新疆油田六九區(qū)稠油污水軟化工藝研究

唐麗

(克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆獨山子833600)

新疆油田六九區(qū)稠油污水軟化工藝研究

唐麗

(克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆獨山子833600)

采用油田污水離子調(diào)整旋流反應(yīng)法處理技術(shù)和配套處理工藝，使回用鍋爐的污水在污水站完全達(dá)到進(jìn)軟化器的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。新疆油田鍋爐軟化水工藝為各注汽站集中軟化，為了能極大利用已有設(shè)備，通過對新疆油田稠油污水特性的研究，認(rèn)為軟化工藝的確定、樹脂的選擇和水處理軟化工藝技術(shù)是擴大稠油污水回用鍋爐規(guī)模的關(guān)鍵。

新疆油田;污水;軟化工藝;樹脂的選擇

目前國內(nèi)外水的軟化主要有兩種方法，藥劑軟化和離子交換。對于稠油污水原水硬度較高，回用鍋爐要求又十分嚴(yán)格，常常這兩種方法都采用。藥劑軟化作為初級軟化處理，離子交換作為深度軟化處理。藥劑軟化目前常用石灰軟化，根據(jù)油田工藝不同分高溫軟化和中溫軟化。離子交換軟化主要依據(jù)TDS含量多少初步確定軟化工藝，選擇軟化采出水離子交換工藝應(yīng)取決于下列因素:鍋爐給水標(biāo)準(zhǔn)、采出水TDS濃度、采出水的硬度和堿度。新疆油田六九區(qū)稠油污水處理廠出水硬度較低，主要是污水處理工藝中已采用石灰軟化的工藝。為充分利用已有的設(shè)備，擴大稠油污水回用鍋爐規(guī)模，進(jìn)行了水質(zhì)軟化工藝實驗、離子交換樹脂的篩選和對水處理軟化工藝技術(shù)的優(yōu)化研究。

1 水質(zhì)軟化工藝試驗

1.1 軟化工藝試驗

為了探索六九區(qū)污水回用鍋爐的軟化工藝，2001年7月進(jìn)行了軟化工藝試驗和樹脂篩選。本次模擬試驗為兩級串聯(lián)強酸性離子交換，選擇耐溫、耐油型SST－60強酸性鈉離子交換樹脂，試驗水溫為50℃左右。試驗過程中選用了兩套軟化器，采用可并可串的連接方式。并聯(lián)時為一級軟化，串聯(lián)時則為兩級軟化。試驗結(jié)果見表1和表2。

表1 軟化器總硬度處理效果(一級軟化)

表2 軟化器總硬度處理效果(二級軟化)

從表1和表2中數(shù)據(jù)可看出，無論是一級還是兩級軟化，均具有良好的軟化效果，表明所選用的樹脂是合適的。這一結(jié)果還初步說明，該樹脂可以處理總?cè)芙夤腆w含量≤3 000 mg/L、同時含有不高于30 mg/L的溶解油及溶解性有機物但不含有浮油的稠油污水。所選軟化器及離子交換樹脂具有良好的處理效果，能夠滿足工藝要求。

1.2 克淺10注汽站回用鍋爐試驗

為確保六九區(qū)稠油污水回用鍋爐萬無一失，2001年12月至2002年8月在采油三廠克淺10注汽站進(jìn)行了回用鍋爐工程的前期試驗，歷時9個月，來水為91站的稠油污水，在采油三廠凈化后送往克淺10注汽站軟化，規(guī)模為2 000 m3/d。采出水處理工藝流程如下:

九區(qū)來水→1座400 m3接受罐→管道泵→1座120 m3反應(yīng)罐→2 000 m3斜板沉降罐(已建)→1座400 m3緩沖罐→2臺(1用1備)化工污水泵→2座Φ2 200纖維球過濾器→700 m3凈化水罐→2臺1用1備化工污水泵→3.2 km DN200鋼骨架管外輸克淺2#供熱站軟化→外排。

本試驗旨在考察處理系統(tǒng)和軟化系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在取得大量數(shù)據(jù)后，2002年9月才開始進(jìn)鍋爐試驗。表3為采油三廠各設(shè)備處理后水主要水質(zhì)指標(biāo)。

表3 采油三廠各設(shè)備處理后水主要水質(zhì)指標(biāo)

軟化采用兩級強酸樹脂，型號為SST－60，軟化設(shè)備未經(jīng)大的改造，幾乎利用原有的設(shè)備，進(jìn)克淺10軟化前污水的硬度80～150 mg/L，軟化出水的硬度為0 mg/L，滿足了鍋爐給水水質(zhì)要求，為六九區(qū)稠油污水二期工程打下了堅實的基礎(chǔ)。另外，稠油污水處理后污水中溶解氧的含量較低，常常接近0 mg/L，使除氧費用大大降低，由于選用的樹脂再生周期約為普通樹脂的2倍，軟化的費用也有所降低。

