海上生产设施雨水滤净装置

吕健(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

夏季雨水丰量时导致积累于各层甲板上的大量雨水一直是海上生产平台比较困扰的气象危害。大量气象降水收集在甲板上后，一方面，若将积水排放至生产处理系统，则会对该系统带来诸如流体物性、系统温度、承受能力等多方面影响；另一方面，若直接将甲板积水泄放入海，更有悖于健康安全环保的基本理念，对自然环境造成危害；再者，若对其置之不理，则会严重腐蚀平台金属结构及附属设施。

1 滤净装置方案设计

收集气象环境导致的甲板积水，利用物理吸附原理滤净甲板积水中的油相介质、颗粒物等，经滤净处理并达到排放标准的甲板积水进行自然排放。因设计初衷以保护自然环境不受危害为目的，所以杜绝使用化学制剂等有害物质。

1.1 滤净系统设计及组成

1.2 滤净装置

1.2.1 外形设计

(1)采用开启式压盖结构的圆柱形多级滤筒，单级滤筒间采用法兰式短管连接，内部滤料可通过开启压盖进行更换。压盖固定方式为不锈钢活节螺丝配环形螺帽，拆卸方便、快捷，易于保养、防腐。多级结构也易于单级拆装、维护，即可有效避免局部脏堵情况下滤料的大范围更换，从而造成不必要的成本浪费。而且较更换大体积滤料相比，也可有效降低人力、物力的消耗、节省更换时间。但是，该滤筒的结构及拆卸方式使其在现场建造、安装时需尽可能采用卧式布局，否则可能造成拆装滤料时因内部滤料坍塌，含油污物溢出。滤器外观如图1所示。

图1 开启式多级滤筒

(2)采用桶装式多单元预填装滤筒，滤筒单元之间采用环形密封圈扣紧连接，再通过长螺栓紧固压实，达到密封效果。该滤净结构同样具有开启式压盖结构的圆柱形多级滤筒的诸多优点，并且可根据现场要求采用立式或卧式排列、安装。而其缺点主要为：加工成本较前者相对较高；废旧滤筒的重复使用能力相对较低；拆装单级滤筒时存在整体拆卸的必要程序。滤器外观如图2所示。

图2 桶装式多单元滤筒

1.2.2 滤料选择

(1)陶瓷：陶瓷滤芯，具有耐酸碱、耐高温、抗腐蚀等独特功能。优点主要表现为：对过滤环境的物理、化学等方面抗干扰性较强；产品技术成熟，过滤性能卓越，应用广泛；渗透性较强，且抗淤堵性能较好；天然材料制品，不产生二次污染；基本不能燃烧，高温环境下无可燃物质析出，阻燃、防爆性能优异；使用寿命长，易于清理，便于更换，可重复使用。缺点如下：设备塑形、制造成本较高；运输、存放、处理存在后续成本；滤后水质远远超过自然环境下的原生水质，反而造成不必要的成本消耗和资源浪费。

(2)砾石、核桃壳颗粒、碳粉堆叠制成的组合滤芯：组合滤芯通过不同形状、不同粒径、不同材料的滤料分层堆叠，组成具有相互独立滤层的滤芯，各滤层内部具有大小不一、形状各异的孔隙半径和孔隙形状，介质内的不同粒径的物理杂质在流动过程中分别被具有相应孔隙半径的滤层拦截，达到物理净化的效果。

优点如下：制作成本较低，滤料价格低廉；渗透性较强，流通阻力较小；针对被滤介质物性，可人为调整滤层比例和组合顺序，且操作简便；无化工或合成材料，避免二次污染。缺点如下：该滤芯主要化学成分为碳和钙，所以耐酸、耐腐蚀性不存在优异性可言；抗淤堵性能一般，浸湿后体积膨胀和质量上升均比较明显，现场清洗和重复利用存在难度。

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(3)毛毡型滤芯：特有的滤芯内部整体分布的不规则孔隙半径和孔隙形状，决定其具有较高的物理拦截、吸附的过滤能力。平台每年调拨毛毡约8 t，约占生产过程中产生工业垃圾的10%，在所消耗的毛毡中有近40%的毛毡利用率较低，其中甚至又有近15%的毛毡并未用于油相流体清洁。累计形成约3.2 t的毛毡消耗余量。若将这些低利用率的毛毡进行收集整理制作成滤芯，按滤净每吨吸油毛毡可滤净63 183 L的甲板积水计算，则可过滤共计约202 185 L，近202 m3的甲板积水。

