油装置一般为卧式，装置首端为配水部分，中部为粗粒化部分，中后部为斜板（管）分离部分，后部为集水部分。粗粒化除油装置工艺结构如图2-2-10（a）所示。 1. 进水口 2. 出水口 3. 粗粒化段 4. 蜂窝斜管5. 排油口 6. 排污口 7. 维修人孔 8. 拆装斜管人孔 图2-2-10(a) 粗粒化除油器工艺原理图 第二章 污水处理工程 第二节 除 油聚结分离器采用卧式压力聚结方式与斜板（管）除油装置结合除油。原水进入装置首端，通过多喇叭口均匀

30、布水，水流方式横向流经三组斜交错聚结板，使油珠聚结，悬浮物颗粒增大，然后再横向上移，自斜板组上部均布，经斜板分离，油珠上浮集聚，固体悬浮物下沉集聚排除，净化水由斜板下方横向流入集水腔。高效聚结分离器工艺原理图见图2-2-10（b）所示。 1. 进水口 2. 出水口 3. 排污口 4. 污油口5. 进料口 6. 蒸气、回水口 7. 安全阀 8. 出水挡板 图2-2-10(b) 聚结分离器工艺原理图 第二章 污水处理工程 第二节 除 油四、气浮除油（除悬浮物） 1. 基本原理 气浮就是在含油污水中通入空气（或天然气）设法使水中产生微细气泡，有时还需加入浮选剂或混凝剂，使污水中颗粒为0.2525m的

31、乳化油和分散油或水中悬浮颗粒粘附在气泡上，随气体一起上浮到水面并加以回收，从而达到含油污水除油除悬浮物的目的。由物理学基本概念得知，各种液体都有表面能，其表达式为： SW=s （式2-2-35） 式中： W 表面能，J； 表面张力，N/m；S 液体表面面积，m2。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油同样界面能也等于界面张力乘界面面积，界面能也有减小至最小的趋势，所以水中油呈圆球形。当把空气通入含有分散油的污水中，形成大量微小气泡，油粒同样具有粘附到气泡上的趋势以减少其界面能。 为使污水中有些亲水性的悬浮物用气浮法分离，则应在水中加入一定量的浮选剂使悬浮物表面变为疏水性物质，使其易于粘附在气泡

32、上去除。浮选剂是由极性-非极性分子组成，为表面活性物质，例如含油污水中的环烷酸及脂肪酸都可起浮选剂作用。有时水中乳化油含量较高时，气浮之前还需加混凝剂进行破乳，使水中油呈分散油状态以便于气泡粘附易于用气浮法分离。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油2. 气浮除油（除悬浮物）装置 （1）溶解气浮选装置 图2-2-11 溶解气浮选装置工艺示意图 该装置使气体在压力状态下溶于水中，再将溶气水引入浮选器首端或底部均匀配出，待压力降低后，溶入水中的气体便释放出来，使被处理水中的油珠和悬浮物吸附到气泡上，上浮聚集被去除。如图2-2-11所示，为溶解气浮选装置工艺示意图。 溶气浮选装置外形图 第二章 污水

33、处理工程 第二节 除 油（2）分散气浮选装置 图2-2-12 分散气浮选分散装置图 A. 旋转型浮选装置 该装置机械转子旋转在气液界面上产生了一个液体漩涡，漩涡气液界面随着转速升高可扩展到分离室底部以上。在涡漩中心的气腔中，压力低于大气压，这就引起分离室上部气相空间的蒸汽下移，通过转子与水相混合形成气水混合体。而后在转子的旋转推动下向周边扩散，形成与油、悬浮物混合、碰撞、吸附、聚集，上浮被去除的循环过程。图2-2-12示出了分散气浮选装置的横截面图。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油图2-2-13 喷射型分散气浮选装置图 B. 喷射型浮选装置 该装置每个浮选单元均设置一个喷射器，利用泵将净

34、化水打入浮选单元的喷射器，如图2-2-13所示，在喷射器内的喷嘴局部产生低气压，这就引起气浮单元上部气相空间的气体流向喷射器喷嘴，从而使气、水在喷嘴出口后的扩散段充分混合，然后射流入浮选单元中下部与被处理的污水混合，形成油、悬浮物与气泡吸附、聚集，上浮被去除。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油五、旋流除油 1. 基本原理 水力旋流器是利用油水密度差，在液流调整旋转时受到不等离心力的作用而实现油水分离。其基本工艺原理、结构如图2-2-14A、B所示。 图2-2-14A 水力旋流器工艺原理示意图 第二章 污水处理工程 第二节 除 油高速旋转的物体能产生离心力。含悬浮物（或分散油）的水在高速旋转