試驗4個月后，對爐體解剖檢查，在第1根爐管內(nèi)壁有褐色鐵銹狀沉淀，經(jīng)分析認(rèn)為是由于鍋爐水處理時采用海綿鐵除氧引起的，在改用亞硫酸鈉除氧后，這種沉淀得到了有效地控制。

2 耐高溫、高礦化度、含油污水強酸樹脂的篩選

2.1 離子交換樹脂的選擇

離子交換法是鍋爐給水處理中最常用的一種水質(zhì)處理方法，是利用離子交換樹脂把水中的Ca2+、Mg2+轉(zhuǎn)換成Na+，其它陰離子成份都保持不變。

在使用清水時，我們使用的是001－7強酸性樹脂，這種樹脂的優(yōu)點是價格便宜，用10%的食鹽水做再生液，在處理低礦化度、有機物含量不高、低水溫的清水中，表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性，缺點是交換容量小，在高礦化度的情況下，容易產(chǎn)生漏硬，抗污染能力弱、容易受油和有機物污染。

六九區(qū)回用污水雖然礦化度和堿度較高，但礦化度和堿度均在SY/T0097－2000注汽鍋爐給水標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，本文選擇耐溫、耐油型SST－60強酸性鈉離子交換樹脂，水處理仍采用二級Na離子交換工藝，原離子交換器工藝流程不變。

2.2 SST－60強酸性鈉離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)、性能特點

SST－60強酸性鈉離子交換樹脂一種具有特殊結(jié)構(gòu)、特殊官能團(tuán)的一種特殊級別的強酸性樹脂。SST－60強酸性鈉離子交換樹脂具有惰性區(qū)域，只有外部帶有功能基團(tuán)，通過薄殼技術(shù)的應(yīng)用減少擴散路徑。每顆樹脂外層所帶的功能團(tuán)的深度是一樣的，這樣可使再生劑更好地利用，再生效率高，因此就具有了工作交換容量高、泄漏低、除硬性能好等特點。SST－60強酸性鈉離子交換樹脂是一種采用特殊工藝進(jìn)行二次聚合反應(yīng)的聚合物，其一次聚合反應(yīng)生成中間的小球，它主要是采用英國專利生產(chǎn)的一種非苯乙烯和二乙烯苯的聚合物，它的主要作用是形成耐高溫、耐摩擦、耐壓力的骨架，使其具有耐高溫、耐摩擦、耐壓性能，從而克服了普通樹脂在高溫環(huán)境中的破碎、結(jié)塊、變形的特點。二次聚合反應(yīng)形成了外面的薄殼，其主要聚合反應(yīng)為苯乙烯和二乙烯苯的聚合物，從而形成了其主要的化學(xué)反應(yīng)區(qū)，同時由于引入不同的官能團(tuán)，又使其具有獨特的化學(xué)性質(zhì)，更好地完成了其化學(xué)反應(yīng)過程。因而SST－60強酸性鈉離子交換樹脂具有機械強度高，耐高溫、耐氧化性能好;再生率高，交換容量大、制水量大;無泄漏硬度，抗鐵污染、抗油污染性能優(yōu)越;運行費用低(相比弱酸離子交換工藝)，操作成本低等優(yōu)點。由于SST－60強酸性鈉離子交換樹脂獨特的結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)，使其在實際使用中能很好地完成水質(zhì)軟化過程，達(dá)到普通強酸性鈉離子交換樹脂達(dá)不到的效果。

2.3 SST－60強酸性鈉離子交換樹脂現(xiàn)場應(yīng)用情況

從2003年1月15日至今，通過近一年多的運行，SST－60強酸性鈉離子交換樹脂表現(xiàn)出良好的適應(yīng)能力，由于污水水質(zhì)的硬度較低和新選用的樹脂交換容量要比001－7強酸性樹脂大80%，鈉離子交換器的再生周期由原來的每運行8～12 h再生一次延長到每運行16～24 h再生一次。由于SST－60強酸性鈉離子交換樹脂具有螯合樹脂的性能，實現(xiàn)了在高礦化度情況下除鈣、鎂離子的徹底性，突破了國內(nèi)外普遍認(rèn)為的強酸性鈉離子交換樹脂在高礦化度、高氯根含量情況下很難將硬度控制在0.1 mg/L的觀點，經(jīng)過一年來的運行表明，只要按設(shè)定程序運行，離子交換器不會出現(xiàn)漏硬情況，因而SST－60強酸性鈉離子交換樹脂應(yīng)用于污水回用軟化水的處理是完全可行的，二級鈉離子交換工藝可以保證污水軟化的安全性和可靠性，具有較大的優(yōu)點。

