控制樹脂再生周期 實現熱注鍋爐節水

李涵月（中油遼河油田公司鉆采工藝研究院，遼寧 盤錦 124010）

稠油開發需要大量軟化水做為注汽鍋爐的給水，這些軟化水通常由離子交換系統提供。但樹脂使用一段時間后其交換容量降低，軟化水的硬度上升，這時需要對離子交換樹脂進行再生，恢復其交換能力。樹脂的再生是離子交換水處理工藝過程中最重要的環節，再生效果的好壞不僅對其工作交換容量和出水水質有直接的影響，而且在很大的程度上決定運行的經濟性。常采用的再生液為濃度10%左右的氯化鈉。生產實踐表明再生過程不僅消耗大量的氯化鈉和清水，而且外排的高硬度、高含鹽再生廢水對周邊環境產生不良影響，還增加污水拉運成本[1-5]。

遼河油田小洼油區某注汽鍋爐軟化設備分一、二兩組輪換運行及再生，每一組又分為一、二級軟化罐，軟化罐內裝有陽離子交換樹脂，用氯化鈉再生，再生流程切換采用氣動薄膜自動閥，現場樹脂的再生過程又分反洗、進鹽、置換、一級正洗和二級正洗5個步驟。

1 樹脂交換能力下降影響因素

軟化水處理過程中離子交換反應是一個可逆和定量的化學反應。例如，當含有Ca2+的水通過樹脂層時，發生如下反應：

由于上述反應不斷消耗NaR型樹脂，最后樹脂層失效。為了恢復該樹脂的交換能力，可以用含Na+鹽水再生失效的樹脂層。由于離子交換反應是可逆的，樹脂又可以恢復到NaR型狀態。其反應如下：

根據上面兩個公式可以得出，樹脂中鈉離子含量直接關系到樹脂的交換能力，而交換能力的下降與處理水量及水中所含離子的含量有關。

1.1 進水硬度

遼河油田小洼油區油藏埋深一般在500m-2000m，地層水以NaHCO3為主，隨埋深加大CaCl2及MgCl2含量加大；鍋爐用水一般采用經聯合站處理的地層回采水，其硬度一般在150ppm。

1.2 周期制水量

以SF—19.1—17.9—YQ型號鍋爐為例，根據生產需要及目前生產方式，周期制水量一般在1000m3左右。

1.3 樹脂處理能力

樹脂處理能力取決于其中的鈉離子含量即樹脂量，目前添加樹脂量均為一級、二級樹脂罐的二分之一。

1.4 其他因素

水源吸口附近油污染，以及來水中的懸浮物、有機物和鐵等均會降低樹脂交換能力。同時樹脂罐中的交換樹脂在運行中有破碎，堵塞集水器，增加壓力降。另外樹脂罐本身為鐵質，長時間使用防腐層破損也是致使樹脂失效的原因之一。

2 數學模型建立

根據上式，軟化水處理和樹脂再生是鈉離子與鈣離子互相替換的可逆過程，2個摩爾的鈉離子替換1個摩爾的鈣離子，即2Na+→Ca2+

分別用x和y代替鈉離子和鈣離子摩爾質量，即

式中：T-制水周期，h；

V-進水速度，L/h；

P-進水單位硬度，mg/L.

根據公式（3）和公式（4），當樹脂交換量和進水速度一定時，制水周期即水處理運行周期與進水單位硬度成反比，即若階段進水單位硬度較小時則可延長水處理運行周期。

3 采取控制措施

根據上述分析，通過增加樹脂量，由原來的二分之一增加至樹脂罐容積的三分之二；選用大顆粒樹脂，減少壓力損失；定期對樹脂進行補充、篩選、清洗；樹脂罐進行及時檢修四個途徑來提高樹脂交換能力，延長水處理樹脂運行周期。

4 實際應用效果

通過對小洼油區某注汽鍋爐半年內軟水處理及再生過程各項指標的跟蹤化驗、分析得出，可將原來再生周期150小時延長至200小時，按每次再生用水23m3，用氯化鈉0.3噸，一年約減少再生次數15次節水345m3，少消耗氯化鈉4.5噸。按氯化鈉每噸800元，污水拉運費80元/m3，一年可節約成本31200元。達到環保、降本增效的目的。

[1]侯君，程林松，房寶財等.油田注汽鍋爐水質影響因素研究[J].油田化學，2005,22(4):321-323.

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