油田注水处理系统技术方案.docx

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油田注水处理系统技术方案

一．设计说明

⑴．设计原则

根据贵公司的系统产水水量和产水水质的要求，本着工艺设备先进、可靠、最大限度地提高系统的性能价格比的原则进行设计。

本系统配套设备满足设计先进、性能可靠、操作管理简单，维修运行费用低，布置合理，检修方便等特点要求，所配套设备具有耗能低、效率高的节能产品。

⑵．标准及规范

国产设备制造和材料符合下列标准、规范、规定的最新版本的要求：

1）GB150《钢制压力容器》

2）JB2932《水处理设备制造技术条件》

3）HGJ229-83《化工设备、管道防腐工程施工及验收技术规范》

4）GB9019-88《压力容器公称直径》

5）HGJ229-83《化工设备、管道防腐工程施工及验收技术规范》

进口设备的制造工艺和材料，符合ASME和ASTM工业法规涉及的标准和相当标准。

⑶．原水水质

PH

8.38

电导率（цs/cm）

6090

浊度（NTU）

4

硬度（mmol/L）

7

碱度（mmol/L）

4.55

Ca2+（mg/L）

80.16

Mg2+（mg/L）

36.47

Cl-（mg/L）

2505

Fe（mg/L）

1.95

⑷．出水工艺要求

✧预处理系统出水工艺参数：

产水量：

10m3/h；

SDI：

<5；

✧超滤系统出水工艺参数

产水量：

9m³/h（25℃）；

回收率：

≥90%

✧纳滤系统出水工艺参数

产水量：

5m3/h（25℃）；

回收率:

