真空制鹽技術(shù)在川西氣田高氯根地層水處理中的應(yīng)用

王自力，李婷婷，羅廣詳

（中石化西南油氣分公司川西采氣廠，四川成都618000）

真空制鹽技術(shù)在川西氣田高氯根地層水處理中的應(yīng)用

王自力*，李婷婷，羅廣詳

（中石化西南油氣分公司川西采氣廠，四川成都618000）

針對(duì)川西氣田高氯根地層水處理外排面臨較大的環(huán)保隱患，借鑒了真空制鹽技術(shù)來(lái)處理高氯根地層水，主要工藝為根據(jù)料液沸點(diǎn)隨壓力降低而下降的規(guī)律，在壓力遞減的多效蒸發(fā)罐組中，用生蒸汽（新鮮蒸汽）加熱Ⅰ效罐的料液，使之沸騰蒸發(fā)，產(chǎn)生二次蒸汽作為次效罐的熱源，并按所設(shè)效數(shù)依次傳遞，多次利用二次蒸汽，使各效罐的料液一部分水被汽化，氯化鈉則因水分的不斷蒸發(fā)而從溶液中結(jié)晶析出。經(jīng)過(guò)一年現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，真空制鹽技術(shù)是處理高氯根地層水的一種最有效方法，不僅可以節(jié)約成本，還可以大大緩解高氯根地層水外排面臨的環(huán)保隱患，實(shí)現(xiàn)氣田清潔生產(chǎn)。

高氯根地層水；環(huán)保隱患；真空制鹽；蒸發(fā)；結(jié)晶

1 概述

川西氣田目前產(chǎn)出地層水量約1200m3/d，其中高氯根采氣廢水占總產(chǎn)水量的75%，其礦化度高，在（6～8）×104mg/L左右，而且還含有微量重金屬等有害物質(zhì)，處理不當(dāng)會(huì)造成環(huán)境污染。川西氣田產(chǎn)出的地層水主要是采取在污水站集中處理后外排，而處理后氯根和COD超標(biāo)，外排面臨的環(huán)保隱患大，特別是在冬天枯水季節(jié)，由于受排放河流水量驟減、斷流的影響，處理站有停止運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，污水處理被中斷將嚴(yán)重阻礙氣田的正常穩(wěn)定生產(chǎn)；再加上處理外排費(fèi)用高，達(dá)84.0元/m3，給企業(yè)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。

綜上所述，隨著開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，產(chǎn)水量日益增加，污水處理成本壓力、環(huán)保壓力成為制約氣田加快發(fā)展步伐的桎梏之一。另外就是由于川西地區(qū)地層主要為致密層[1]，回注能力有限[2]，不能有效緩解處理外排所面臨的壓力。因此，迫切需要探索治理地層水新技術(shù)，使企業(yè)生產(chǎn)和地方環(huán)境保護(hù)緊密結(jié)合，可持續(xù)、協(xié)調(diào)發(fā)展。

為探索氣田高氯廢水無(wú)害化治理的新工藝，經(jīng)調(diào)研論證，2012年川西氣田首次將真空制鹽技術(shù)引入高氯廢水處理領(lǐng)域，建立地層水綜合利用站。該站采用真空蒸發(fā)工藝，最終將廢水中氯離子、鈉離子結(jié)晶成鹽、二次蒸汽冷凝成水外排。該裝置成功運(yùn)行一年來(lái)，證明了將輕工業(yè)制鹽真空蒸發(fā)技術(shù)運(yùn)用到氣田高氯廢水處理領(lǐng)域方向是正確的，為氣田高氯廢水的處理提供了一條新思路，促進(jìn)了企業(yè)的清潔生產(chǎn)和資源回收利用。

2 真空制鹽技術(shù)原理

真空制鹽技術(shù)自20世紀(jì)80年代在制鹽領(lǐng)域投入使用以來(lái)，發(fā)展十分迅速[3-6]。具有能耗較低、能獲得高純度的產(chǎn)品水、操作與維護(hù)簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本較低。