35、时，由于颗粒和水的质量不同，因此受到的离心力大小也不同，质量大的被甩到外围，质量小的则留在内围，通过不同的出口分别导引出来，从而回收了水中的悬浮颗粒（或分散油），并净化了水质。 第二章 污水处理工程 第二节 除 油流量 密度 随着流量增加，离心力也相应增加，对一个特定的旋流器来说，在保证分离效率的前提下，有一个最小流量和最大流量的工作范围。流量过小则由于离心力不足影响油滴的聚集，流量过大油芯容易变得不稳定，另外，由于进出口压差过大会对油滴产生剪切。一根直径35mm的旋流管最佳流量范围为100200m3/d。 两种液体的密度差越大则分离效率越高。 第三节 混凝沉降 第二章 污水处理工艺 第二章

36、污水处理工程 第三节 混凝沉降 一、混凝机理 混凝含指“凝聚”和“絮凝”过程。一般认为水中胶体失去稳定性，即“脱稳”的过程称为“凝聚”；而脱稳胶体中粒子及微小悬浮物聚集的过程称为“絮凝”。在实际生产应用中很难将“凝聚”和“絮凝”两者截然分开，只是在概念上可以这样理解。 油田含油污水处理中的混凝现象比较复杂，室内试验研究证实，不同的凝聚剂、絮凝剂组合，不同的水质条件，混凝作用机理也有所不同。一般说来，混凝剂对水中胶体颗粒的混凝作用有三种：电性中和、吸附桥架和卷扫作用。这三种作用以何者为主，取决于混凝剂的种类、投加量、水中胶体粒子的性质、含量和水的PH值等因素。 第二章 污水处理工程 第三节 混凝

37、沉降 1. 电性中和 要使胶体颗粒通过布郎运动相互碰撞聚集，就必须消除颗粒表面同性电荷的排斥作用，亦称“排斥能峰”。降低排斥能峰的办法是降低或消除胶体颗粒的 电位，即在水中投入电解质便可达此目的。含油污水中胶体颗粒大都带负电荷，故通常投入的电解质凝聚剂是带正电荷的离子或聚合离子，如Na+、Ca2+、Al3+等。 第二章 污水处理工程 第三节 混凝沉降 2. 吸附桥架 不仅带异性电荷的高分子物质（即絮凝剂）与胶体颗粒具有强烈地吸附作用，不带电的甚至带有与胶粒同性电荷的高分子物质与胶粒也有吸附作用。当高分子链的一端吸附了某一胶粒后，另一端又吸附了另一胶粒，形成“胶粒高分子胶粒”的絮体。高分子物质在

38、这里起到了胶粒与胶粒之间相互结合的桥梁作用，故称吸附桥架。起桥架作用的高分子都是线性高分子且需要一定长度，当长度不够时，不能起到颗粒间桥架作用，只能单个吸附胶粒 第二章 污水处理工程 第三节 混凝沉降 3. 网扫作用 当水中投加的混凝剂量足够大，便可形成大量絮体。成絮体的线性高分子物质，不仅具有一定长度，且大都有一定量的支链，絮体之间也有一定的吸附作用。混凝过程中在相对较短的时间内，在水体中形成大量絮体，趋向沉淀，便可以网捕，卷扫水中的胶体颗粒，以致产生净化沉淀分离，这中作用基本上是一种机械作用。 第二章 污水处理工程 第三节 混凝沉降 目前各油田投药口大部分都设在压力管线上，为保证充分混合一

39、般采用图2-3-1所示的静态简易管式混合器，其喷嘴流速34m/s，也有采用图2-3-2所示的静态叶片涡流形式的管式混合器。混合时间一般为1020秒钟左右，混合管线流速为1.01.5m/s。 第二章 污水处理工程 第三节 混凝沉降 图2-3-2 叶片涡流管式混合器示意图 图2-3-1 简易管式混合器示意图 第四节 过 滤 第二章 污水处理工艺 第二章 污水处理工程 第四节 过 滤 一、基本原理 1. 吸附 从过滤性质来说，一般可以分为物理作用和化学作用。过滤机理可分为：吸附、絮凝、沉淀和截留等几个方面。 滤池功能之一是把悬浮颗粒吸附到滤料颗粒表面。吸附性能是滤料颗粒尺寸、絮体颗粒尺寸以及吸附性质