计算如下：已知体积为120 mm×380 mm×10 mm，质量为150 g的吸油毛毡可吸收9.45 L含油污水(在后面的实验中可测得)，则：

单位体积吸油毛毡的质量为：

(150/1 000)/(120×380× 10)/10-9≈329 kg/m3=0.328 t/m3

单位体积毛毡的滤净能力为：

9.45 L/(120×380×10)/10-9≈20 724 L/m3

由此可得单位质量毛毡的滤净能力为：

20 724/0.328≈63 183 L/t

优点如下：滤料取材方便，制造工艺简单；工业生产废弃物的回收利用，减少新生资源的使用量，提高生产资源利用率；无化工或合成材料，避免二次污染；浸湿后膨胀性较弱。缺点如下：由于羊毛主要成分为蛋白质，这就造成了用其制成的该滤芯制品不耐酸碱环境，易燃，基本不可重复使用，废弃滤料回收、处理存在一定经济成本投入。

(4)压缩秸秆型滤芯：将这些秸秆回收利用，并将使用后的秸秆滤芯进行反向循环，可大量减低上述领域对化学原料、电煤及矿产资源的消耗和依赖。

优点如下：滤料取材方便且价格低廉，不受地域限制；制造工艺相对简单；无化工或合成材料，避免二次污染；滤净效果明显；副产物的综合利用高度符合环境保护、持续发展的基本理念，有效提高生产资源利用率。缺点：使用秸秆为原料制成的滤芯，其主要成分为植物纤维，化学成分为碳；同样在耐酸碱、阻燃、抗膨胀等方面表现相对薄弱。

1.3 装配位置

(1)气象环境：防潮汐、防飓风、防海冰。(2)设备安装要求：设备场所需配备相应照明，以方便夜间操作；加设伴热保温设备。方便人员操作，并预留相应设备保养空间。

2 滤净装置模型及模拟滤净实验

2.1 模拟滤净装置模型

由于平台无类似实验设计，且本次实验所用材料均为废旧物品再次利用，所以存在外观较为粗糙以及实验精度误差较大等弊端。材料准备如下：含油分析仪一台；100 mL量筒3个；500 mL废旧饮料瓶两个；18.9 L废旧饮水桶三个；10×10医用纱布块3张；石英砂、核桃壳滤料、吸油毛毡若干；制作工具，如：剪刀、裁纸刀、卷尺等。

2.2 模拟实验步骤

(1)用废旧饮水桶取18.9 L生产污水作为模拟甲板汇集雨水，测得桶内污水含油582 mg/L。正常条件下，平台安全区甲板所汇集的雨水出现如此高含油浓度的可能性非常低。(2)为降低实验误差，采取逐一过滤的方法，利用两种滤器依次过滤饮水桶中1/2即9.45 L生产水，以避免更换容器导致的含油浓度改变。(3)分别对两种滤器进行过滤计时，并对滤后流体进行含油测试。

2.3 实验对比

通过实验发现：

(1)核桃壳滤器在过滤初期滤液量未及期望值，流体过滤阻力较大，偶有流体滞留现象出现。过滤09分04秒后流体严重滞留，并出现进口溢流。滤器出口流量明显减小，由带状流态逐渐变为滴状流态。遂停止过滤，收取滤后液量1 400 mL。观察滤液较为浑浊，测得流体含油150 mg/L。同时，滤器外观出现轻微膨胀变形，称得滤后滤器质量652 g。

(2)毛毡滤器初始过滤时由于毛毡亲油拒水物性导致生产水因表面张力无法快速浸润毛毡，出现流体滞留现象。待毛毡缓慢浸润后，过滤速度明显上升，滤液流动较为顺畅，且滤液色泽较为清亮、透明。该滤器过滤9.45 L生产水用时12分33秒，测得流体含油5 mg/L，滤后称得滤器质量为215 g。且观察滤后毛毡发现仍有部分滤料未粘有油相液体，仍可继续过滤使用。

2.4 实验结论

实验对比可知：较核桃壳滤器相比，毛毡滤器具有滤料少、质量轻、滤液速度快、滤净程度高、膨胀变形程度低等优点。

3 结语

综上所述，从环境保护根本角度出发，以提倡废旧回收利用为基点，建议使用毛毡或秸秆作为滤净装置的滤芯制作原料。既可达到降低成本、节能减排，同时又能保证排放水质的标准要求。若能将此套滤净系统投入使用则能够大大降低雨水环境对平台的正常生产带来的负面压力，提高平台运转的安全系数，降低环境污染事件的发生概率。