≥60%％

⑸．系统控制设计

①系统控制总体要求：

系统中的水泵、加药装置、纳滤装置采用PLC控制。

石英砂过滤器和锰砂过滤器采用手动控制。

②PLC自动控制：

超滤系统、纳滤系统的运行根据水箱的水位及系统制水量采用自动控制，如需进行启动、停运或系统切换，由运行人员确认后手动切换。

③系统加药装置：

加药泵和水泵连锁启停。

⑹．工程边界

1套5吨/小时纳滤油田注水处理系统（新进设备，负责生产、安装、调试、培训和交付使用）

范围：

本工程项目为油田注水处理系统，工程范围水处理车间1.5m外生水管处开始，至纯水箱去主厂房管道出水处理车间1.5m处结束。

范围内的水泵、过滤器、超滤装置、纳滤除盐装置、纳滤装置的控制设备和附属设备，配电设备、仪表、管道、阀门、电力电缆、控制电缆等附件。

药品：

调试过程中所用药品由甲方提供。

2工艺系统设计

原水箱→原水泵→石英砂过滤器→锰砂过滤器→袋式过滤器→超滤装置

阻垢剂加药装置

↓

纯水箱←纳滤膜装置←高压泵←精密过滤器←超滤水泵←超滤水箱

供水泵→用水点

内为甲方负责为供方负责

二．系统工艺介绍及设备参数

本工程水处理系统采用原水预处理+超滤+纳滤及相关辅助系统设备，保证系统出水水质满足用户要求。

现对本油田注水处理工艺设计分述如下：

1原水预处理

原水需进行预处理后，才能达到进入纳滤装置的要求。

预处理的好坏，关系到纳滤系统能否长期稳定的运行，这就要求预处理要安全可靠、运行稳定。

原水预处理包括如下装置及设备：

⑴．原水箱

系统设置原水箱一台用来储存原水，为后续水处理设备提供稳定的水量。

原水箱采用耐腐蚀PE水箱。

数量：

1台

容积：

10m3

材质：

PE

设备产地：

浙江宁波

⑵．原水泵

为满足进入本系统的水具有稳定的流量和压力的要求，防止进水波动对

系统设备的运行产生影响，保证系统的出水水量稳定、均衡，系统配置2台原水供水泵。

2台原水泵同时开启用于过滤器反洗，满足过滤器反洗用水水量及水压要求。

数量：

2台

型号：

TD40-30/2

单台流量：

10m3/h

扬程：

33m

配套电机功率：

4KW

泵体材质：

铸铁

设备产地：

南方泵业

⑶.石英砂机械过滤器

石英砂过滤器工作原理：

石英砂过滤器是通过滤床，去除水中悬浮物凝聚的片状物及沉淀法不能去除的粘结胶质物质。

石英砂过滤器属于物理过滤方式，是一种清除液体中固体或胶状颗粒的死端过滤方法。

系统配置：

为了去除水中悬浮物、降低浊度，本系统设置1台石英砂过滤器，直径为Ф1200mm；每台滤器内装石英砂滤料高1200mm。

单台额定产水量为10m3/h，设计流速9m/h；当过滤器在进出口压差达到一定值（一般在0.05MPa）或出水SDI大于3时，则设备退出产水运行而需进行反洗。

设备材质：

石英砂机械滤器采用玻璃钢制作，其设计、制造、验收均按照《水处理设备制造技术条件》JB2932标准执行。

过滤器滤料：

石英砂滤料是我国目前推广的滤罐的常见形式，是提高滤速、增加单位面积出水量和成倍提高截污能力、降低工程造价和减少占地面积的最有效的途径。

本设备填装的石英砂滤料配套选用国内知名厂家产品。

滤料的选择具有足够的机械强度和良好的化学稳定性；粒径级配合理，粒度适当。

✧石英砂滤料

石英砂滤料采用天然优质石英砂矿床为原料，经机械破碎、滚动压碾、水洗筛选、烘干筛分、振动分级等一系列生产新工艺，有效保护石英石的天然结构，因而延长了该滤料的使用周期（3～4周期）。

过滤器设备填装的石英砂性能满足耐酸要求，即：

在碱溶液中有极微量的溶解。

测试方法为：

石英砂分别在盐酸（含量400mg/l）、NaOH（含量400mg/l）、NaCl（含量500mg/l）中浸泡24小时，溶液中全固形物增加不超过20mg/l，SiO2的增量不超过10mg/l。

过滤器运行控制：

过滤器设计采用手动控制操作，根据设备进出水压差或运行时间进行反冲洗，并完成切换备用设备。

需强制反冲洗时，通过相关阀门操作均可进行。

1）形式与数量

型号：

GDL-1200-10

形式：

立式单流

数量：

1台

2）设备出力

正常出力：

10m3/h

3）运行流速

正常流速：

9m/h

4）设备规格尺寸

设备直径：

φ1200mm

5）设备材质

玻璃钢

6）设备截面积

有效截面积：

1.13m2/台

7）设备压力设计

设计压力：

0.6MPa

运行压力：

0.2-0.4MPa

水压试验压力：

0.75MPa

8）设计温度

正常工作温度：

15℃～30℃

最高工作温度：

45℃

最低工作温度：

5℃

9）滤料

石英砂粒径：

0.4-1.2mm

石英砂层高度：

1200mm

石英砂填装重量：

2.0吨/台

10）反洗膨胀高度

正常膨胀高度：

200mm

最大膨胀高度：

400mm

11）反洗强度：

水洗强度：

10～13L/m2s

水洗压力：

0.2MPa

12）运行压差

正常出力压差

0.02MPa

最大出力压差

0.05MPa

13）控制方式

手动控制

14）接口法兰规格

进水接口：

PN1.0DN50

出水接口：

PN1.0DN50

反洗进水接口：

PN1.0DN65

反洗排水接口：

PN1.0DN65

正洗排水接口：

PN1.0DN50

排气接口：

PN1.0DN40

15）表计

进水取样阀：

DN15

出水取样阀：

DN15

就地进水压力表：

0～1.0Mpa

就地出水压力表：

0～1.0Mpa

16）附件：

本体阀门、管件：

1套/台

本体管件材质：

UPVC

阀门类型：

手动阀

2、超滤装置

超滤膜能够去除水中的悬浮物、胶体、微生物以及大分子有机物物质，出水水质达到浊度≤0.2NTU、SDI≤3，满足反渗透的进水要求。

装置由超滤膜组件、气动阀门、压力表、流量表、支座等构成。

本系统超滤装置设计选用招金膜天的UF1IA200超滤膜。

目前招金膜天超滤膜已经用于中水回用、反渗透系统的预处理、冷凝水处理和超纯水制备中，超滤技术与常规预处理相比，具有标准化设计，投入少，产量高，无需连续加药，稳定性高，需劳动力少，占地面积小，自动化程度高，操作方便等优点。