40、和抗剪强度的函数。影响吸附的物理因素包括滤池和悬浮液的性质。影响吸附的化学因素包括悬浮颗粒、悬浮液水体以及滤料的化学性质，其中电化学性质和范德华力（颗粒间分子的内聚力）是两个最重要的化学性质。 第二章 污水处理工程 第四节 过 滤 2. 絮凝 为了得到水的最佳过滤性，有两种基本方法。一种是按取得最佳过滤性而不是为产生最易沉淀的絮凝体，来确定混凝剂的最初投药量。另一种是在沉淀后的水进入滤池时，向其投加作为助滤剂的二次混凝剂。 3. 沉降 4. 截留 小于孔隙空间的颗粒的过滤去除，同一个布满着极大数目浅盘的水池中的沉淀作用是类似的。 截留也可以说成筛滤，这是最简单的过滤。它几乎全部发生在滤层的表面

41、上，也就是水进入到滤床的孔隙之处。 第二章 污水处理工程 第四节 过 滤 二、滤料及垫层 1. 滤料 （1）滤料的性能 凡满足下列要求的固体颗粒，都可以作为滤料。 A. 有足够的机械强度；B. 具有足够的化学稳定性；C. 能就地取材，货源充足，价格合理； D. 具有一定的颗粒级配和适当的孔隙度；E. 外形接近于球状，表面比较粗糙而有棱角。 第二章 污水处理工程 第四节 过 滤 滤料的比表面积 表2-4-2 粒度mm石英砂无烟煤粒石榴石粒孔隙度比表面积孔隙度比表面积cm2/cm3孔隙度比表面积cm2/cm3cm2/gcm2/cm32.51.20.4425.537.80.5530.40.4537.

42、11.20.60.4450.675.10.5560.40.4574.80.60.30.4687.31250.551040.501160.30.150.461742490.552080.56203 第二章 污水处理工程 第四节 过 滤 （2）滤料颗粒级配 滤料级配的表示方法是规定最大、最小两种粒径和K80。我国现行规范即采用这种表示方法，见表2-4-3。 快滤池单层及双层滤料组成 表2-4-3 类 别滤料组成滤速m/h强制滤速m/h粒径 mm不均匀系数 K80厚度 mm单层石英砂滤料dmax=1.2 dmin=0.52.07008121014双层滤料无烟煤dmax=1.8dmin=0.82.04

43、0050012161418石英砂dmax=1.2dmin=0.52.0400500 第二章 污水处理工程 第四节 过 滤 （3）滤料孔隙率 滤料层的孔隙率是指某一体积滤层中空隙的体积与其总体积（即滤料颗粒的体积与滤粒间空隙体积的和）的比值。按下式求出滤料空隙率： VGre-=1 （式2-4-23） 式中：G 滤料重量（在105下烘干），g; V 滤料体积，cm3; 滤料密度，g/cm3。 滤料层孔隙率与滤料颗粒形状、均匀程度以及压实程度等有关。均匀颗粒和不规则形状的滤料，孔隙率大。 第二章 污水处理工程 第四节 过 滤 （4）滤料形状 滤料形状影响滤层中水头损失和滤层孔隙率。 序 号形状描述球

44、形度系数 孔隙率 1圆 球 形1.00.382圆 形0.980.383已磨蚀的0.940.394较锐利的0.810.405有尖角的0.780.43滤料颗粒球形度系数及孔隙率 表2-4-4 第二章 污水处理工程 第四节 过 滤 （5）滤层规格 滤层的规格包括滤层的材料、粒度和厚度三者的规定。滤层的厚度可以理解为矾花所穿透的深度和一个保护厚度的和。一般情况下穿深度约为400mm，相应的保护厚约为200300mm，滤层总厚度应为600700mm。表2-4-5列出了粒度和允许滤速及水头损失的经验数据。单层滤料的滤层按600700mm厚度考虑，是从控制穿透深度的角度得来的，可以作为选用滤料粒度时的参考。

45、 滤料粒度的适用条件 表2-4-5 第二章 污水处理工程 第四节 过 滤 粒度 mm 适 用 条 件 0.30.5 滤速小于25m/h 0.60.8 滤速小于15m/h，水头损失小于6m 0.91.0 要求良好的混凝过程，水头损失小于4m 1.31.5 水头损失小于1.5m 双层滤料中煤和砂粒度选择的合适与否是关键问题。根据煤、砂相对密度差，选配适当的粒径级配，可形成良好的上粗下细的分层状态。 双层滤料级配参见表2-4-3。实际上，各地使用的级配规格并不完全相同，可根据具体情况决定。双层滤料接触滤池的滤料级配可参见表2-4-6。 第二章 污水处理工程 第四节 过 滤 双层滤料接触滤池滤料组成

