勝利油田污水脫鹽技術現場試驗研究

王英偉 谷梅霞 邊 江 楊朋輝.中石化石油工程設計有限公司, 山東 東營 5706；.中國石油大學(華東)儲運與建筑工程學院, 山東 青島 66580；.山東同圓設計集團有限公司, 山東 濟南 50000

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勝利油田污水脫鹽技術現場試驗研究

王英偉1谷梅霞1邊 江2楊朋輝3
1.中石化石油工程設計有限公司, 山東 東營 257026；2.中國石油大學(華東)儲運與建筑工程學院, 山東 青島 266580；3.山東同圓設計集團有限公司, 山東 濟南 250000

為探究勝利油田污水脫鹽處理采用多效蒸發技術(MEE)和機械壓縮蒸發技術(MVC)的可行性,對勝利油田高礦化度油田污水脫鹽進行了現場試驗研究,通過對處理后的水樣進行化驗,分析處理后水質是否達到注汽鍋爐用水水質標準。結果表明：多效蒸發技術處理后,污水中可溶性固體(礦化度)可降至1 000 mg/L以下,油含量、總鐵、總硬度、總堿度、礦化度能夠達到注汽鍋爐用水水質標準；機械壓縮蒸發技術處理后,污水的礦化度可降至20 mg/L以下,水中鹽分去除較徹底,各項指標均能達到注汽鍋爐用水水質標準,該項技術適用于勝利油田污水脫鹽。

油田污水；脫鹽；熱法；多效蒸發；機械壓縮蒸發

0 前言

勝利油田污水屬高鹽污水,其資源化回用的關鍵是脫鹽。目前工業應用較為成熟的油田污水脫鹽技術主要有膜法和熱法(即膜分離法和蒸餾法)[1-5]。膜法脫鹽技術目前國內主要應用在海水淡化、醫藥、食品、紡織、煉油化工等領域,該方法脫鹽多采用“超濾+納濾/反滲透”為核心的雙膜處理工藝,但雙膜處理工藝對污水預處理要求高、膜耐油性能差、工藝運行穩定性差,目前這些缺點尚未很好地解決,限制了其在油田污水脫鹽處理方面的應用。而熱法脫鹽技術對污水預處理要求低,國內外研究或應用比較成熟的有多效蒸發和機械壓縮蒸發技術[6-7],多效蒸發技術(MEE)多應用于石油、化工、制藥、海水淡化等領域；機械壓縮蒸發技術(MVC)在國外油田污水脫鹽處理工程已經推廣應用,但國內研究較少。本文利用熱法脫鹽技術對勝利油田高礦化度油田污水進行了現場試驗研究,探討了多效蒸發技術和機械壓縮蒸發技術在勝利油田污水處理的可行性。

1 工作原理

多效蒸發技術的基本原理[8-9]：蒸汽與進料污水發生熱交換,經過多次蒸發和冷凝,后一效蒸發器的操作壓力和溶液的沸點均較前一效蒸發器低,使前一效蒸發器引出的二次蒸汽作為后一效蒸發器的加熱蒸汽,且后一效蒸發器的加熱室成為前一效蒸發器的冷卻器,得到多倍于蒸汽量的蒸餾水。多效蒸發技術是熱法脫鹽技術中最節能的方法之一,優點在于可以重復利用熱能、提高造水比,但存在設備結垢嚴重的缺點。多效蒸發技術基本原理見圖1。

機械壓縮蒸發技術的基本原理[10]：鹽水預熱后引入蒸發器進行內部蒸發,蒸發過程產生的(二次)蒸汽通過壓縮機壓縮增壓升溫,形成過熱蒸汽作為熱源供污水蒸發裝置使用,蒸汽壓縮冷凝后可使冷卻水中的有害成分得到濃縮排放,并使冷凝液作為循環水和鍋爐補充水返回系統,同時將蒸汽從低能量轉化為高能量用于后續裝置的加熱。系統啟動后僅需消耗電能,機械壓縮蒸發器的工作過程同機械壓縮式熱泵。機械壓縮蒸發技術基本原理見圖2。

圖2 機械壓縮蒸發技術基本原理

2 應用現狀

多效蒸發技術在污水回用處理方面,國內曾有利用該技術對環氧丙烷皂化廢水等化工廢水回收化工原料以及回用蒸餾水的工程實例,但該技術在油田污水處理方面的應用未曾報道過。

通過調研可以看出,多效蒸發技術和機械壓縮蒸發技術是目前較先進的脫鹽技術,兩種技術有各自的優缺點和適用條件。機械壓縮蒸發技術適用于各種工況,除鹽、除硬較徹底,處理后污水可直接進入鍋爐,但目前國內尚無適合大規模應用的蒸汽壓縮機,需要引進,投資高；多效蒸發技術成熟,但存在設備結垢問題,需要利用蒸汽熱源,在有可用蒸汽源的情況下更經濟可行。目前國外機械壓縮蒸餾裝置已推廣150套,國內主要以多效蒸發技術為主。總體上講,兩種技術處理后均適用于油田污水脫鹽,但投資和處理成本偏高。

3 現場試驗

勝利油田分別對多效蒸發技術和機械壓縮蒸發技術應用于高礦化度油田污水脫鹽進行了現場試驗研究,探究兩種技術的應用可行性。

3.1 多效蒸發技術

圖3 濱南稠油首站試驗現場

表1 多效蒸發技術試驗結果 mg/L

由表1可知,通過多效蒸發技術處理后,污水中可溶性固體(礦化度)可降至1 000 mg/L以下,完全達標,其余參數除溶解氧與懸浮物含量外均能達到注汽鍋爐用水水質標準。說明該技術在勝利油田污水脫鹽方面有較大實用價值。

3.2 機械壓縮蒸發技術

在勝利油田選取孤五、孤六和墾西具有代表性的3個污水水樣,運往美國RCC 實驗室進行機械壓縮蒸發技術實驗,研究機械壓縮蒸發技術在勝利油田的應用可行性。實驗結果見表2。

由表2可知,通過機械壓縮蒸發技術處理后,污水中可溶性固體(礦化度)可降至20 mg/L以下,水中鹽分去除較徹底,處理后水質達到注汽鍋爐用水水質標準。可見,機械壓縮蒸發技術在勝利油田污水脫鹽方面應用前景較大。

表2 機械壓縮蒸發技術實驗結果 mg/L

4 結論

勝利油田率先針對油田污水脫鹽開展了多效蒸發技術現場試驗和機械壓縮蒸發技術實驗室研究,結果表明：

1)多效蒸發技術處理后,污水中可溶性固體(礦化度)可降至1 000 mg/L以下,油含量、總鐵、總硬度、總堿度、礦化度能夠達到注汽鍋爐用水水質標準。

2)機械壓縮蒸發技術處理后,污水的礦化度可降至20 mg/L以下,水中鹽分去除較徹底,各項指標均能達到注汽鍋爐用水水質標準,適用于勝利油田污水脫鹽。

3)機械壓縮蒸發技術適用于各種工況,除鹽、除硬較徹底,處理后污水可直接進入鍋爐,但目前國內還沒有適合大規模應用的蒸汽壓縮機,需要引進,投資高；多效蒸發技術成熟,但存在設備結垢問題,且需要利用蒸汽熱源,因此在有可用蒸汽源的情況下更經濟可行。

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2015-03-27

王英偉(1982-),男,山東單縣人,工程師,學士,主要從事油氣田地面工程技術研究。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.04.020