招金膜天超滤膜的广泛应用取决取其以下特点。

滤膜中空纤维超滤膜丝的皮层微孔尺寸分布狭窄，皮层微孔尺寸均匀，膜丝负荷一致，不会断丝，利于长期运行。

膜丝的高强度和优良的韧性决定了膜丝能够长期运行不会产生断丝。

材质的高亲水性保证滤膜产品在运行过程中具备较大的通量。

确定平均水通量和系统回收率

参考超滤设计导则，针对此项目本设计选取60lmh。

注意：

此设计水通量是在25℃温度条件下，如超滤系统采用恒流设计（超滤产水量恒定），由于温度降低产生超滤产水量降低的影响将由超滤透膜压差的提升得到克服。

超滤配套系统设计

每套超滤装置安装在一个框架上，架上配备全部管道及接头，还包括所有的支架、紧固件、夹具及其它附件。

组合架的设计满足其厂址的抗震列度要求和组件的膨胀要求。

超滤装置采用中空纤维结构的膜元件，膜元件可采用亲水性的聚砜、聚醚砜、PVDF等材质，过滤孔径在0.0020.1m之间，截留分子量为10万Dalton左右。

本方案在选择设计膜通量时方案考虑水温为40℃，膜通量留有足够的余量，超滤的设计通量设计为60lmh，以确保系统能够长期安全稳定的运行，避免膜组件承受较高的运行负荷，使膜组件具有良好的抗污染能力和反洗、清洗恢复能力。

根据本次工程的特点，我公司超滤系统设计为错流过滤，过滤每30分钟反洗、快冲一次，每次反洗周期3分钟，实际反洗时间1分钟、快冲0.5分钟进行设计，实际运行调试时需要根据具体水质情况确定系统的运行周期（3060分钟），并相应调整超滤装置的实际出力。

超滤的每套膜组件出口均分别装设取样阀，以监视每套膜组件的运行情况；同时每组膜设置断丝检测装置，以保证超滤的完好率；

机架的设计满足所在地的抗震烈度要求和组件的膨胀要求。

超滤的操作范围：

最高运行压力

3.1bar

最高进水温度

40℃

最低进水温度

0℃

最大透膜压差

2.4bar

最大反洗透膜压差

1.4bar

最大耐氯能力

200ppm

最大总氯接触量

200000ppm-小时PH8.5或更高

超滤反冲洗系统：

超滤系统截留的悬浮物、胶体、细菌以及大分子有机物等富积在膜的表面，这些污物的存在会影响系统的正常过滤，为确保系统的稳定运行，达到良好去除污物的能力，配备反冲洗系统定期对超滤装置进行反冲洗。

超滤反冲洗时氧化剂加药装置：

为了防止细菌等微生物在超滤膜表面繁殖影响膜的通量，在超滤膜反洗时不定期向反洗水中投加NaClO进行杀菌。

由氧化剂溶液箱、计量泵、液位开关等构成。

超滤化学清洗系统：

超滤经过长期运行后，会积累某些难以水冲洗的污垢，如有机物、细菌等微生物的繁殖、无机盐结垢等，造成超滤膜通量下降；在超滤膜反洗时向反洗水中投加NaClO进行杀菌这类污垢在正常反冲洗时难以去除，必须使用化学药品进行清洗才能去除，以恢复超滤膜的性能。

本系统超滤装置包括系统所必须的所有设备、管道、阀门、控制系统和测量仪表等。

超滤装置的超滤膜元件的设计通量≤60L/m2.h，保证设计年限内膜元件正常运行和合理的清洗周期。

装置设有化学清洗接口及阀门，以便清洗时与清洗液进出管相连，产水管装流量控制阀，控制正洗流量，控制系统设有程序启停装置，产品水管设有取样点，取样的数量及位置能有效的诊断并确定系统的缺陷。