2.1 主要原理

向多效蒸發(fā)罐的首效加熱室殼程內(nèi)加入一定壓力的飽和蒸汽，飽和蒸汽與管程內(nèi)自下而上的鹵水按對(duì)流—傳導(dǎo)—對(duì)流方式進(jìn)行熱交換。飽和蒸汽釋放潛熱冷凝成水，鹵水吸收熱量溫度升高。在軸流泵的作用下，鹵水強(qiáng)制循環(huán)至蒸發(fā)室內(nèi)蒸發(fā)、結(jié)晶，產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入下一效加熱室作為加熱蒸汽，依次類推。末效鹵水蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽引入混合冷凝器，用冷卻循環(huán)水冷凝后排出系統(tǒng)，其中的不凝氣用真空泵抽出，維持其負(fù)壓（真空）狀態(tài)。這樣一來(lái)，各效的蒸汽壓力和溫度自動(dòng)分配并逐效降低，鹵水的沸點(diǎn)亦逐效降低，從而使鹵水在不同的溫度和對(duì)應(yīng)的溫度條件下蒸發(fā)、結(jié)晶。蒸發(fā)罐效與效之間形成的溫差，即是多效蒸發(fā)的轉(zhuǎn)熱推動(dòng)力。

2.2 真空制鹽技術(shù)特點(diǎn)

(1)多次利用二次蒸汽，具有節(jié)能降耗的功能。首先是用生蒸汽（新鮮蒸汽）加熱Ⅰ效罐的鹵水，使之沸騰蒸發(fā)，產(chǎn)生二次蒸汽用作次效罐的熱源，并按所設(shè)效數(shù)依次傳遞，多次利用二次蒸汽，使各效罐的鹵水蒸發(fā)析鹽。根據(jù)理論[1]計(jì)算，蒸發(fā)1kg水耗蒸汽為：?jiǎn)涡?.1kg，雙效0.57kg，3效0.4kg，4效0.3kg，5效0.27kg，6效0.26kg，可以看出多效蒸餾具有節(jié)能降耗的功能。

另外，為了充分利Ⅳ效蒸汽冷凝后的余熱，采用閃發(fā)器，讓冷凝水在壓差作用下閃發(fā)出蒸汽，Ⅰ效冷凝水閃發(fā)的蒸汽接入Ⅱ效加熱室，Ⅱ效冷凝水閃發(fā)的蒸汽接入Ⅲ效，其余類推。

(2)料液快速汽化與末效二次蒸汽迅速冷凝是保證蒸發(fā)順利進(jìn)行的關(guān)鍵因素。保證末效二蒸迅速冷凝，保持較高真空度，可以給料液提供一個(gè)低溫快速蒸發(fā)汽化的條件。反之，料液快速汽化后，可以保證蒸發(fā)系統(tǒng)的熱量，其產(chǎn)生的二次蒸汽不斷為下級(jí)系統(tǒng)創(chuàng)造熱源，在末效二蒸冷凝效果下造成系統(tǒng)出現(xiàn)梯度溫差，系統(tǒng)總溫差越大，真空度越高，繼而可推動(dòng)末效二蒸冷凝速度。所以，料液快速汽化與末效二次蒸汽迅速冷凝是保證蒸發(fā)順利進(jìn)行的關(guān)鍵因素，而且兩者是相輔相成的。

2.3 主要設(shè)備

蒸發(fā)設(shè)備普遍使用的外加熱強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器，此蒸發(fā)器主要由加熱室、蒸發(fā)室和循環(huán)泵三部分組成，加熱管采用TA2合金管，蒸發(fā)室材質(zhì)為316L復(fù)合板。外加熱強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器具有生產(chǎn)能力大，循環(huán)速度高、傳熱效果好、檢修方便等特點(diǎn)。真空系統(tǒng)設(shè)備混合冷凝器、冷卻塔、真空泵。離心脫水系統(tǒng)主要由離心機(jī)、儲(chǔ)鹽漏斗等。供熱系統(tǒng)包括燃?xì)忮仩t、燃燒機(jī)、軟水處理裝置等。

3 工藝流程

主要生產(chǎn)工序有：水質(zhì)預(yù)處理、蒸發(fā)結(jié)晶分離、離心脫水系統(tǒng)、鍋爐供熱系統(tǒng)[7]。工藝流程（見(jiàn)圖1）如下：

