纖維球過濾器廣泛應(yīng)用于油田注水，據(jù)悉，目前國內(nèi)油田注水用的過濾器主要有石英砂過濾器、果殼活性炭過濾器、纖維球過濾器及少量纖維束過濾器。其中還石英砂過濾器、活性炭過濾器對污水處理精度不高, 難以達到低滲透油田注水水質(zhì)指標要求。實踐證明, 要進一步提高污水處理效果和過濾精度, 采用壓緊纖維過濾器既經(jīng)濟實用, 技術(shù)上也完全可行。對這類過濾器的結(jié)構(gòu)進行了對比分析, 設(shè)計出一種新型結(jié)構(gòu)的過濾器, 該型過濾器具有反洗徹底、對濾料傷害小、過濾精度高和節(jié)約反洗用水等特點。油田現(xiàn)用纖維過濾器技術(shù)分析11纖維球過濾器纖維球過濾器有非壓緊式和機械壓緊式2種。

1、非壓緊式纖維球過濾器　該型過濾器濾料較散亂, 緊密度不高, 抗污能力不強, 過濾精度不高, 其過濾水質(zhì)指標: 進口水質(zhì)含油質(zhì)量濃度≤50 mg/L, 懸浮物質(zhì)量濃度≤50 mg/L, 出口水質(zhì)含油質(zhì)量濃度≤10 mg/L, 懸浮物質(zhì)量濃度≤5 mg/L,一般用作粗過濾器。非壓緊式纖維球過濾器結(jié)構(gòu)見圖1。

     

該型過濾器過濾時濾液高進低出, 反洗時反洗水低進高出, 反洗水不間斷, 清水消耗量大; 攪拌槳葉采用標準直葉片或斜葉片, 對濾料傷害大, 槳葉一般不反轉(zhuǎn), 使纖維球和水流同向旋轉(zhuǎn)運動, 導(dǎo)致反洗水對濾料沖洗力不大, 濾料不易洗凈。

2、壓緊式纖維球過濾器　為提高過濾精度,過濾器生產(chǎn)廠家開發(fā)出各種結(jié)構(gòu)的帶壓緊機構(gòu)的纖維球過濾器作為二級精細過濾器; 該過濾器過濾水質(zhì)指標: 進口水含油質(zhì)量濃度≤30 mg/L, 懸浮物質(zhì)量濃度≤30 mg/L, 出口水含油質(zhì)量濃度≤5 mg/L, 懸浮物質(zhì)量濃度≤3 mg/L, 視壓緊程度及來液污染程度, 過濾精度還可提高。現(xiàn)介紹2種油田使用的這種過濾器。

2.1壓緊機構(gòu)上置式纖維球過濾器: 此上部壓緊式纖維球過濾器結(jié)構(gòu)見圖2。該過濾器上部采用液缸或螺旋帶動壓盤上下運動, 過濾時下行壓緊纖維球, 反洗時上行松開濾料。攪拌機構(gòu)放到下部, 依靠攪拌葉片旋轉(zhuǎn)攪拌。壓盤采用篩板, 取代了原非壓緊式的配水篩管, 下部仍采用篩管或篩板集水。同非壓緊式一樣, 過濾時濾液高進低出, 反洗時反洗水低進高出, 反洗水不間斷, 清水消耗量大。攪拌槳葉的設(shè)計也采用標準直葉片或斜葉片, 不反轉(zhuǎn)。此結(jié)構(gòu)在反洗開始時攪拌葉片對纖維球傷害更大, 可能造成大量纖維球破壞形成散纖維, 濾料易流失, 纖維易堵塞機構(gòu)間隙; 反洗水對濾料沖刷力不大, 濾料同樣不易洗凈, 使過濾精度下降, 使用效果不理想。

     

2.2壓緊機構(gòu)下置式纖維球過濾器: 此下部壓緊式纖維球過濾器結(jié)構(gòu)見圖3。

該過濾器上部安裝攪拌電動機及減速器, 下部安裝伸縮液缸。過濾時濾液高進低出, 反洗時反洗水低進高出, 反洗水不間斷。壓盤及濾盤均采用篩板, 纖維球被限制在壓盤和濾盤之間, 過濾開始時下部液缸中活塞收縮, 帶動托盤、連桿、壓盤下行, 壓緊濾料; 反洗開始時活塞伸出, 帶動托盤、連桿、壓盤上行, 松開濾料, 依靠葉片攪拌反洗。該過濾器由于下部安裝液缸, 故整體高度較高; 同時由于活塞行程的限制, 反洗空間不大, 濾料不能充分釋放, 故反洗不夠徹底。采用葉片單向旋轉(zhuǎn)攪拌的方式反洗, 水流對濾料的沖刷力同樣不大, 反洗不夠徹底; 清水耗費量大; 葉片對濾料傷害大。由于過濾時壓盤壓緊濾料, 液壓系統(tǒng)需長時間保壓, 所以系統(tǒng)有一定的故障率, 液路系統(tǒng)需經(jīng)常保養(yǎng)維護。若無一定的保壓, 則濾料壓緊程度不夠, 達不到過濾精度要求。