超滤膜组件安装在组合架上，组合架上配备了全部管道及接头，包括所有的支架、紧固件、夹具及其它附件。

组合架的设计满足厂址的抗震列度要求和组件的膨胀要求及耐腐蚀要求。

该系统所配仪器、仪表的性能、配置点及数量等将满足本系统的安全、稳定、可靠运行之需要。

超滤反洗用杀菌剂注入系统设计符合如下要求：

a、杀菌剂药品溶液箱的容积满足一周的药品用量。

b、溶液箱、计量泵及所有与输送药液而接触的金属及非金属部件均采用耐相应药液腐蚀的材料。

c、计量泵采用隔膜式计量泵，该泵能实现与超滤反洗水泵联锁控制。

超滤系统管道设计符合如下要求：

a、整个系统的管道设计避免死角，严防细菌的生长。

b、设备部分管道采用UPVC；系统管道采用钢衬塑或不锈钢。

c、膜组件给水系统的安装考虑了均匀性。

超滤系统仪表的设置满足如下要求：

a、超滤装置出水管道及系统出水母管设有流量指示、累计仪等装置。

b、超滤系统进、出水管道及系统产水母管设置装有压力表仪表。

⑴设备参数

装置套数:

1套

超滤进水量：

10m³/h/套

单套出力：

9m3/h

⑵膜元件

项目

参数

膜元件型号

UF1IA200

型式

内压式中空纤维膜

外壳材质：

UPVC

膜材质

亲水性聚砜

膜元件有效面积：

40㎡/支

膜元件总数量：

4支/套

膜元件设计通量：

60L/m2.h

单支膜工作流量：

2.4m3/h

使用年限：

≥3年

年更换率：

＜2%

产地：

招金膜天

⑶元件规格

外壳材质：

UPVC

接口尺寸：

DN50

最高工作压力：

0.3MPa

细菌去除率：

>6log

最高运行温度：

40℃

重量：

50kg

⑷超滤装置运行工况

回收率：

≥90%

进水条件

水温：

18-25℃

水压：

≤0.3MPa

浊度：

≤50mg/L

pH：

2-13

⑸杀菌剂溶液箱

型式：

垂直圆筒

数量：

1个

容积：

500L

工作压力：

常压

设备本体材料：

PE

制造商及产地：

浙江宁波

⑹杀菌剂计量泵

型号：

AKS800

型式：

电磁隔膜泵

数量：

1台

出力：

0-10L/H

扬程：

10bar

材料泵体：

PVDF

电机功率：

40W

制造商及产地：

意大利SEKO

⑺酸碱加药装置

✧溶液箱

型式：

垂直圆筒

数量：

2台

容积：

500L

工作压力：

常压

设备本体材料：

PE

制造商及产地：

浙江宁波

✧计量泵

型号：

AKS800

型式：

电磁隔膜泵

数量：

2台

出力：

0-10L/H

扬程：

10bar

材料泵体：

PVDF

电机功率：

40W

制造商及产地：

意大利SEKO

⑻超滤反洗水泵：

数量：

1台

型式：

立式离心泵

型号：

TD65-22/2

流量：

30m3/h

扬程：

23.9m

过流材质：

铸铁

电机：

4.0kW

产地：

南方泵业

⑼超滤水箱

数量

：

1台

规格

：

V=10m3

材质

：

PE

制造商

：

浙江宁波

附件

：

液位开关等

2纳滤脱盐装置

纳滤除盐因其具有能源消耗低、无三废污染、脱除水中离子较彻底，故被广泛用于给水除盐处理中。

本系统包括阻垢剂加药装置、保安过滤器、高压泵、纳滤膜组、纳滤化学清洗系统等组成部分。

纳滤技术是目前最先进的膜分离技术，其原理是：

在压力驱动下，溶液通过半透膜进入膜的低压侧，而溶液中的其他组织（如盐）被阻挡在膜的高压侧，并随浓缩水排出，从而达到有组织分离的过程。

由于纳滤膜的膜孔径非常小，因此能将较小的水中溶解盐类，胶体，微生物，有机物等去除，去除率可达98%，系统产水值的耗能低，无污染，工艺简单，操作方便。

纳滤优点:

* 连续运行，产品水水质稳定

* 无须用酸碱再生

* 不会因再生而停机

* 节省了反冲和清洗用水

* 以高产率产生超纯水

* 无再生污水，不须污水处理设施

* 无须酸碱储备和酸碱稀释运送设施

* 减小车间建筑面积

* 使用安全可靠，避免工人接触酸碱

* 减低运行及维修成本

* 安装简单、安装费用低廉

⑴．阻垢剂加药系统

原水经过纳滤膜后，随淡水不断透过纳滤膜，浓水被各膜组不断的浓缩。

在水利用率为75%时，水在浓水侧出口端被浓缩四倍，这时水中的难溶盐、金属氧化物、活性硅等因其浓度大于其溶解度而结晶析出，阻塞纳滤膜的产水通道，使纳滤装置产水量下降，阻力增加，同时淡水含盐量也增加，因此在纳滤装置前设置阻垢剂加药装置。