46、表2-4-6 滤料类别粒径 mm不均匀系数 K80滤层厚度 mm滤速m/h强制滤速m/h无烟煤dmax=1.2 dmin=0.81.3400600610812石英砂dmax=1.0 dmin=0.51.5400600三层滤料是双层滤料概念发展的结果。其粒径级配原则基本上同于双层滤料，即根据三种滤料相对密度的不同，选配适当的粒径比以防滤层混杂。表2-4-7可作为选用参考。 三层滤料滤池 表2-4-7 层 次 滤 料滤 料 规 格相对密度粒径 mm厚度 mm第一层 无烟煤1.508 2.0420第二层石英砂2.650.5 0.8230第三层磁铁矿4.750.25 0.590120 第二章 污水处理

47、工程 第四节 过 滤 2. 垫层 垫层也称为承托层，只是配合管式大阻力配水系统使用，但在油田污水处理中小阻力配水系统中也广泛采用。其作用有两个：1. 防止过滤时滤料从配水系统中流失；2. 冲洗过程中保证均匀布水。承托层自上而下分为四层，规格见表2-4-8所示。在油田污水处理中，小阻力配水系统采用的垫层也参见此表。 层次（自上而下） 粒径 mm 厚度 mm12 4 10024 810038 16100416 32150承托层规格 表2-4-8 图2-4-13 压力式石英砂过滤器 图2-4-14 压力式搅拌反冲洗过滤器 第一节 缓释剂第四章 油田污水化学处理剂第四章 油田污水化学处理药剂第一节 缓

48、释剂一、腐蚀及其危害 金属与周围介质接触，由于化学或电化学原因引起的破坏称为腐蚀。油田污水因其具有较高的矿化度、含有腐蚀性气体（H2S、CO2、O2）和微生物（SRB、TGB）等特点，所以一般具有较高的腐蚀特性，造成污水集输管线、水处理设备、油水井及井下工具的腐蚀破坏。油田污水系统管线设备的严重腐蚀会影响油田生产系统正常运行，还会引起火灾，造成环境污染。金属设备的防腐措施可分为三类：一是通过防腐化学剂的加入，达到减轻腐蚀的目的；二是把金属本体与腐蚀介质隔开，如各种内外衬、涂防腐设备、管线等；三是采用耐腐蚀材质，如不锈钢、塑料等。第四章 油田污水化学处理药剂第一节 缓释剂二、缓蚀剂定义和类型 凡

49、是在腐蚀介质中添加少量物质就能防止或减缓金属的腐蚀，这类物质就称为缓蚀剂。常用缓蚀率来衡量缓蚀剂的防腐效果。按式4-1-1计算出缓蚀率：%100-=空白试样的腐蚀速度加入缓蚀剂试样的腐蚀速度空白试样的腐蚀速度缓蚀率1. 缓蚀剂定义 2. 缓蚀剂类型 （1）氧化型缓试剂 氧化型缓试剂的缓蚀机理是使金属表面生成一层致密且与金属表面牢固结合的氧化膜或以金属离子生成难溶的盐，从而阻止金属离子进入溶液，抑制腐蚀。如铬酸盐（NaCrO2、K2Cr2O7）、亚硝酸盐（NaNO2）等。 第四章 油田污水化学处理药剂第一节 缓释剂（2）沉淀型缓试剂 沉淀型缓试剂的缓蚀机理是缓蚀剂与腐蚀环境中的某些组份反应，生成

50、致密的沉淀膜或生成新的聚合物，覆盖在金属的表面，这种膜的电阻率大，抑制了金属的腐蚀。沉淀型缓蚀剂又有阴极抑制型和混合抑制型之分。如辛炔醇、磷酸盐、羟基喹啉等。（3）吸附型缓蚀剂 吸附型缓蚀剂均为有机化合物，又称为有机缓蚀剂。其缓蚀机理是缓蚀剂分子一般都有极性基团和非极性基团，加入腐蚀介质中的极性基团吸附在金属表面上，非极性基团则向外定向排列，形成憎水膜，使金属与腐蚀介质隔开，从而起到防腐作用。如烷基胺（RNH2）、烷基氯化吡啶、咪唑啉衍生物等。 第四章 油田污水化学处理药剂第一节 缓释剂三、缓蚀剂选择 1. 污水处理缓蚀剂的选择 （1）确定腐蚀原因；（2）进行室内评价；（3）现场实验确定缓使剂