       

從上面2種過濾器來看, 壓緊式纖維球過濾器的過濾精度較高, 但由于結(jié)構(gòu)原因, 反洗不徹底,機構(gòu)較復(fù)雜, 故障率較高, 結(jié)構(gòu)需進一步改進。有生產(chǎn)廠家嘗試在反洗方面擯棄攪拌葉片, 從罐壁側(cè)向直接泵水反洗, 可減輕對濾料的傷害。但過濾及反洗效果如何未見報道。      

近幾年來該過濾器在油田的應(yīng)用中取得了很好的精細過濾效果。該過濾器過濾水質(zhì)指標: 進口水質(zhì)含油質(zhì)量濃度≤30 mg/L, 懸浮物質(zhì)量濃度≤30mg/L, 出口水質(zhì)含油質(zhì)量濃度≤5 mg/L, 懸浮物質(zhì)量濃度≤3 mg/L, 粒徑≤2μm[ 1, 2 ] 。該過濾器濾料采用長1 m的纖維, 捆扎成束,固定在上濾盤。上濾盤起布水的作用。反洗開始時, 反洗水從上進水口進入濾罐, 從下部流出; 下部升降電動機啟動通過螺旋帶動下托盤下行, 松開纖維束; 上部電動機帶動上濾盤交替正反轉(zhuǎn), 濾料在水中受到較大的水流沖刷。過濾時上部旋轉(zhuǎn)停止, 下部升降電動機帶動下托盤上行, 壓緊纖維束。濾液從下部進入, 從上部流出。纖維束過濾器水力沖刷力強, 反洗效果非常好, 這就保證了過濾精度的長期穩(wěn)定。不足之處是更換濾料不方便, 需用吊車開罐取出濾料; 同時濾盤邊緣部分纖維束的磨損較嚴重, 上部電動機啟動時功率要求較大。下部空間大, 會導(dǎo)致過濾器整體高度較高。

 3.新型波輪式纖維球過濾器

    從上述油田注水過濾器的分析可以看出, 如果解決了反洗問題, 壓緊式纖維球過濾器具有很好的推廣應(yīng)用前景。鑒于此, 筆者設(shè)計了一種新型波輪式纖維球過濾器, 其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

      

在設(shè)計上纖維球被限制在壓盤和波輪之間。上部采用旋轉(zhuǎn)電動機通過螺旋傳動帶動壓盤做往復(fù)運動, 下部波輪承托。壓盤和波輪盤上均勻布滿布水孔, 起到布水的作用。反洗時, 反洗水從下部進入罐內(nèi), 從上部流出, 罐內(nèi)充滿清水后進出口閥門關(guān)閉; 同時壓盤上行松開濾料, 下部電動機旋轉(zhuǎn), 帶動大波輪交替正反轉(zhuǎn), 從而帶動罐內(nèi)靜止清水迅速正反轉(zhuǎn), 使濾料受到較大的水力振蕩沖刷。此過程重復(fù)數(shù)次, 直至濾料洗凈。過濾時濾液高進低出,波輪停止旋轉(zhuǎn), 壓盤下行壓緊纖維球, 其壓緊程度由編碼器預(yù)先控制。

罐壁上也可設(shè)計捕集管, 以收集散纖維。根據(jù)纖維散落多少決定濾料的添加和更換。該過濾器實現(xiàn)了過濾、反洗及壓緊的完全自動化控制和調(diào)節(jié), 通過編碼器及控制系統(tǒng)控制上部旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和角度, 從而控制壓盤的行程, 所有控制均在一個控制面板上實現(xiàn)。這種新型波輪式纖維球過濾器結(jié)構(gòu)簡單, 不易出故障。反洗充分利用水力振蕩, 反洗徹底; 采用大波輪可實現(xiàn)在水中快速造旋, 故其轉(zhuǎn)速不高且反轉(zhuǎn)容易、迅速, 波輪葉片較平滑, 使其對纖維球的傷害最小。由于在反洗過程中間斷使用反洗清水,比原來的反洗方式節(jié)約清水, 這在水資源稀缺的北方地區(qū)具有很大的環(huán)保意義和經(jīng)濟意義。與前述纖維束過濾器相比, 在同等排量下, 旋轉(zhuǎn)電動機功率大為減小, 更換濾料比纖維束過濾器方便得多, 整體高度也較低。