阻垢剂加药系统装置由加药计量泵、计量箱和自动加药控制器等组成。

该系统可根据原水流量，控制加药泵加药量的多少。

阻垢药剂能有效的控制碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡以及偏硅酸等结垢，而且具有足够的分散能力以分散膜表面阻塞的微粒。

本系统配置计量泵1台，溶液箱1台。

本系统设计选用美国产意大利SEKO电磁驱动隔膜计量泵，该泵采用可编程高精度微处理器控制。

控制方式采用手动/自动方式可选。

①阻垢剂溶液箱

型式：

垂直圆筒

数量：

1个

容积：

200L

材料：

PE

制造商及产地：

浙江宁波

②阻垢剂计量泵

型号：

AKS500

型式：

电磁式隔膜泵

数量：

1台

出力：

0.02-1.5L/h

扬程：

6bar

材质：

PVDF

电机功率：

20W

制造商及产地：

意大利SEKO

⑵．保安滤器

系统设置1台保安过滤器出力为10m3/h。

考虑到原水水质情况，保安过滤器采用耐腐蚀的不锈钢衬塑材质，内装过滤精度为5μm喷熔聚丙烯滤芯，可便以更换。

原水流经滤芯时，残留水中的污染物、胶体、悬浮物等被拦截，使原水进一步净化。

同时防止由于设备管道内杂质泄漏等大颗粒进入纳滤膜，而造成对膜的损坏。

保安过滤器正常运行压力为0.2～0.4Mpa，随着运行时间的延长，滤芯阻力增加。

当进出水压力差超过0.05MPa时应拆下滤芯进行清洗或更换。

保安过滤器是NF预处理最后一道工序，也是水进入纳滤膜的最后一道关卡，必须保证其运行稳定、安全可靠。

密封是保安滤器正常运行的关键所在，密封不好，从滤器中带过来的石英砂等颗粒很容易把纳滤膜阻塞，甚至损坏。

我公司根据多年的实践经验，设计的最新密封结构，不漏砂且拆卸方便，使保安滤器真正起到了“保安”的作用。

保安过滤器

型号：

SGRJL-250-7

数量：

1台

单台产水量：

10m3/h

外壳直径：

Φ250

壳体板厚：

3mm

外壳材料：

不锈钢衬塑

滤芯长度：

1016mm（40英寸）

滤芯外径：

φ65mm

滤芯材料：

聚丙烯喷熔滤芯（PP）

单台滤芯数量：

7支/台

滤芯孔径：

5μm

正常运行压力：

0.2-0.4Mpa

接管口径：

进水口径：

DN50

出水口径：

DN50

排污口径：

DN25

放气口径：

DN20

配套压力表：

数量：

1只

材料：

注油式，不锈钢

指示范围：

0～1.0Mpa

配套阀门、管道、管件：

放气阀：

1只，国产

不锈钢管：

1套，国产

弯头等：

1套，国产

设备制造商：

水务

⑶．高压泵

高压泵的作用是为纳滤本体装置提供足够的进水压力，克服水透过膜所需的纳滤

压和膜的阻力，因而保证纳滤装置的正常运行。

根据纳滤本身的特性，需有一定的推动力去克服渗透压等阻力，才能保证纳滤达到设计的产水量。

根据原水水质情况，选择过流介质为316L的南方泵业CDLF系列立式多级离心泵。

高压泵

数量：

1台

型号：

CDLF8-8

额定流量：

9m3/h

额定扬程：

69m

过流介质：

316L

功率

3.0kw

产地：

南方泵业

⑷．纳滤本体装置

本系统设置1套纳滤装置，最终产水能力为5t/h。

纳滤装置产水脱盐率三年内在80%以上。

纳滤膜元件采用美国海德能公司的ESNA1-K1型号的高性能纳滤膜，膜使用寿命不小于3年。

纳滤装置配置3支2芯膜壳，采用2：

1排列方式，系统一共配置6支膜。

纳滤装置的设计满足如下工艺要求：

a、NF装置完整地包括系统所必须的所有设备、管道、阀门、控制系统和测量仪表等。