圖1 多效蒸餾工藝流程圖

加熱生蒸汽由廠區(qū)鍋爐供給，壓力為0.55MPa，溫度為140℃左右飽和蒸汽通過(guò)減溫減壓后進(jìn)入Ⅰ效蒸發(fā)罐加熱蒸汽，上一效二次蒸汽作為下一效的熱源，Ⅳ效二次蒸汽通過(guò)混合冷凝器冷凝，不凝氣用羅茨液環(huán)真空泵抽出。為了充分利用蒸汽冷凝后的余熱，采用閃發(fā)器，讓冷凝水在壓差作用下閃發(fā)出蒸汽，Ⅰ效冷凝水閃發(fā)的蒸汽接入Ⅱ效加熱室，Ⅱ效冷凝水閃發(fā)的蒸汽接入Ⅲ效，其余類推。

原料鹵水由泵至混料池，混合料液用混料泵泵出一部分直接進(jìn)入Ⅳ蒸發(fā)罐，另一部分經(jīng)混合冷凝水預(yù)熱器預(yù)熱后一部分直接進(jìn)入Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ效蒸發(fā)罐。即整個(gè)進(jìn)料系統(tǒng)采用平流進(jìn)料方式，確保運(yùn)行平穩(wěn)可靠。

結(jié)晶鹽漿由Ⅰ效蒸發(fā)罐轉(zhuǎn)排到Ⅱ效蒸發(fā)罐，Ⅱ效蒸發(fā)罐鹽漿轉(zhuǎn)排到Ⅲ效蒸發(fā)罐，Ⅲ效蒸發(fā)罐鹽漿轉(zhuǎn)排到末效蒸發(fā)罐集中排出系統(tǒng)，目的為降低排出系統(tǒng)的熱量，節(jié)能減排；鹽漿經(jīng)離心脫水后暫儲(chǔ)于濕鹽儲(chǔ)斗待銷。

母液排放：極少量母液根據(jù)罐內(nèi)含母液情況由Ⅰ效蒸發(fā)罐轉(zhuǎn)排到Ⅱ效蒸發(fā)罐，Ⅱ效蒸發(fā)罐鹽漿轉(zhuǎn)排到Ⅲ效蒸發(fā)罐，Ⅲ效蒸發(fā)罐鹽漿轉(zhuǎn)排到末效蒸發(fā)罐集中排出系統(tǒng)到母液儲(chǔ)桶，澄清后上清液再進(jìn)入系統(tǒng)，固體拉運(yùn)至固廢場(chǎng)進(jìn)行處理。

4 真空制鹽技術(shù)在氣田水處理中的運(yùn)用情況

為了緩解川西氣田高氯根地層水外排帶來(lái)的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)調(diào)研論證，2012年川西氣田首次將多真空制鹽技術(shù)引入高氯廢水處理領(lǐng)域，建立地層水綜合利用站（圖2）。主體工藝采用四效蒸餾工藝，工程總投資2059.86萬(wàn)元。2012年4月28日開始投料試車，截至2013年4月30日，共運(yùn)行355d（檢維修13d），累計(jì)處理地層水94827.1m3，累計(jì)產(chǎn)鹽5325t；處理后的外排水氯根含量在200mg/L以內(nèi)，且COD指標(biāo)也控制在100mg/L以內(nèi)。

圖2 地層水綜合利用站

4.1 設(shè)備運(yùn)行情況及存在問(wèn)題

地層水綜合利用站共擁有28臺(tái)泵機(jī)、4套蒸發(fā)循環(huán)罐、1臺(tái)5t/h天然氣蒸汽鍋爐、2臺(tái)活塞式退料離心機(jī)等。除部分泵機(jī)為一備一用外，其余設(shè)備均需全天24h不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，加之設(shè)備長(zhǎng)期接觸高溫、強(qiáng)腐蝕的高氯根地層水，設(shè)備銹蝕、泵機(jī)機(jī)封泄漏、軸承磨損、鍋爐燃燒機(jī)頭電磁閥失靈、鹽漿攪拌機(jī)損壞等情況屢屢發(fā)生。由于轉(zhuǎn)排鹽管徑過(guò)小，結(jié)晶鹽漿易在管道中堵塞，因此，解堵、維修設(shè)備成為前期運(yùn)行的一個(gè)重要工作。

