摘要：随着三采开发的不断深入，油田污水成分日趋复杂，处理难度日益增大。成分复杂的污水进入过滤系统造成滤料污染严重，而“一站一参数”的自动化反冲洗工艺无法根据单个滤罐的滤料污染情况调整反冲洗参数，难以保证滤料再生效果。为此，结合生产实际，对杏二十五联深度污水站有问题的滤罐开展过滤罐个性化反冲洗技术研究，通过更改PLC控制系统实现反冲洗程序的“一罐一参数”优化。该站2#、4#、10#过滤罐实施个性化反冲洗后，出水水质逐渐好转，单罐除油率、除悬率均提高20%以上，反冲洗曲线平稳。该项技术对于提高油田污水站反冲洗效果，延长滤料使用寿命具有重要意义。
关键词：污水站;过滤系统;反冲洗;一罐一参数
污水处理系统是油田开发过程中至关重要的生产环节，转油站、转油放水站及脱水站的含油污水最终均需要在污水站中经过沉降、过滤后注入地层，过滤系统作为污水处理的最后环节，其处理污水效果直接影响注水水质[1]。然而，过滤系统经过一段时间运行后，滤料层中会截留大量污油和悬浮物质，形成不同程度的滤饼层，影响过滤效果。为了恢复或提高滤罐的过滤效果，保障滤料再生，需要定期对滤罐进行反冲洗[2]。
1杏北油田污水站工艺及运行现状
在水驱、聚驱和三元复合驱并存开发方式下，杏北油田建设4类污水处理站共32座。其中，普通污水站8座、深度污水站15座、聚驱污水站5座、三元污水站4座。除水驱深度污水站采用“两级过滤”处理工艺外，其余站库均采用“沉降+过滤”主体工艺技术。
杏北油田污水站目前在用反冲洗控制系统主要有TDCS系统和PLC系统2类，均可实现全自动变强度反冲洗工艺。各站库通过对不同反冲洗阶段参数的设定，形成“一站一参数”的反冲洗模式。
2“一站一参数”模式的不适应性
随着三次采油的开发推广，地面污水处理成分日益复杂，多元开发方式下含油污水处理难度越来越大。采出液含聚浓度的上升造成污水黏度增加，严重污染滤料，影响处理水质[3]。由于各过滤罐的结构、使用时间等情况不同，滤罐内的滤料数量与污染程度也不同，现有“一站一参数”的反冲洗模式已经难以满足所有滤罐的差异反冲洗要求。图1、图2为杏二十五联深度污水站在现有反冲洗模式下部分二级滤罐的运行情况。该站反冲洗分为“低阶—高阶—低阶”三个阶段，其反冲洗强度按照“5L/(m2·s)(3min)—13L/(m2·s)(8min)—7L/(m2·s)(4min)”进行变化。随着运行时间的延长，滤料年限较长的二级2#、4#及10#过滤罐出现了反冲洗强度达不到设定值、反冲洗曲线波动较大的现象，说明这3座滤罐反冲洗效果不佳，滤料再生效果差[4]，且3座滤罐平均除悬率仅为20%。
结合开罐检查发现，3座滤罐滤料污染严重，说明在原有“整站一参数”的反冲洗模式下，3座滤罐的滤料再生效果差(图3)。针对此问题，对过滤罐反冲洗参数进行优化，将高阶反冲洗参数由“13L/(m2·s)(8min)”调整为“14L/(m2·s)(10min)”，跟踪14天观察发现，2#、4#及10#滤罐反冲洗憋压现象得到缓解，反冲洗压力由平均0.52MPa下降至0.44MPa，单罐滤后除悬率提升7%。从运行效果来看，适当的提高反冲洗强度对滤料污染严重的2#、4#及10#滤罐具有一定效果，通过观察回收水池内反冲洗水情况发现，对于滤料污染不严重的其他滤罐，高强度的反冲洗会导致不同程度的跑料现象发生。
而针对单独滤罐滤料污染情况频繁调整整站反冲洗参数，将会大大增加岗位工人的工作量，且不便于生产管理[5]。因此，为保证单独过滤罐出水水质、确保生产过程中可根据单个滤罐出水水质进行参数调整、方便员工操作及生产运行，研究过滤罐个性化反冲洗工艺、保证问题滤罐实现“一罐一参数”，对于杏北油田污水达标回注尤为重要。
3个性化反冲洗技术研究
由于TDCS、ABPLC两种控制系统均能实现自动化反冲洗，只是实现的过程方式不同，因此本文以ABPLC控制系统的优化为例进行个性化反冲洗技术研究。
3.1ABPLC控制系统
ABPLC控制系统采用模块化结构设计，主要由主程序模块(mainprogram)、过程控制模块(process)和反冲洗水泵控制模块(water-pump)三部分组成。其中mainprogram模块主要用于模拟量输入操作，包括模拟量数据转换、模拟量报警输出等功能;process模块是整个反冲洗系统最重要的一个功能块，反冲洗过程控制、阀开关控制、阀状态检测等都由该功能块完成;water-pump模块主要用于控制反冲洗水泵的启停及运行时间。三个功能模块组合在一起共同完成过滤罐反冲洗工艺，并通过上位机实现监控及反冲洗操作运行[6]。
3.2ABPLC个性化反冲洗程序开发
