真空制鹽技術在川西氣田高氯根地層水處理中的應用

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）

真空制鹽技術在川西氣田高氯根地層水處理中的應用

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）

針對川西氣田高氯根地層水處理外排面臨較大的環保隱患，借鑒了真空制鹽技術來處理高氯根地層水，主要工藝為根據料液沸點隨壓力降低而下降的規律，在壓力遞減的多效蒸發罐組中，用生蒸汽（新鮮蒸汽）加熱Ⅰ效罐的料液，使之沸騰蒸發，產生二次蒸汽作為次效罐的熱源，并按所設效數依次傳遞，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而從溶液中結晶析出。經過一年現場運行表明，真空制鹽技術是處理高氯根地層水的一種最有效方法，不僅可以節約成本，還可以大大緩解高氯根地層水外排面臨的環保隱患，實現氣田清潔生產。

高氯根地層水；環保隱患；真空制鹽；蒸發；結晶

1 概述

川西氣田目前產出地層水量約1200m3/d，其中高氯根采氣廢水占總產水量的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，處理不當會造成環境污染。川西氣田產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，外排面臨的環保隱患大，特別是在冬天枯水季節，由于受排放河流水量驟減、斷流的影響，處理站有停止運行的風險，污水處理被中斷將嚴重阻礙氣田的正常穩定生產；再加上處理外排費用高，達84.0元/m3，給企業帶來沉重的負擔。

綜上所述，隨著開發規模的不斷擴大，產水量日益增加，污水處理成本壓力、環保壓力成為制約氣田加快發展步伐的桎梏之一。另外就是由于川西地區地層主要為致密層[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，使企業生產和地方環境保護緊密結合，可持續、協調發展。

為探索氣田高氯廢水無害化治理的新工藝，經調研論證，2012年川西氣田首次將真空制鹽技術引入高氯廢水處理領域，建立地層水綜合利用站。該站采用真空蒸發工藝，最終將廢水中氯離子、鈉離子結晶成鹽、二次蒸汽冷凝成水外排。該裝置成功運行一年來，證明了將輕工業制鹽真空蒸發技術運用到氣田高氯廢水處理領域方向是正確的，為氣田高氯廢水的處理提供了一條新思路，促進了企業的清潔生產和資源回收利用。

2 真空制鹽技術原理

真空制鹽技術自20世紀80年代在制鹽領域投入使用以來，發展十分迅速[3-6]。具有能耗較低、能獲得高純度的產品水、操作與維護簡單、運行成本較低。

2.1 主要原理

向多效蒸發罐的首效加熱室殼程內加入一定壓力的飽和蒸汽，飽和蒸汽與管程內自下而上的鹵水按對流—傳導—對流方式進行熱交換。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，鹵水強制循環至蒸發室內蒸發、結晶，產生的二次蒸汽進入下一效加熱室作為加熱蒸汽，依次類推。末效鹵水蒸發產生的二次蒸汽引入混合冷凝器，用冷卻循環水冷凝后排出系統，其中的不凝氣用真空泵抽出，維持其負壓（真空）狀態。這樣一來，各效的蒸汽壓力和溫度自動分配并逐效降低，鹵水的沸點亦逐效降低，從而使鹵水在不同的溫度和對應的溫度條件下蒸發、結晶。蒸發罐效與效之間形成的溫差，即是多效蒸發的轉熱推動力。

2.2 真空制鹽技術特點

(1)多次利用二次蒸汽，具有節能降耗的功能。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，產生二次蒸汽用作次效罐的熱源，并按所設效數依次傳遞，多次利用二次蒸汽，使各效罐的鹵水蒸發析鹽。根據理論[1]計算，蒸發1kg水耗蒸汽為：單效1.1kg，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，采用閃發器，讓冷凝水在壓差作用下閃發出蒸汽，Ⅰ效冷凝水閃發的蒸汽接入Ⅱ效加熱室，Ⅱ效冷凝水閃發的蒸汽接入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順利進行的關鍵因素。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低溫快速蒸發汽化的條件。反之，料液快速汽化后，可以保證蒸發系統的熱量，其產生的二次蒸汽不斷為下級系統創造熱源，在末效二蒸冷凝效果下造成系統出現梯度溫差，系統總溫差越大，真空度越高，繼而可推動末效二蒸冷凝速度。所以，料液快速汽化與末效二次蒸汽迅速冷凝是保證蒸發順利進行的關鍵因素，而且兩者是相輔相成的。

