高效聚结除油器和CDFU一体化设备处理海上生产水返排液工艺研究
1、前言
在海上采油平台生产过程中，在水处理或油处理系统检修、设备泄漏等作业，会有一定量含油污水返排至平台或FPSO底舱，同时作业过程中，如压裂、酸化、洗井、新井排液等也难处理废水，为了不影响生产水正常处理运行，也常常返排至底舱，长期累积，大量微生物滋生，导致底舱返排水成分异常复杂，杂质含量比较高，乳化严重，处理起来非常困难，如直接回到水处理流程，严重影响生产水处理系统稳定性，导致出水无法满足回注水或排海标准要求，舱底返排废水已成为困扰海上采油平台水处理的难题。
2、科力迩公司解决方案
2.1 技术原理
深圳科力迩科技有限公司根据海上采油平台舱底返排液含油污水的特点和难点，经多年研究和现场测试，开发了全新、高效解决方案，能够彻底解决困扰海上平台舱底返排液的难题。
主要工艺如下：
图五、工艺简图
舱底含油污水经换热冷却后，进入高效聚结除油器，污水中浮油、分散油和部分乳化油在除油器特殊填料的作用下，聚集、聚结成大油团，快速从污水中分离进入集油包排出，初步油水分离后污水仍然含有大量乳化油再进入高效旋流溶气气浮(CDFU)进行进一步处理，乳化油被超微气泡扑捉后在旋流作用下不断集聚、聚结破乳形成油团快速从污水中分离，破乳聚结后原油排出，处理后污水进入污水处理厂管网进行进一步处理。
2.2技术优势
◆摆脱了传统仅仅依靠油水密度差的分离模式，依靠气-水、油-气-水密度差，使得
除油基本不受污油密度影响，大大提高分离效率。
◆采用高效聚结压力除油器，具有分离效率高，抗冲击性能强，不易堵塞，能耗低
等优势
◆采用高效紧凑型溶气气浮装置，结构紧凑、分离效率高，在无需加任何化学药剂
情况下，能够有效去除乳化油，可靠性高，处理效果稳定。
◆整套处理工艺除油效率高，需要压力低（<0.15Mpa），能耗低，不易堵塞，抗冲
击性强，可靠性高，能够保证电脱盐污水含油剧烈波动的情况下，经处理后持续
稳定满足进入污水处理厂的要求（<100mg/L）。
◆自动控制运行，自动化程度高，运行和维护人工成本低。
◆全封闭式运行，无危险气体外泄，对员工和周围环境影响小
◆设备价格合理，性价比高，经济和社会效益显著
3、技术介绍
3.1 CDFU介绍
3.1.1 工作原理
紧凑旋流气浮分离器（CDFU）为公司专利产品，是我公司在吸收国际先进技术的基础上，将旋流离心分离技术与气浮分离技术有机结合，并通过CFD优化，开发出来的具有国际先进水平的高效气浮油水分离器。
通过旋流的作用，极大地提高了气泡浮选的效果，缩短了气浮停留时间，实现高效、快速除油，该装置适用于各类含油（含悬浮物）污水处理。
3.1.2 气浮原理
气浮技术是在待处理水中通入大量的、高度分散的微气泡(通常需要投加混凝剂或浮选剂),使之作为载体与悬浮在水中的颗粒(油滴)或絮状物粘附,形成整体密度小于水的浮体，依靠浮力作用一起上浮到水面,形成浮渣而加以去除，以完成水中固体与固体、固体与液体、液体与液体分离的净水技术。
⑴气浮分离分为三个过程
气泡产生；气泡与悬浮物(颗粒或油滴)附着；气泡带着悬浮物(颗粒或油滴)上升到液面，聚结通过撇乳器去除。
①气泡产生方法
ⅰ溶气法：气泡直径小(约20～100μm)，可认为控制气泡与水接触时间，可通过加压溶气或多相流泵等产生。
ⅱ布气(分散气体)法：气泡直径较大(约100～10000μm)。
喷射器、微孔布气和叶轮搅拌产生。
ⅲ电解法：气泡直径小(约10～60μm)，但耗电量大，电板易结垢，操作困难。
ⅳ静电喷涂气体法。
②气泡与悬浮物附着
微气泡对疏水性悬浮物和油滴有天然吸附作用，粘附后界面能减小。
接触角：气、液、固三相间互相接触时，在气-液界面张力线和固-液界面张力线之间的夹角(对着液相的)，用θ表示。
亲水性：容易被水润湿的物质, θ<90。
疏水性：不容易被水润湿的物质θ>90。
在三相接触点上，三界面的张力处于平衡状态：
附着前，单位界面面积上的界面能之和为：
附着后，单位附着面积上的界面能为：
界面能降低值为：
③气泡与悬浮物分离过程
气泡粘附着悬浮物（油滴）逐步形成浮渣，上升到污水气液表面，气泡破碎析出，污染物聚集后聚结成团后经排污排出。
3.1.3 CDFU原理