另外SST－60強酸性鈉離子交換樹脂還具有反洗水易于沉降處理，經(jīng)過試驗證明:反沖洗水沉降10 min后懸浮物與水徹底分離，澄清水透光率大于80%。使用11個月以后，水處理運行十個月以來運行時間保持在18～30 h，樹脂顏色、破碎率與初裝時沒有多大的差異。

3 六九區(qū)軟化工藝優(yōu)化技術(shù)研究

3.1 離子交換器自壓流程與啟泵流程的設(shè)計

由于回用鍋爐污水從污水處理站到達(dá)離子交換器時仍有富裕壓力，因而在鈉離子交換器來水管線上設(shè)置一跨越泵流程，離子交換器根據(jù)來水壓力大小，可以選擇啟泵運行和不啟泵運行，從而可以達(dá)到節(jié)能的目的。

這種流程的設(shè)計增加了軟化裝置的適應(yīng)能力，在來水壓力滿足運行條件的情況下，污水直接進(jìn)入軟化器進(jìn)行再生，從而有效地利用了來水的水壓壓頭，達(dá)到節(jié)能降耗、優(yōu)化運行的目的。當(dāng)來水壓力不滿足軟化器運行要求時，可以選擇啟泵運行。同時還在來水管線上安裝一壓力報警開關(guān)，當(dāng)來水壓力高或者低時，提醒運行人員檢查設(shè)備運行情況。

3.2 管材與流程的合理設(shè)計

ABS管線曾因其優(yōu)良的抗腐蝕性而在鈉離子交換器上被廣泛使用，但耐熱性、耐候性差，易老化，尤其在使用污水后由于污水溫度較高，ABS管線在法蘭、三通等連接部位耐壓能力降低，易造成管線破裂、損壞電機等事故。因而在使用高溫污水時必須對軟化器外部管線進(jìn)行改造，考慮到污水礦化度高、氯離子含量高，選擇1Cr18Ni9Ti不銹鋼對外部管線進(jìn)行了更換。同時在更換管線過程中，針對原離子交換器3個氣動閥安裝位置不合理、維修檢查不便的情況，我們對原鈉離子交換器的管線的走向和氣動閥的安裝位置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，將3個氣動閥進(jìn)行了重新布置，方便了維修操作，最終整定值如表4。

表4 參數(shù)整定表

經(jīng)過11個月的回用鍋爐試驗運行，全面證實了利用強酸性樹脂可以使使稠油污水回用注汽鍋爐水質(zhì)達(dá)標(biāo)，而且比使用清水具有更好的運行效果、更長的運行時間和更少的運行費用，如表5所示。

表5 軟化器使用污水與清水對比

4 結(jié)論

1)耐溫、耐油型SST－60強酸性鈉離子交換樹脂表現(xiàn)出良好的適應(yīng)能力，應(yīng)用于污水回用軟化水的處理是完全可行的，二級鈉離子交換工藝可以保證污水軟化的安全性和可靠性。

2)改造后流程的設(shè)計增加了軟化裝置的適應(yīng)能力。

3)水處理工藝技術(shù)優(yōu)化，對污水回用鍋爐給水處理的合理工藝、離子樹脂的合理選擇和適應(yīng)性、軟化器和除氧系統(tǒng)的運行工藝和參數(shù)做出了優(yōu)化選擇，保證了污水回用注汽鍋爐水質(zhì)的合格和水處理裝置的經(jīng)濟運行，為稠油污水回用鍋爐軟化和除氧技術(shù)提供了可靠依據(jù)，為擴大稠油污水回用鍋爐規(guī)模提供了可靠保證。

［1］趙福鱗.鉆井液工藝學(xué)［M］.北京:石油大學(xué)出版社，2000.

［2］鄭曉宇.油田化學(xué)品［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

［3］李化民，蘇顯舉.油田含油污水處理［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1994.

Water Softening Process of Heavy Oil in Sixty-Nine Area in Xinjiang Oilfield

TANG Li
(Karamay Vocational College，Dushanzi 833600，Xinjiang，China)

After adjusting the treatment technology of the cyclone response of oilfield wastewater and its supporting treatment process，the reuse of sewage in the boilers of the sewage station can meet the standards of water quality before entering the softener.The technology of boiler softening water of Xinjiang Oilfield provides softening for steam stations.In order to make a better use of the existing equipment，the key point is to determine the softening process，select the resin and optimize the water softening technology through careful study of sewage features of heavy oil.

Xinjiang Oilfield;wastewater;softening process;resin selection

TE345

B

1008-9446(2011)01-0017-04

2010-11-15

唐麗(1965－)，女，上海嘉定人，克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，主要從事油田化學(xué)及鉆井液技術(shù)研究。