2.3 主要設備

蒸發設備普遍使用的外加熱強制循環蒸發器，此蒸發器主要由加熱室、蒸發室和循環泵三部分組成，加熱管采用TA2合金管，蒸發室材質為316L復合板。外加熱強制循環蒸發器具有生產能力大，循環速度高、傳熱效果好、檢修方便等特點。真空系統設備混合冷凝器、冷卻塔、真空泵。離心脫水系統主要由離心機、儲鹽漏斗等。供熱系統包括燃氣鍋爐、燃燒機、軟水處理裝置等。

3 工藝流程

主要生產工序有：水質預處理、蒸發結晶分離、離心脫水系統、鍋爐供熱系統[7]。工藝流程（見圖1）如下：

圖1 多效蒸餾工藝流程圖

加熱生蒸汽由廠區鍋爐供給，壓力為0.55MPa，溫度為140℃左右飽和蒸汽通過減溫減壓后進入Ⅰ效蒸發罐加熱蒸汽，上一效二次蒸汽作為下一效的熱源，Ⅳ效二次蒸汽通過混合冷凝器冷凝，不凝氣用羅茨液環真空泵抽出。為了充分利用蒸汽冷凝后的余熱，采用閃發器，讓冷凝水在壓差作用下閃發出蒸汽，Ⅰ效冷凝水閃發的蒸汽接入Ⅱ效加熱室，Ⅱ效冷凝水閃發的蒸汽接入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入Ⅳ蒸發罐，另一部分經混合冷凝水預熱器預熱后一部分直接進入Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ效蒸發罐。即整個進料系統采用平流進料方式，確保運行平穩可靠。

結晶鹽漿由Ⅰ效蒸發罐轉排到Ⅱ效蒸發罐，Ⅱ效蒸發罐鹽漿轉排到Ⅲ效蒸發罐，Ⅲ效蒸發罐鹽漿轉排到末效蒸發罐集中排出系統，目的為降低排出系統的熱量，節能減排；鹽漿經離心脫水后暫儲于濕鹽儲斗待銷。

母液排放：極少量母液根據罐內含母液情況由Ⅰ效蒸發罐轉排到Ⅱ效蒸發罐，Ⅱ效蒸發罐鹽漿轉排到Ⅲ效蒸發罐，Ⅲ效蒸發罐鹽漿轉排到末效蒸發罐集中排出系統到母液儲桶，澄清后上清液再進入系統，固體拉運至固廢場進行處理。

4 真空制鹽技術在氣田水處理中的運用情況

為了緩解川西氣田高氯根地層水外排帶來的環保風險，經調研論證，2012年川西氣田首次將多真空制鹽技術引入高氯廢水處理領域，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2059.86萬元。2012年4月28日開始投料試車，截至2013年4月30日，共運行355d（檢維修13d），累計處理地層水94827.1m3，累計產鹽5325t；處理后的外排水氯根含量在200mg/L以內，且COD指標也控制在100mg/L以內。

圖2 地層水綜合利用站

4.1 設備運行情況及存在問題

地層水綜合利用站共擁有28臺泵機、4套蒸發循環罐、1臺5t/h天然氣蒸汽鍋爐、2臺活塞式退料離心機等。除部分泵機為一備一用外，其余設備均需全天24h不間斷運轉，加之設備長期接觸高溫、強腐蝕的高氯根地層水，設備銹蝕、泵機機封泄漏、軸承磨損、鍋爐燃燒機頭電磁閥失靈、鹽漿攪拌機損壞等情況屢屢發生。由于轉排鹽管徑過小，結晶鹽漿易在管道中堵塞，因此，解堵、維修設備成為前期運行的一個重要工作。

4.2 工藝改進情況及經驗總結

由于這是首次引用多效蒸餾工藝來處理氣田高氯根地層水，經驗匱乏。經過一年的現場試運行，不斷的摸索與總結經驗，經過一系列的整改后，目前在站場設備正常運轉的情況下穩定達到340m3/d的處理量。

