板框廂式隔膜壓濾機(jī)
引言
隨著海上環(huán)保形勢(shì)的日趨嚴(yán)峻，渤海灣設(shè)定了多區(qū)域生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)，要求生態(tài)紅線區(qū)內(nèi)污染物及廢棄物實(shí)現(xiàn)“零排放”口。目前鉆完井廢棄物的處置方式為現(xiàn)場(chǎng)通過巖屑箱回收，運(yùn)輸船運(yùn)回陸地，交給有資質(zhì)的處理廠處置。該處置方式面臨以下問題：一方面由于港口資質(zhì)不全，處理廠家廢棄物處理能力不同，造成運(yùn)輸成本較高，現(xiàn)場(chǎng)大量積壓，影響作業(yè)效率；另一方面現(xiàn)場(chǎng)絮凝罐及老式壓濾機(jī)兩大設(shè)備體積大，使得在海洋平臺(tái)使用空間受限，占用大量平臺(tái)資源，且處理效率低，處理成本高。
鉆井表層作業(yè)具有鉆屑多以及廢棄鉆井液量大的特點(diǎn)，而良好的海上鉆井廢棄物固液分離處理裝置能使液相與固相廢棄物有效分離，液相循環(huán)利用，固相運(yùn)回陸地處置，使得資源能夠有效利用，同時(shí)降低廢棄物處置成本。小型橇裝絮凝壓濾一體機(jī)能減小占用面積，可在甲板上完成壓濾絮凝，使其替代油服EPS環(huán)保船成為可能。頊。鑒于此，渤海油田研制了水基鉆屑絮凝壓濾一體機(jī)。該小型集成化壓濾設(shè)備可將鉆屑從振動(dòng)篩經(jīng)絞籠運(yùn)輸?shù)椒诌x篩進(jìn)行初級(jí)固液分離，將分選篩篩出的濾液泵抽至壓濾設(shè)備進(jìn)行終級(jí)固液分離，濾液重復(fù)使用，鉆屑榨干噸包回收，在鉆井平臺(tái)即可完成鉆屑的快速減量和廢棄鉆井液的回收利用⑺，大大降低了鉆屑和廢棄鉆井液的回收處理成本。
1水基鉆屑絮凝壓濾一體機(jī)設(shè)計(jì)
1.1絮凝壓濾一體技術(shù)
平臺(tái)減量技術(shù)主要包括源頭減量和過程減量,過程減量包括升級(jí)固控系統(tǒng)、鉆屑減量和廢液重復(fù)利用等。為解決零排放項(xiàng)目積壓巖屑箱以及陸地終端處理成本高的難題，通過分析對(duì)比靜置沉降、離心分離和壓濾法等固液分離方法，選擇壓濾設(shè)備作為機(jī)械分離設(shè)備，研制出小型集成化絮凝壓濾一體化設(shè)備。該設(shè)備將絮凝罐與壓濾機(jī)合二為一，在初期安裝過程中就解決了管線改造、濾液出口改造和巖屑傳輸方式改造等39項(xiàng)難題。在海上現(xiàn)場(chǎng)鉆屑處理流程（見圖1）中，將回收的水基鉆井液經(jīng)絮凝壓濾一體機(jī)處理后，固廢裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)處理廠，濾液被重復(fù)利用。
絮凝壓濾一體機(jī)可用于水基鉆井液鉆屑的固液分離，分離后濾餅含水率低，固液分離效果好，操作流程簡(jiǎn)便。
1.2絮凝壓濾一體機(jī)結(jié)構(gòu)
絮凝壓濾一體機(jī)主要由壓濾機(jī)與絮凝罐兩部分組成。壓濾機(jī)工作流程包括濾板壓緊、過濾、壓榨、洗滌、濾板松開和卸料等，各道工序可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化控制。進(jìn)料過濾后，可通過水壓改變?yōu)V室容積，壓榨濾餅，進(jìn)一步降低濾餅含水率。
1.2.1壓濾機(jī)
程控隔膜壓濾機(jī)由壓濾系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及卸料裝置等組成，能自動(dòng)完成上料、壓榨、脫板和外輸工作，操作簡(jiǎn)便。
