百口泉區(qū)塊稠油污水回用處理工藝設計

馬少華，張珊珊，周 娟

（1.陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院，陜西 西安 710300；2.西安博今科技發(fā)展有限公司，陜西 西安 710065；3.延長油田股份有限公司，陜西 延安 716000）

百口泉區(qū)塊的稠油儲量豐富，而稠油高粘度、高密度的性質(zhì)使得其開采具有較大的難度。稠油開采多采用熱采（蒸汽吞吐）方式進行，因此，稠油開采過程中需要消耗大量的淡水資源。稠油污水具有礦化度低（3000～5000mg·L-1）、溫度高（70～80℃）的特點，因此，采用合適的工藝手段將稠油污水進行處理后回用熱采鍋爐，可節(jié)約大量的淡水資源，同時還可充分利用污水的熱能，減少熱采鍋爐燃煤的消耗，具有好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。本文對稠油污水處理工藝進行了設計，對相關構筑物和設備進行了設計計算與選型，使處理后水達到了熱采鍋爐進水水質(zhì)標準。

1 稠油污水水質(zhì)及特點

1.1 百口泉區(qū)塊稠油污水原水水質(zhì)

稠油污水原水主要水質(zhì)見表1。

表1 百口泉稠油污水水質(zhì)分析Tab.1 Water quality analysis of Baikouquan Heavy Oil Sewage

1.2 稠油污水特點

（1）油水密度差小 水中稠油密度高，平均為900kg·m3，造成原油與水的密度差小。

（2）溫度較高 采用蒸汽吞吐進行稠油開采，產(chǎn)出液的溫度高，因此，稠油污水的溫度也高，可達到60～80℃。

（3）乳化嚴重，粘度大 稠油中含大量膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，具有天然乳化劑性質(zhì)，且具有較大的粘滯性，特別在水溫低時更顯著，使得水中油粒凝聚困難。

（4）成分復雜和多變 整個稠油生產(chǎn)過程中要添加各種化學藥劑，這是造成稠油污水成分復雜的原因，再加上開采區(qū)塊的油品性質(zhì)、開采工藝、集輸、脫水工藝的不同，生產(chǎn)中所加的各種化學藥劑的變化也會引起水質(zhì)的波動[1]。

由以上特點可知，稠油污水是一種水質(zhì)比較復雜的污水，與稀油產(chǎn)出污水相比，稠油污水處理難度較大，常規(guī)處理工藝不能完全滿足回用要求。

2 熱采鍋爐給水水質(zhì)標準

熱采鍋爐給水水質(zhì)標準見表2[2]。

表2 熱采鍋爐給水水質(zhì)標準Tab.2 Thermal recovery boiler feed water quality standards

比較百口泉稠油污水水質(zhì)和熱采鍋爐給水水質(zhì)標準可知，要將稠油污水處理后用作熱采鍋爐進水，主要應使污水中的油、懸浮物、硬度、SiO2和溶解氧達標。

3 處理工藝流程

本設計所選用的處理工藝流程見圖1。

圖1 百口泉稠油污水回用熱采鍋爐處理工藝流程Fig.1 The thermal recovery boiler process flow of Baikouquan heavy oil sewage

流程說明：稠油采出液經(jīng)過油水分離后直接進入除油罐，在除油罐的進口投加反向破乳劑，充分破乳后進行油、水和大顆粒懸浮體的分離。除油罐出水經(jīng)1＃提升泵提升后進入反應器，與投加的pH調(diào)節(jié)劑、絮凝劑、助凝劑和鎂劑充分混合反應，所生成的絮體、硅酸鎂和吸附有SiO2的氫氧化鎂膠粒隨污水進入混凝沉降罐，去除懸浮顆粒和SiO2硅。出水進入增壓罐并經(jīng)增壓泵增壓后先后進入粗過濾器和精細過濾器，以便進一步去除細小懸浮物和油，出水經(jīng)2＃提升泵提升后進入強酸性陽離子軟化器將硬度降到0.1mg·L-1以下，出水進入離子交換除氧器除氧后進入熱采鍋爐。

4 主要處理工藝

4.1 除油

重力除油一直是國內(nèi)外含油污水處理首選的初級除油設施，其效率高，運行穩(wěn)定。本設計選用立式重力除油罐兩座（并聯(lián)運行）進行除油。通過計算知：污水在除油罐的停留時間為6h，罐體為1000m3的鋼制拱頂罐（直徑為11.5m，罐壁高度為11.5m）兩座。污油從除油罐頂部經(jīng)固定堰溢流至污油箱，底部污泥靠重力流入污泥池。

4.2 除硅

除硅方法有化學除硅（石灰除硅和鎂劑除硅）和離子交換除硅。由于硅酸根的交換能力較弱，而百口泉稠油污水中陰離子（如等）含量較高，很容易造成陰離子交換樹脂失效。因此，百口泉稠油污水除硅選擇鎂劑除硅。根據(jù)百口泉稠油污水中SiO2的含量和鎂劑的性質(zhì)，計算所需純度為96%，濃度為20%，密度為1000kg·m-3的鎂劑用量為 21m3·d-1。

