某油田双介质滤器滤料失效原因分析及改进措施

摘要：某油田双介质滤器作为污水处理系统最后一级处理设备，在运行中频繁出现滤料失效的问题。本文通过计算试验，分析双介质滤器反冲洗功能效果，明确了双介质滤器滤料失效的根源问题为：双介质滤器反洗水量与床层特点不匹配，并摸索出“优化反洗再生模型+弱碱性清洗剂”模式的清洗方法，解决滤料频繁失效的问题。

关键词：双介质滤器  临界流化  滤料再生  清洗

1  概况

某油田双介质滤器作为污水处理系统最后一级处理设备，具有过滤与滤料再生两个工艺系统。过滤时，核桃壳滤料吸附含油污水中的微小悬浮物和油珠，污水深度处理后进入下游。当滤器压差达到150KPa，或过滤时间达23.58小时，滤料再生系统运行，对核桃壳滤料颗粒表面附着油污的去除，污染滤料原位再生吸附功能恢复。随着油田生产规模的不断扩大，污水系统处理量也逐年攀升，双介质滤器在运行中频繁出现滤器压差快速升高、除油效果变差，滤料失效的问题。

2  滤料再生反冲洗工艺分析

2.1  反冲洗流量及滤床临界流化的模型计算

双介质滤器反冲洗的目的是利用冲洗水的剪切力将滤床截留的油污与滤料颗粒分离，使滤床恢复过滤功能。就反冲洗量而言，过小则滤床再生不彻底；过大则滤床膨胀过高，滤料颗粒碰撞机会减少，再生效果变差。根据行业标准，双介质滤器反冲洗流量应达到滤床临界流化速度且膨胀度不超过50%。

化速度，滤床进入到流化阶段，滤料再生才能良好，根据Ergun方程式来求取最小流化速度。

（1）式中球度取0.98，冲洗水粘度取0.4174mPa·S，颗粒累计分布为60的滤料颗粒粒径取1.6mm，核桃壳滤料的真密度取1.21g/cm3。利用随机离散堆积法，测得滤料堆密度为0.88g/cm3，计算得出=6.58L/s.m2。对计算数据进行5%的经验修正，=6.25～6.91L/s.m2。

计算最小反冲洗水量需保持在204～225 m3/H以上。

根据发明专利《一种基于锰砂滤料进行污水除铁的方法》，推导出滤床膨胀度X与反冲洗量U关系公式：

根据（2）（3）（4）公式，滤床膨胀度取最大膨胀度50%，推到计算出拓展系数n为2.056，最大反洗速度=14.52 L/s.m2。对计算数据进行5%的经验修正， =13.80～15.24L/s.m2。计算最大反洗水量最大不应超过450～498 m3/H。

为验证理论计算反洗再生模型的准确性，现场选用8台双介质滤器测试其在不同反洗流量条件下的压降，试验结果与反洗模型预测一致，说明当反冲洗流量偏低时，污染滤料的清洗除油效果较差。

2.2  反冲洗水清洗功能试验

污染滤料的污染物组分化验结果如下：

如表3所示，被污染滤料中主要污染物为原油。当原油完全包裹核桃壳滤料后，核桃壳表面的润湿性将由亲水转变为亲油，水的清洗效果将会大大降低。

对双介质滤器内部滤料污染物进行取样分析，生产水的清洗效率CEF为17.89%，清洗效果差；石油醚的清洗效果明显好于生产水，达到72.20%，清洗效果良好。生产水清洗效果差为双介质滤器滤再生冲洗效果差的又一主要原因。

3  改进措施

3.1  反冲洗流量提升改进

经实验，当反洗流量在400～450 m3/H时，双介质滤器的平均压降和出口含油均能保持在一个较好的水平，确认双介质滤器反洗操作反冲洗水量应控制在400～450 m3/H为宜。

3.2  反冲水清洗效果提升

现场筛选出弱碱性化学清洗剂，加注入生产水中对污染失效的核桃壳滤料开展了6小时浸泡试验，滤料浸泡后明显较浸泡前松散且颜色明显变浅。

从实验结果看，加注弱碱性化学清洗剂的生产水对污染失效的核桃壳具有显著的除油效果，浸泡清洗后，污染核桃壳表面显露出来，表面润湿性由亲油逆转为亲水。

3.3  最佳清洗模式的确定

结合上述实验得出的有利提升滤料再生反冲洗效果的结论，确定采用“优化反洗再生模型+弱碱性清洗剂”的模式提升滤料再生效果。经验证，该模式清洗后的双介质滤器能保持较低的过滤压差及较好的水质，达到了效果预期。12个月后双介质滤器的过滤效果及出口水质有逐步变差的趋势，经再次化学清洗后，又能恢复较好的使用效果。由此确认“优化反洗再生模型+弱碱性清洗剂”模式，即“日常400～450 m3/H的反洗量+12个月一次的化学清洗”的提升滤料再生效果显著。

4  结论

通过计算试验，分析双介质滤器反冲洗功能效果，明确了双介质滤器滤料失效的根源问题为：双介质滤器反洗水量与床层特点不匹配，生产水反洗模式效果差，清洗效率CEF仅为17.89%，造成滤料再生困难。根据以上结论，油田摸索出“优化反洗再生模型+弱碱性清洗剂”模式的清洗方法，取得了良好的应用效果。经统计，采用新模式清洗后的双介质滤器水相出口含油可长期保持在25左右，滤器压差由160-180Kpa降至115Kpa，处理量由35-70m³/H提升至135m³/H。

参考文献

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