污水进入旋流溶气气浮(CDFU)装置，经混合器与溶气水释放出来的微气泡（气泡直径5～30μm）混合后，沿着CDFU罐壁切向进入旋流溶气气浮装置后形成旋流，通过旋流产生的离心力作用，微气泡和乳化油滴向中间集聚形成浮渣和析出氮气一起从分离油出口流入浮渣接收罐，在浮渣接收罐中，分离出来的氮气从气体出口排出；处理后污水逐渐向下从CDFU水出口流出。
⑴结构特点
①双切向入口设计
通过双切向入口设计，产生更大的旋转速度，离心加速度更大，旋流更为稳定，有利于气泡和油滴相互作用，加速气泡和油滴向旋流中间区域聚结，提高气浮效果，缩短停留时间，结构可以设计的更为紧凑。
抗波动行更强，可以适应turndown率较大的波动（50%变化）。
②双气浮区域设计
在气浮罐中心位置设计中心筒，将气浮隔分成中心筒内浮选区和筒外浮选区。
入口从内筒切向进入，能够产生更大的离心力，离心加速度更大，更有利于气泡和油滴向中间集聚，气浮效果更好。
内外筒设计细化了污水在气浮罐体内的流动，形成不同的气浮区域，避免出水夹带油滴，降低气浮效果，同时空间利用率更高，结构更为紧凑。
③旋流除沙设计
中心筒底部锥形设计，能够起到一定的除沙效果。
较大和较重的颗粒在离心力的作用下，逐步被甩到内筒壁，并沿着内筒壁向下流入锥形区域，始终保持旋流状态，沙粒不易堆积，更容易去除。
定期流态化排沙，不易堵塞。
CDFU分离示意图溶气微气泡
CDFU工艺简图
⑵技术特点
◆污油去除效率不低于90%，远高于常规IGF。
◆能耗低（10%的IGF能耗），气体消耗量少（1%～3%处理量）
◆药剂投加量小，产生的污泥量小，运行和维护费用少。
◆性能稳定，可以满足10%～120%的流量变化范围。
⑶传统气浮与CDFU性能参数对照
传统旋流气浮与CDFU性能参数对照表
传统溶气气浮与CDFU性能参数对照表
3.1.4 应用效果
该套设备具有油水分离效果好，结构紧凑优势，已经在陆地针对海上部分油田水质进行了多次中试试验，并取得了不错的应用效果。
如下图所示。
现已进行商业推广应用。
图6某炼化电脱盐含油污水处理效果（单级无药剂）
图7 新疆某蒸汽驱稠油油田乳化废水处理效果（单级无药剂）
CDFU 进口 CDFU 出口
CDFU 进口
CDFU 出口
图8 某油田含聚污水处理效果（单级无药剂）
CDFU 出水 CDFU 进水 CDFU 出水 CDFU 进水
图
9 渤海某平台生产水处理效果（单级无药剂）
CDFU 进口
CDFU 出口
3.2聚结分离器介绍
高效聚结压力除油器是我公司通过综合应用stokes原理与粗粒化技术，在吸收国外先进技术和理念的基础上，优化改进的新型高效除油器。
该除油器采用双向流动设计和CFD 来优化内部流场，实现除油器内部流动的合理布局，从而提高分离效率，较大地缩减容器尺寸；通过采用高效聚结内件，增大油滴粒径，极大地缩短了油滴停留时间，实现高效油水分离的同时使得容器尺寸更小，结构更为紧凑；通过采用全自动控制和封闭式压力除油，实现装置运行平稳、安全可靠、操作方便，能够适应各种复杂工况。
高效聚结式压力除油器工艺简图
3.2.1 技术特点
⑴双向流动设计和CFD优化，结构紧凑、占地面积小（仅为传统除油器50%左右）；
⑵高效聚结内件，去除粒径小，停留时间短（仅为传统除油器的30%左右），分离效率高（除油效率90%以上）；
⑶聚结内件材料耐腐蚀性强（强化pp或不锈钢等)，使用寿命长，检修少，运行和维护成本低；
⑷聚结填料采用独特的流道设计，在实现油滴快速碰撞、聚结的同时，防止泥沙沉积，堵塞填料，减少检修次数，维护成本低；
⑸全自动控制和封闭式带压运行，人工成本低、运行平稳、安全可靠；
⑹分离器底部可实现自动清沙和排沙，防止泥沙淤积占据分离空间，保证分离器性能稳定。
3.2.2 适用范围
⑴陆地油田或海上油井生产水处理
⑵石油化工生产过程产生的各种含油废水处理（如电脱盐含油污水，焦化酸性水等）
⑶油库含油废水处理（储油罐切出水等）
⑷其它含油废水处理（钢厂冷却水、清洗废水等）
3.2.3 主要技术参数
⑴处理能力：1～150m3/hr
⑵工作压力：0.1～1.0MPa
⑶进水：含油<10000mg/L，悬浮物<1000mg/L
⑷出水：含油<500mg/L，悬浮物<300mg/L
⑸设计温度：<85℃。