4.3 混凝沉降

污水在反應器中形成的硅酸鎂、吸附有二氧化硅的氫氧化鎂膠粒和絮體在混凝沉降罐中充分沉降，去除大部分懸浮物，進一步提高油的去除率。根據(jù)中原油田文一污水處理站的運行經(jīng)驗并通過計算知：停留時間為5.4h，罐體為1000m3的鋼制拱頂標準罐（罐壁直徑為11.5m，罐壁高度為10.3m）兩座。

4.4 過濾

污水經(jīng)除油、加藥絮凝除硅處理后進入粗過濾器，進一步去除油和懸浮物。核桃殼濾料具有較好的除油和截污特性。本設計采用YGL100/0.6-2型核桃殼過濾器，濾后水含油≤10mg·L-1，懸浮物含量≤5mg·L-1。污水經(jīng)粗過濾后，進入WXGL-2400Y/0.6A精細過濾器進行精細過濾，濾后水含油≤2mg·L-1，懸浮物≤1.5mg·L-1，最終達到了熱采鍋爐給水水質(zhì)標準對含油和懸浮物的要求。

4.5 軟化

軟化方法有熱力軟化、藥劑軟化和離子交換軟化。

（1）熱力軟化 該法只能將水中的碳酸鹽硬度去除，不能去除水中的非碳酸鹽硬度。經(jīng)這樣處理過的水不能滿足鍋爐用水質(zhì)量的要求，且該方法用蒸汽加熱，耗能大，經(jīng)濟性差，一般很少采用。

（2）藥劑軟化 該法操作人員勞動強度大，勞動條件差，并會發(fā)生由于處理藥劑純度低而帶來的設備堵塞或磨損問題。

（3）離子交換軟化 該法處理效果好、操作穩(wěn)定可靠、運行費用低，是最有前途的一種軟化方式。

根據(jù)上述方法特點及百口泉稠油污水水質(zhì)特征，本設計選用離子交換軟化法來去除水中的硬度，選擇稠油污水離子交換軟化工藝的一般原則見表3[3]。

表3 選擇離子交換軟化工藝的原則Tab.3 The principle of selection on ion exchange softening process

由表3可知，對于總礦化度小于2000mg·L-1、硬度小于100mg·L-1的含油污水，采用強酸性苯乙烯系鈉型陽離子交換樹脂-001×7[4]單層固定床來去除水中的硬度，可達到熱采鍋爐給水水質(zhì)指標。樹脂飽和后采用4%～10%的NaCl順流再生。根據(jù)水量、水質(zhì)及離子交換樹脂工作容量計算結果，設計中選用5臺軟化器（4用1備），軟化器直徑2.0m，裝填高度3.0m。

4.6 除氧

溶解氧容易引起鍋爐及金屬管線的電化學腐蝕，因此，鍋爐給水除氧是保證鍋爐安全運行，延長鍋爐壽命的關鍵。除氧方法有真空除氧、熱力除氧、化學除氧和離子交換除氧等。通過各種除氧方法特點的比較，選用Y-12-06磺化銅肼絡合型樹脂作為除氧樹脂，采用單層固定床進行溶解氧的去除。根據(jù)水量、水質(zhì)及氧化還原樹脂工作容量計算結果，設計中選用5臺除氧器（4用1備），除氧器直徑2.8 m，裝填高度1.4m。經(jīng)除氧處理后，出水中溶解氧可達到熱采鍋爐給水水質(zhì)指標。樹脂飽和后采用水合肼N2H4順流再生。

5 處理構筑物及輔助設備一覽表

處理構筑物及其它輔助設備見表4。

表4 處理設備一覽表Fig.4 List of processing equipment

6 結論

本設計通過百口泉稠油污水水質(zhì)與熱采鍋爐給水水質(zhì)標準的對比選定處理對象，主要對稠油污水中的油、懸浮物、SiO2、硬度和溶解氧進行了處理工藝設計。在借鑒國內(nèi)外稠油污水回用處理工藝的基礎上，最終選擇了適合百口泉稠油污水回用熱采鍋爐處理的工藝流程，并對主要的處理構筑物及輔助設備進行了設計與選型，使處理后水中的油、懸浮物、SiO2硅、硬度和溶解氧含量分別降低到2、2、50、0.1和 0.05 mg·L-1，達到了熱采鍋爐給水水質(zhì)標準。

［1］陳家慶.石油石化工業(yè)環(huán)保技術概論［M］.北京：中國石化出版社，2005.

［2］馮永訓.油田采出水處理設計手冊［M］.北京：中國石化出版社，2005.

［3］李金林.稠油采出水回用熱采鍋爐供水的處理工藝設計［J］.環(huán)境保護科學，2004，30（1）：41-44.

［4］何鐵林.水處理化學品手冊［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2000.