51、用量和加药方式；（4）进行经济技术指标比较。 2. 油田污水处理系统常用缓蚀剂 用于污水处理系统的缓蚀剂品种繁多，来源复杂，缓蚀效果差异也较大。表4-1-1列出了油田污水处理（注水）系统常用的缓蚀剂。 第四章 油田污水化学处理药剂第一节 缓释剂油田污水处理（注水）系统常用的缓蚀剂 表4-1-1 序号类别代表物1伯胺类RNH22仲胺类R1NHR23二胺类R1NH(CH2)nNH24聚胺类R1(CHCH2)nR2NH25酰胺类R1CONHR26季铵盐类R1R2R3R4N+x-7咪唑啉类CH2N | CR2CH2N | R1第二节 阻垢剂第四章 油田污水化学处理剂第四章 油田污水化学处理药剂第二节

52、阻垢剂一、结垢及其危害 结垢是油田生产系统中遇到的严重问题之一，结垢可发生在生产系统的多个部位或环节，如采油、集输、油气处理、污水处理及注水系统。水垢的形成主要取决于其中盐类是否过饱和以及盐类结晶的生长过程。影响结垢的主要因素是水的成分和类型。油田生产系统结垢是经常发生的事，特别是污水输送管线、污水处理设备和注水设备、管线结垢严重，使管线有效直径减小，表面状况恶化，摩阻增大、能耗增加，结垢还会影响正常生产，增加生产成本，甚至被迫停产。 二、常见垢分类、组成 第四章 油田污水化学处理药剂第二节 阻垢剂油田生产系统常见垢有碳酸盐垢、硫酸盐垢和铁化合物垢等，其主要组成如下：1. 碳酸盐垢 以CaCO

53、3、MgCO3为主。2. 硫酸盐垢 以CaSO42H2O、CaSO4、Ba SO4、Sr SO4为主。3. 铁化合物垢 主要是腐蚀产物：FeCO3、FeS、Fe(OH)3、Fe2O3第四章 油田污水化学处理药剂第二节 阻垢剂三、结垢原因 1. 不相容论 两种化学组份不同的水（油田产出水和浅层清水）相混，因为离子的组份或浓度有较大的差异，就会发生结垢现象。 2. 热力学条件变化论 在油田生产过程中，当压力、温度、PH值、流速和溶解离子含量发生改变时，就会增加结垢趋势。如污水管线的变径处、拐弯处、阀门处较容易结垢。 第四章 油田污水化学处理药剂第二节 阻垢剂3. 吸附论 结垢可分为三个阶段：垢的析

54、出、垢的长大和垢的沉积。垢具有晶体结构，设备、管线具有粗糙表面时，成垢离子就会吸附在表面上，并以其为结晶中心，不断长大，沉积成致密的垢。也可以把腐蚀产物、细菌作为结晶中心形成垢。 四、垢的鉴别 判断方法之一 把垢样浸于有机溶液中，溶去有机烃类物质，若溶剂 颜 色变深，说明其中含有机质。判断方法之二 检查垢样是否带有磁性，若有磁性并且磁性较强，表明其中含有Fe3O4。 第四章 油田污水化学处理药剂第二节 阻垢剂判断方法之三 把垢样放入15%的盐酸中，若发生强烈反应，并有臭鸡蛋气味放出，则表明含有大量FeS。若酸液颜色变黄，则表明垢样中含有铁的氧化物。判断方法之四 若垢样与15%的盐酸溶液反应强烈

55、，放出的气体无味，则表明垢样中以CaCO3为主。 判断方法之五 若垢样不与15%的盐酸溶液反应，则表明垢样中含有CaSO4、SrSO4、BaSO4。判断方法之六 若垢样溶于水，则表明垢样以NaCl为主。 第四章 油田污水化学处理药剂第二节 阻垢剂五、化学防垢 1. 化学防垢机理 (1) 分散作用低分子量的聚合物一般具有较高的电荷密度，可产生离子间斥力。共聚物还具有表面活性功能，它们在水溶液中把胶体颗粒包围起来，呈稳定状态。胶体颗粒的核心也包括CaCO3和CaSO4等晶体，因此起到防垢的作用。 (2) 螯合和络合作用 防垢剂把能形成沉淀的金属离子（Ca2+、Mg2+、Ba2+）变成可溶性的螯合离