壓濾系統(tǒng)由整齊排列在主梁上的隔膜板和板與板之間的濾布組成。壓濾開始時(shí)，濾漿在進(jìn)料泵的推動(dòng)下進(jìn)入各濾室內(nèi)，借助輸料泵產(chǎn)生的壓力進(jìn)行固液分離，通過濾布后固體留在濾室內(nèi)形成濾餅,濾液由排液口排出。液壓系統(tǒng)是主機(jī)完成壓緊和松開動(dòng)作的動(dòng)力裝置。當(dāng)系統(tǒng)被液壓站、油缸壓緊時(shí)，各濾室密封,用于過濾，松開時(shí)用于卸料。
程控隔膜壓濾機(jī)的卸料裝置為一多次快速拉板系統(tǒng)，該系統(tǒng)將壓濾機(jī)濾板分為若干組，每組濾板均用鐵鏈相連。拉板時(shí)每次拉開一組，并順次拉開所有濾板。該裝置主要由一個(gè)低能耗小功率變頻減速電機(jī)、拉板器、傳動(dòng)軸、鏈輪、鏈條、變頻器和PLC等部件組成。
1.2.2絮凝罐
絮凝罐是壓濾機(jī)作業(yè)配套的原料儲(chǔ)備罐，廢棄鉆井液或鉆屑都需在絮凝罐里進(jìn)行破膠絮凝，待絮凝完畢再通過自身的上料泵給壓濾機(jī)供料，由壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾作業(yè)。
絮凝罐內(nèi)有2個(gè)10m3的艙室互為備用，可連續(xù)作業(yè)。整個(gè)絮凝系統(tǒng)配套2個(gè)攪拌器，1個(gè)供料泵,供料泵可視用戶需求采用多級(jí)離心泵或柱塞泵。
1.2.3絮凝壓濾一體機(jī)操作要點(diǎn)
對(duì)壓濾機(jī)各潤(rùn)滑點(diǎn)注潤(rùn)滑脂，確定壓濾機(jī)的液壓缸與絮凝橇上柱塞泵液壓油的油質(zhì)和液位。啟動(dòng)絮凝罐上料泵前應(yīng)檢査沿線閥門打開狀態(tài)，防止憋壓。當(dāng)上料壓力達(dá)到60-80N且無(wú)明顯濾液流出時(shí)才可啟動(dòng)壓榨泵，這樣可防止內(nèi)部料不充足而導(dǎo)致隔膜板出現(xiàn)塑性變形。壓榨泵在壓榨過程中，如自動(dòng)操作則一定要調(diào)整好壓力上限100-120N,并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值調(diào)整好延時(shí)時(shí)間。不允許第二次進(jìn)料，即不允許物料未卸載完全就進(jìn)行下次進(jìn)料。
2鉆井液濾液技術(shù)
2.1絮凝劑的優(yōu)選
壓濾前首先進(jìn)行絮凝作業(yè)，針對(duì)不同鉆井液體系給出了不同的絮凝劑(見表1)[9–10]o通過加入化學(xué)破膠劑改變鉆井液的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，破壞其膠體體系，促使懸浮的細(xì)小顆粒聚結(jié)成較大的絮凝體，再釆用壓濾和離心等機(jī)械手段進(jìn)行固液分離，分離鉆井液中的固、液兩相，液相可以重復(fù)配漿或達(dá)標(biāo)排放。
| 鉆井液體系 | 絮凝劑 | 絮凝效果 |
| 改進(jìn)PEC | PAC | 明顯 |
| 改進(jìn)PEC | PAM | 無(wú)變化 |
| 改進(jìn)PEC | Fe% | 明顯 |
| PEM | FeCl3 | 一般 |
| PEM | PAM | 無(wú)變化 |
| PEM | FeCl3+PAM | 明顯 |
海水搬土漿加入高分子電解質(zhì)時(shí)，黏土對(duì)高分子的強(qiáng)烈吸附作用使膠粒形成鏈橋，進(jìn)一步形成高分子鏈狀絮凝體，最終沉降；聚合物體系采用高價(jià)離子的無(wú)機(jī)絮凝劑，其離子對(duì)膠粒雙電層直接壓縮，離子交換和吸附可使膠體變?yōu)橹行裕档腿芤悍€(wěn)定性，膠粒之間發(fā)生絮凝沉淀。