整个系统的管道设计避免死角，以防细菌的生长，并设有冲洗系统。

b、NF膜元件的设计通量不大于25L/m2.h，保证膜元件正常运行和合理的清洗周期。

c、NF装置各段给水及浓水进出水管上设有接口及阀门，以便清洗时与清洗液进出管相连。

系统高压部分管道采用不锈钢。

低压部分管道采用UPVC。

d、NF装置产品水管上装设防爆膜。

法兰采用压力等级标准的平焊结构形式。

膜组件给水系统设计考虑布水的均匀性，并避免膜元件承受反压。

e、纳滤浓水排放装设流量控制阀，以控制NF的回收率。

装置设有程序启停装置，停用后能延时自动冲洗。

产品水管和浓水管设有取样点，取样的数量及位置能有效的诊断并确定系统的缺陷。

f、NF膜组件安装在组合架上，组合架上配备全部的管道及接头，包括所有的支架、紧固件、夹具及其它附件。

组合架的设计满足厂址的抗震列度要求和组件的膨胀要求及耐腐蚀要求。

g、NF系统所配仪器、仪表的性能、配置点及数量等将满足本系统的安全、稳定、可靠运行之需要。

系统仪表的设置满足如下工艺要求：

a、NF系统流量表

纳滤产品水及浓水装设流量指示。

b、NF系统压力表

NF各段进口及浓水出口装设压力表。

NF产品水设电导率表。

数量：

1套

产水量：

5m3/h/套

脱盐率：

三年内≥80%

设计水温：

25℃

膜元件

数量：

6支/套

材质：

TFC

型号：

ESNA1-K1

标准脱盐率：

97%

膜面积：

37m2/支

产地：

海德能

膜管

数量：

3支/套

安装膜数量：

2支/支膜管

设计压力：

300psi

排列方式：

2：

1

产地：

PYRO

NF支架

不锈钢

控制、仪表盘

1套

自控仪表、阀门

1套

⑸．纳滤清洗装置（与超滤装置共用）

纳滤膜经过长期运行后，会积累某些难以冲洗的污垢，如有机物、无机盐结垢等，造成纳滤膜性能的通量下降。

这类污垢必须使用化学药品进行清洗才能去除，以恢复纳滤膜的性能。

本系统设计1套化学清洗装置。

清洗系统包括清洗箱、清洗滤器、清洗泵、阀门及和NF装置连接的可拆卸管道、接头等。

系统设备材质和防腐涂层能用于所用的清洗液并预留出了清洗液的加热器位置。

数量：

1套

清洗水箱

数量：

1台

容积：

1000L

材料：

PE

产地：

浙江

清洗水泵

数量：

1台

型号：

CHL16-30

流量：

16m3/h

扬程：

32m

材质：

不锈钢

电机功率：

3KW

产地：

南方泵业

清洗过滤器

型号：

SGRJL-300-10

数量：

1台

单台产水量：

16m3/h

外壳直径：

Φ300

壳体板厚：

3mm

外壳材料：

不锈钢

滤芯长度：

1016mm（40英寸）

滤芯外径：

φ65mm

滤芯材料：

聚丙烯喷熔滤芯（PP）

单台滤芯数量：

10支/台

过滤精度：

5μm

生产商：

水务

⑼．纯水箱

用来存储纳滤产水，为用水设备提供稳定的水量。

数量

：

1座

规格

：

10m3

材质

：

PE

制造商

：

浙江宁波

附件

：

液位开关等

4控制、仪表及电气说明

⑴．加药泵控制

阻垢剂加药泵与高压泵连锁启停，以保证加药量与进水量相匹配。

同时也可以手动启停，以便于检修。

⑵．过滤器控制

过滤器均配有进出水压力表，其运行、退出、进水反洗、投运都可通过手动操作实现。

过滤器的退出运行机制可通过每台过滤器的具体操作工艺，按照进出口压差或出水SDI值确定。

⑶．高压泵的保护系统

高压泵进出口设有低压保护开关和高压保护开关，当供水量不足