4.2 工藝改進(jìn)情況及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

由于這是首次引用多效蒸餾工藝來(lái)處理氣田高氯根地層水，經(jīng)驗(yàn)匱乏。經(jīng)過(guò)一年的現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行，不斷的摸索與總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)一系列的整改后，目前在站場(chǎng)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下穩(wěn)定達(dá)到340m3/d的處理量。

（1）優(yōu)化工藝流程，小改小革促進(jìn)裝置完善。為了使站場(chǎng)工藝更貼近生產(chǎn)實(shí)際及降低環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)不能滿足生產(chǎn)實(shí)際的工藝流程提出整改意見(jiàn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，前后整改優(yōu)化工藝達(dá)50余次，主要整改的工藝如下：調(diào)整離心機(jī)下出鹽口至濕鹽漏斗的連接位置和方向，使出鹽暢通；新增效鹽Ⅲ漿直接轉(zhuǎn)排至鹽漿儲(chǔ)桶管線，解決Ⅲ效固液比過(guò)高堵塞管道的問(wèn)題；更改鹽漿泵上料管為45度直線，避免過(guò)多的彎角造成鹽漿堵塞；將真空泵放空管線冷卻水接回水封池，以免四處溢流造成環(huán)境污染。通過(guò)這些優(yōu)化整改流程，為推廣氣田水真空制鹽積累了經(jīng)驗(yàn)。

（2）優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)裝置高效運(yùn)行。技術(shù)人員經(jīng)常加班加點(diǎn)，深入生產(chǎn)一線，不斷的摸索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，最終提煉出“六穩(wěn)定一暢通”的操作標(biāo)準(zhǔn)?！傲€(wěn)定一暢通”指首效加熱室進(jìn)汽壓力穩(wěn)定、各效液位穩(wěn)定、各效罐內(nèi)固液比穩(wěn)定、母液穩(wěn)定、石膏晶種穩(wěn)定、末效真空度穩(wěn)定、轉(zhuǎn)排鹽暢通。自該操作標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)生產(chǎn)以來(lái)，蒸餾系統(tǒng)裝置的地層水處理量從最初220m3/d提高到目前340m3/d左右，檢維修周期由半個(gè)月提高到一個(gè)月，檢修所需時(shí)間由2d縮短至1d，極大地提高了系統(tǒng)的生產(chǎn)時(shí)效，系統(tǒng)裝置得到高效運(yùn)轉(zhuǎn)?，F(xiàn)蒸汽壓力穩(wěn)定在0.4～0.5MPa、液位控制在45%±5%、真空度穩(wěn)定在-88kPa左右、罐內(nèi)固液比保持在10%～15%、氯化鈣含量達(dá)60g/L才進(jìn)行轉(zhuǎn)排。

5 效益分析

根據(jù)對(duì)2013年1～3月全成本分析（表1），經(jīng)折算處理費(fèi)用為72.99元/m3，而川西氣田高氯根地層水處理外排則費(fèi)用平均在84.0元/m3，可看出，運(yùn)用真空制鹽技術(shù)處理地層水成本比常規(guī)污水處理站具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，可節(jié)約污水處理成本；更為重要的是使處理后的水達(dá)到國(guó)家環(huán)保指標(biāo)，降低環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，為川西氣田地層水處理開辟了新途徑；同時(shí)也展現(xiàn)中石化大型國(guó)有企業(yè)對(duì)社會(huì)、對(duì)環(huán)境保護(hù)負(fù)責(zé)任的態(tài)度。

6 結(jié)論

（1）就目前探索的處理方式中，真空制鹽技術(shù)是處理高氯根地層水的一種最有效方法，不僅可以有效將氯根轉(zhuǎn)變成鹽，使處理后的外排水的氯根含量達(dá)標(biāo)，且COD、懸浮物等指標(biāo)也均能達(dá)標(biāo)，大大緩解了川西氣田高氯根地層水外排面臨的環(huán)保隱患，實(shí)現(xiàn)氣田清潔生產(chǎn)。