（1）優化工藝流程，小改小革促進裝置完善。為了使站場工藝更貼近生產實際及降低環保風險，對不能滿足生產實際的工藝流程提出整改意見，據統計，前后整改優化工藝達50余次，主要整改的工藝如下：調整離心機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漿直接轉排至鹽漿儲桶管線，解決Ⅲ效固液比過高堵塞管道的問題；更改鹽漿泵上料管為45度直線，避免過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境污染。通過這些優化整改流程，為推廣氣田水真空制鹽積累了經驗。

（2）優化運行參數，實現裝置高效運行。技術人員經常加班加點，深入生產一線，不斷的摸索和總結經驗，最終提煉出“六穩定一暢通”的操作標準。“六穩定一暢通”指首效加熱室進汽壓力穩定、各效液位穩定、各效罐內固液比穩定、母液穩定、石膏晶種穩定、末效真空度穩定、轉排鹽暢通。自該操作標準指導生產以來，蒸餾系統裝置的地層水處理量從最初220m3/d提高到目前340m3/d左右，檢維修周期由半個月提高到一個月，檢修所需時間由2d縮短至1d，極大地提高了系統的生產時效，系統裝置得到高效運轉。現蒸汽壓力穩定在0.4～0.5MPa、液位控制在45%±5%、真空度穩定在-88kPa左右、罐內固液比保持在10%～15%、氯化鈣含量達60g/L才進行轉排。

5 效益分析

根據對2013年1～3月全成本分析（表1），經折算處理費用為72.99元/m3，而川西氣田高氯根地層水處理外排則費用平均在84.0元/m3，可看出，運用真空制鹽技術處理地層水成本比常規污水處理站具有經濟優勢，可節約污水處理成本；更為重要的是使處理后的水達到國家環保指標，降低環保風險，為川西氣田地層水處理開辟了新途徑；同時也展現中石化大型國有企業對社會、對環境保護負責任的態度。

6 結論

（1）就目前探索的處理方式中，真空制鹽技術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變成鹽，使處理后的外排水的氯根含量達標，且COD、懸浮物等指標也均能達標，大大緩解了川西氣田高氯根地層水外排面臨的環保隱患，實現氣田清潔生產。

（2）經過一年的運行，川西采氣廠目前已形成一套氣田水真空制鹽操作規范和相關制度、儲備真空制鹽領域技術人才，因此為推廣氣田水無害化處理打下堅實的基礎。

（3）由于站場所處理高氯廢水中含有部分Ca2+、Mg2+、泥砂、油污、懸浮物等雜質，而目前現場只有一個地層水收集池，既沒有藥劑攪拌裝置也沒有地層水沉降場所，不能有效去除水中雜質，以至雜質進入蒸發系統，造成蒸餾設備易堵易損、影響傳熱效果以及增加系統檢維修時間。為了更好地維護該站工藝設備，保證蒸發效果及產量，建議在蒸發系統前端增加水質預處理系統，配套相應水處理設備，對進站原水進行預處理。

表1 全成本分析明細表（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驗室研究[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].油氣田環境保護,2012,22(4):30-33.

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

[4]李書衛,趙水星.淺談真空制鹽節能技術[J].中國井礦鹽, 2005,36(3):40-41.

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

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

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

表2 臺效對比表

7 結論

（1）采用潛孔錘正循環鉆進時，應配備能在10～30r/min范圍內調速的機構。

（2）使用高壓潛孔錘鉆進，若孔深超過400m時，應配備增壓機增加風壓。

（3）下鉆后，當鉆頭接近孔底前，啟動空壓機沖孔，邊送風邊下放鉆具；當鉆頭距孔底0.2m時，開車回轉鉆具，聽到孔內沖擊聲后，即可逐步給壓鉆進。

（4）在鉆進過程中遇有風壓超限時，應及時提起鉆具(不停止回轉)，待緩解后方可繼續鉆進；否則，應及時提鉆檢查。

（5）在鉆進過程中若孔內背壓過大，潛孔錘停止工作，孔口不排屑時，可上下竄動鉆具，待排屑后，潛孔錘即可正常工作。

（6）穿過采空區后沖孔，確保將孔內巖屑吹至采空區內。

TS364

A

1004-5716(2015)12-0051-04

2014-12-22

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