2.2濾液回用技術(shù)評(píng)價(jià)
固液分離后的濾液需要重新回到鉆井液中實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，回用前對(duì)濾液進(jìn)行離子測(cè)定及處理，可以將絮凝劑帶來(lái)的離子全部清除。固液分離后鹽基本都留在濾液中，使廢棄鉆井液中的有用部分實(shí)現(xiàn)了循環(huán)利用。
3應(yīng)用情況
秦皇島33-1南油田是渤海油田第一個(gè)零排放開發(fā)項(xiàng)目，屬于農(nóng)業(yè)漁業(yè)區(qū)，要求廢棄物全回收。首次采取“環(huán)保體系+平臺(tái)減量+EPS工作船”模式，其中平臺(tái)減量主要采用分選篩與水基鉆屑絮凝壓濾一體機(jī)。2019年7—10月已順利完成7口井的鉆井作業(yè),整體效果較好。過程減量減排工藝流程見圖。
水基鉆屑絮凝壓濾一體機(jī)占地面積22.4m2,減少甲板占地面積50%以上，處理量130~150m3/d,廢鉆井液減量可達(dá)80%。在表層和0311.2mm上部井段，因鉆速較快、鉆井液量大，平臺(tái)主要搭配分選篩處理巖屑，EPS工作船處置鉆井液，可滿足0311.2mm下部井段正常鉆井液和巖屑處理。同時(shí)增加了自動(dòng)操作程序與控制按鈕，使得人工操作更加簡(jiǎn)便。
巖屑輸送作業(yè)中，返出巖屑量最大約為14.5m3/h,占螺旋輸送機(jī)能力的50%,50%的巖屑溶解在鉆井液中，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。
絮凝壓濾一體機(jī)安裝之后平穩(wěn)運(yùn)行，通過與EPS工作船分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在“環(huán)保體系+平臺(tái)減量+EPS工作船”模式中，平臺(tái)減量中絮凝壓濾一體機(jī)占主導(dǎo)地位，其中巖屑減量與固體廢棄物減量分別占89.98%和90.14%,如表2所示，使得絮凝壓濾一體機(jī)替代油服EPS環(huán)保船成為可能。
| 項(xiàng)目 | 一體機(jī) | EPS工作船 | 總數(shù) |
| 廢鉆井液減量/m3 | 1701 | 1697 | 3398 |
| 巖屑減量/t | 6510 | 725 | 7235 |
| 固體廢棄物減量/t | 3640 | 398 | 4038 |
結(jié)論
為解決平臺(tái)甲板面積受限難題，研制了小型集成化絮凝壓濾一體機(jī)，創(chuàng)新性地將絮凝罐與壓濾機(jī)合二為一，攻克了包括管線改造和濾液出口改造、巖屑傳輸方式改造等多項(xiàng)難題。
小型集成化絮凝壓濾一體化設(shè)備能有效實(shí)現(xiàn)固液分離，達(dá)到鉆屑過程減量的目的。同時(shí)進(jìn)行了絮凝劑的優(yōu)選和濾液回用評(píng)價(jià)，研究了適用于渤海平臺(tái)鉆屑和廢鉆井液現(xiàn)場(chǎng)減量化處置新工藝。
采用“環(huán)保體系+平臺(tái)減量+EPS工作船”模式在秦皇島33-1南油田進(jìn)行了首次應(yīng)用，通過平臺(tái)減量中絮凝壓濾一體機(jī)與EPS工作船分析對(duì)比，絮凝壓濾一體機(jī)占據(jù)主導(dǎo)地位，巖屑減量與固體廢棄物減量分別占98%和90.14%,使得絮凝壓濾一體機(jī)替代EPS環(huán)保船成為可能。
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