（2）經(jīng)過(guò)一年的運(yùn)行，川西采氣廠目前已形成一套氣田水真空制鹽操作規(guī)范和相關(guān)制度、儲(chǔ)備真空制鹽領(lǐng)域技術(shù)人才，因此為推廣氣田水無(wú)害化處理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（3）由于站場(chǎng)所處理高氯廢水中含有部分Ca2+、Mg2+、泥砂、油污、懸浮物等雜質(zhì)，而目前現(xiàn)場(chǎng)只有一個(gè)地層水收集池，既沒(méi)有藥劑攪拌裝置也沒(méi)有地層水沉降場(chǎng)所，不能有效去除水中雜質(zhì)，以至雜質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)，造成蒸餾設(shè)備易堵易損、影響傳熱效果以及增加系統(tǒng)檢維修時(shí)間。為了更好地維護(hù)該站工藝設(shè)備，保證蒸發(fā)效果及產(chǎn)量，建議在蒸發(fā)系統(tǒng)前端增加水質(zhì)預(yù)處理系統(tǒng)，配套相應(yīng)水處理設(shè)備，對(duì)進(jìn)站原水進(jìn)行預(yù)處理。

表1 全成本分析明細(xì)表（2013年1～3月）

[1]謝曉永,唐洪明,孟英峰,等.川西洛帶氣田致密砂巖污水回注實(shí)驗(yàn)室研究[J].鉆采工藝,2007,30(5):39-41.

[2]岳建偉,帥永乾,王倩,等.川西氣田地層水回注選井選層研究[J].油氣田環(huán)境保護(hù),2012,22(4):30-33.

[3]趙華.低溫蒸餾工藝在川西氣田的運(yùn)用和優(yōu)缺點(diǎn)[J].西部探礦工程,2014(10):47-51.

[4]李書衛(wèi),趙水星.淺談?wù)婵罩汽}節(jié)能技術(shù)[J].中國(guó)井礦鹽, 2005,36(3):40-41.

[5]羅大忠.真空制鹽發(fā)展概況及工藝述評(píng)[J].中國(guó)井礦鹽, 2001,32(1):7-11.

[6]劉洋.真空制鹽五效蒸發(fā)生產(chǎn)工藝改造探索[J].中國(guó)井礦鹽, 2007,38(6):14-17.

[7]夏清.化工原理上冊(cè)[M].修訂版.天津:天津大學(xué)出版社,2005：43-44.

表2 臺(tái)效對(duì)比表

7 結(jié)論

（1）采用潛孔錘正循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)配備能在10～30r/min范圍內(nèi)調(diào)速的機(jī)構(gòu)。

（2）使用高壓潛孔錘鉆進(jìn)，若孔深超過(guò)400m時(shí)，應(yīng)配備增壓機(jī)增加風(fēng)壓。

（3）下鉆后，當(dāng)鉆頭接近孔底前，啟動(dòng)空壓機(jī)沖孔，邊送風(fēng)邊下放鉆具；當(dāng)鉆頭距孔底0.2m時(shí)，開車回轉(zhuǎn)鉆具，聽(tīng)到孔內(nèi)沖擊聲后，即可逐步給壓鉆進(jìn)。

（4）在鉆進(jìn)過(guò)程中遇有風(fēng)壓超限時(shí)，應(yīng)及時(shí)提起鉆具(不停止回轉(zhuǎn))，待緩解后方可繼續(xù)鉆進(jìn)；否則，應(yīng)及時(shí)提鉆檢查。

（5）在鉆進(jìn)過(guò)程中若孔內(nèi)背壓過(guò)大，潛孔錘停止工作，孔口不排屑時(shí)，可上下竄動(dòng)鉆具，待排屑后，潛孔錘即可正常工作。

（6）穿過(guò)采空區(qū)后沖孔，確保將孔內(nèi)巖屑吹至采空區(qū)內(nèi)。

TS364

A

1004-5716(2015)12-0051-04

2014-12-22

王自力（1977-），男（漢族），重慶人，工程師，現(xiàn)從事氣田環(huán)保方面的管理、研究工作。