56、子或络合离子，从而抑制金属离子和阴离子（CO32-、SO42-）结合生成沉淀。如ATMP和EDTA即属这类防垢剂。 第四章 油田污水化学处理药剂第二节 阻垢剂(3) 絮凝作用 阻垢剂把水中含有的CaCO3及CaSO4晶核的胶体颗粒吸附在高分子聚合物的长链上，结合成矾花悬浮在水中，发挥阻垢作用。如聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠等。 (4) 晶体变形作用 在形成晶体垢的过程中，有机高分子聚合物进入晶体结构，破坏了晶体正常生长，而使晶体发生畸变，改变了原来的规则结构，使晶体不再继续增大，从而防止或减轻结垢。 第四章 油田污水化学处理药剂第二节 阻垢剂2. 油田常用防垢剂 (1) 无机磷酸盐主要有磷酸三钠（N

57、a3PO4）、焦磷酸四钠（Na4P2O7）、三聚磷酸钠（Na5P3O10）和六偏磷酸钠（(NaPO3)6）。这类药剂价格低，防CaCO3垢较有效。但是易于水解产生正磷酸盐，可与钙离子反应生成不溶解的磷酸钙，随着水温的提高，水解速度加快，使用最高温度为80。 (2) 有机磷酸及其盐 主要有氨基三甲叉磷酸（ATMP）、乙二胺四甲叉磷酸（EDTMP）、羟基乙叉二磷酸钠（HEDP）等。这类药剂不易水解，使用温度高达100以上。投加量比较低有较好防垢效果，并且于其他污水处理药剂配伍性较好，是广泛应用的阻垢剂类型。 第四章 油田污水化学处理药剂第二节 阻垢剂(3) 聚合物 主要有聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯

58、酰胺（PMA）、聚马来酸酐（HPMA）等，其中聚马来酸酐防止CaSO4、BaSO4垢效果较好。 (4) 复配型复合物 几种作用不同的单剂按一定比例混合在一起，只要相互间不发生反应，无抵消作用，且各自发挥自己的特点，都可复配成复合物使用。 六、阻垢剂的选择与评价 当选则阻垢剂时，应考虑以下因素： 1. 垢的化学组成；2. 结构严重程度；3. 温度；4. 与其它污水处理剂的配伍性。第四章 油田污水化学处理药剂第二节 阻垢剂阻垢剂的评价是采用实验室的试验测定它们的相对效果，阻垢率P可用式4-2-4来计算： （式 4-2-4） 第三节 杀菌剂第四章 油田污水化学处理剂第四章 油田污水化学处理药剂第三节

59、 杀菌剂一、污水处理系统常见的细菌及其危害 1. 硫酸还原菌（SRB） 在厌氧条件下能将硫酸盐还原成硫化物的细菌叫硫酸盐还原菌。硫酸盐还原菌生长繁殖的PH值范围很广，一般为5.59.0之间，最适宜PH值为6.57.5。生长繁殖温度因种类而异，分中温型与高温型两种，中温型的生长繁殖温度范围在2040之间，高于45停止生长，高温型的生长温度为5560。硫酸盐还原菌在油田污水处理系统中的生存部位很广，主要部位有：污水管线的滞流点（弯头、阀门、垢下），污水罐罐壁及底部，过滤器滤料中等。第四章 油田污水化学处理药剂第三节 杀菌剂硫酸盐还原菌在厌氧条件下将水中的硫酸盐还原成硫化氢，从而对污水管线及处理设备生产腐蚀，生产的腐蚀产物硫化亚铁（FeS）使水质变差，增加污水处理难度，同时硫酸盐还原菌及硫化亚铁随水注入地层，会引起地层堵塞。因此有效控制硫酸盐还原菌十分必要。 SO42- S2- + 4O （式4-3-1） Fe Fe2+ + 2e （阳极反应） （式4-3-2） O + H2O + 2e 2OH- （阴极反应） （式4-3-3） 腐蚀产物为FeS和Fe(OH)2。 第四章 油田污水化学处理药剂第三节 杀菌剂2. 粘泥生成菌（TGB） 在有氧条件下，凡是能形成粘膜的细菌统称为粘泥形成菌，习惯称为腐生菌（TGB）。粘泥形成菌的种类繁多，一