以杏二十五联深度污水站为试点进行研究，该站共有30个滤罐，每个滤罐在单次反冲洗时需经历3个反冲洗阶段，每个阶段包括上升、保持和下降3个过程。因此，需分别设置上升时间、保持时间、下降时间和反冲洗流量等4个参数。为保证各节点参数可调、实现个性化反冲洗，在PLC和上位机内共进行了3处改进(图4、图5)。
(1)PLC系统数据库部分。利用RSLogix5000软件平台打开杏二十五联污水站PLC应用程序[7]，在反冲洗的3个阶段中分别新建4个数组，每个数组含有30个变量，分别表示每个罐在不同反冲洗强度的上升时间、保持时间、下降时间和反洗流量，共计360个变量点(3个阶段×4个数组×30个罐)。
(2)反冲洗控制程序部分。在研究原PLC应用程序基础上，保持water-pump模块不变，利用程序循环运行原理，在process模块内建立变量循环语句，以变量代换方式实现单个滤罐参数个性化设置功能，进而实现个性化反冲洗功能[8]。反冲洗流量、反冲洗上升时间、保持时间和下降时间等变量赋值在上位机进行。
(3)上位机界面部分。应用RSView32软件对上位机部分进行修改[9]，新建2个界面用于设置反冲洗控制参数，设计表格，排放360个编辑框，用来输入30个滤罐各自在3个反冲洗阶段下的4个参数。利用OPC方式将每个编辑框与PLC数据库中的变量进行数据链接，实现数据传输。最后为新界面添加显示按钮，删除原界面中部分编辑框，完成上位机界面的添加和修改。
4现场应用
杏二十五联深度污水处理站采用两级单向石英砂、磁铁矿双层滤料过滤工艺流程，一级过滤罐12座，二级过滤罐18座，设计处理量为3×104m3/d，出水水质指标为含油浓度、含悬浮物浓度均小于等于5mg/L。该站ABPLC反冲洗控制系统经改造后能够实现单独滤罐个性化反冲洗参数调整。
针对反冲洗效果不好的二级2#、4#及10#过滤罐进行参数优化。由于杏二十五联深度污水站反冲洗模式为“低阶—高阶—低阶”，反洗效果的好坏主要取决于高阶时的强度及时间[10]，因此首先考虑调高反冲洗高频段排量。将3座罐的高阶段排量由13L/(m2·s)调至16L/(m2·s)，对比试验前后含油、含悬浮物去除率变化情况，具体如表1、图6所示。
从结果可以看出，个性化调整反冲洗参数后，3座滤罐的出水含油均达标，平均除油率由原“整站一参数”的38.1%上升至66.1%;出水含悬接近达标，平均除悬率由20.7%上升至47.6%。平均除油率及除悬率分别上升28个百分点及26.9个百分点，说明适当的提高反冲洗强度对滤料再生效果起到促进作用。
由于杏二十五联二级2#、4#及10#过滤罐自2009年投产未更换过滤料，长时间高强度的反冲洗将加速滤料磨损[11]。因此，在高阶阶段适当提高反冲洗强度的同时，减少反冲洗时间，并对比试验前后含油含、悬去除率变化情况(表2)。
由表2可知，降低反洗时间后，3座滤罐平均除油率及除悬率均有所下降，但降幅不大。从水质上来看，当高阶阶段反冲洗时间由8min降低至7min，3座滤罐出水含油仍能达标，出水含悬水平基本不变;当高阶阶段反冲洗时间降低至6min时，3座滤罐出水含油均无法达标，且出水含悬量也有所上升。因此，将杏二十五联深度污水站二级2#、4#、10#过滤罐的反冲洗参数设置为5L/(m2·s)(3min)—16L/(m2·s)(7min)—7L/(m2·s)(4min)。运行反冲洗曲线如图7所示。
综上所述，对于滤料再生效果较差的滤罐，可根据实际情况提高其高频反冲洗强度，并适当降低反冲洗时间，在提高出水水质的前提下节省反洗水量[12]。通过调整反冲洗模式为“一罐一参数”，可有效提高滤料再生效果，与“一站一参数”相比，既方便了员工操作，也降低了管理困难。
5结论与建议(1)研发了TDCS、ABPLC两种控制系统的反冲洗参数优化程序，实现“一罐一参数”的个性化反冲洗设置，解决了因“一站一参数”造成的部分滤罐反冲洗不适应性，改善滤料再生效果，对于水质提升、降低劳动强度及自动化管理具有重大意义。(2)污水处理站的反冲洗应首选“一站一参数”运行模式，当部分过滤罐出现反冲洗不适应性时，应及时对有问题的过滤罐进行问题分析，并进行“一罐一参数”调试。(3)现场开展个性化反冲洗参数调节试验，针对杏二十五联深度污水站除油率、除悬率较低的2#、4#、10#过滤罐进行参数调节，有效改善了滤罐出水水质，3座滤罐出水含油均能达标，除油率、除悬率能够提升20个百分点以上。(4)面对油田多元开发形势以及采出污水的日益复杂，污水站过滤系统面临的挑战更为严峻，为进一步提高滤料再生效果、改善水质、降低能耗，需根据各滤罐的实际生产情况进行摸索和实践，探索出适合各污水站的反冲洗方法。——论文作者：乐昕朋
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