高含硅稠油污水不除硅回用熱注鍋爐技術(shù)應(yīng)用

劉冰文莉姜平峰 楊景 龍 馮 會(huì) 忠

（1.遼河油田歡喜嶺采油廠集輸大隊(duì)；2.大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠）

高含硅稠油污水不除硅回用熱注鍋爐技術(shù)應(yīng)用

劉冰1文莉2姜平峰1楊景 龍1馮 會(huì) 忠1

（1.遼河油田歡喜嶺采油廠集輸大隊(duì)；2.大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠）

高含硅稠油污水不除硅技術(shù)是在國內(nèi)外沒有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒的情況下，技術(shù)人員創(chuàng)新科研工作思維，反復(fù)試驗(yàn)論證實(shí)施的。該技術(shù)的應(yīng)用大幅提升了稠油污水深度處理行業(yè)的技術(shù)水平，形成新的污水回用鍋爐工藝流程和新的高含硅稠油污水回用鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。未來遼河油田可節(jié)約新建污水深度處理站投資 15%以上，年減排污泥能力大大增強(qiáng)，對油田節(jié)能減排和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有重大意義。

稠油污水 除硅 鍋爐水質(zhì)

歡喜嶺采油廠歡四聯(lián)污水深度處理站主要負(fù)責(zé)稠油污水深度處理工作，處理后的合格水供齊40區(qū)塊的熱注鍋爐使用。整個(gè)污水處理系統(tǒng)由三部分組成：除油、懸浮物，除硅，過濾軟化。7年來該站在除硅工藝系統(tǒng)中暴露了諸多問題，生產(chǎn)管理難度日漸增加，處理成本居高不下。通過技術(shù)人員反復(fù)論證及現(xiàn)場中試，截至 2011 年底已累計(jì)節(jié)省費(fèi)用 638.43 萬 元 ， 減 排 污 泥 8× 104t，取得了 良 好 的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。

1 問題分析

歡四聯(lián)污水深度處理站設(shè)計(jì)污水處理能力為18000m3/d，日產(chǎn)水量 約 17000m3。 處理 后污水回用注汽鍋爐，高含硅稠油污水硅含量達(dá) 170～350 mg/L，為保證出水達(dá)到鍋爐用水指標(biāo)，采取除硅工藝，實(shí)現(xiàn)了硅含量達(dá) 100mg/L 以下。運(yùn)行中除硅工藝系統(tǒng)逐漸暴露出以下問題。

1.1除硅系統(tǒng)硅泥量大

由 于 除 硅 系 統(tǒng) 加 藥 量 大 （3000 × 10-6以 上），加藥種類多，僅除硅系統(tǒng)日加藥量已高達(dá) 26t，因此，后續(xù)系統(tǒng)產(chǎn)生的硅泥量大，日排放污泥約 500 t，且水質(zhì)性質(zhì)發(fā)生變化 （pH 由 7上升至 8左右）。

1.2除硅運(yùn)行成本高

由于除硅工藝中的藥劑費(fèi)用高，除硅系統(tǒng)中使用的4種藥劑（除硅劑、消泡劑、阻垢劑、離心機(jī)凈水劑Ⅳ），約占污水站藥劑成本的 72.7%，占污水處理 總成本 的 50%以上 ，每年 的藥 劑費(fèi)用 約為1800 萬元，除硅工藝成本一項(xiàng)高達(dá) 2.71 元/m3。

1.3系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重

除硅工藝藥劑的大量使用直接導(dǎo)致污水處理后續(xù)過濾和軟化系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重，設(shè)備維護(hù)成本及管理難度加大，進(jìn)一步增加了后期處理成本，影響系統(tǒng)運(yùn)行效率。

2 試驗(yàn)部分

2.1試驗(yàn)依據(jù)

只要將二價(jià)/三價(jià)結(jié)垢離子 （如鈣、鎂、鐵等）濃 度 控 制 足 夠 低 （＜20×10-9）， 其 結(jié) 垢 影 響 因子僅 為 3.5， 遠(yuǎn)遠(yuǎn) 低于硬度較高情 況.因此 ，高 含硅稠油污水回用鍋爐的關(guān)鍵是將微量二價(jià)/三價(jià)結(jié)垢離子深度去除， 控制在 20×10-9之內(nèi)， 而通過采用螯合樹脂可以將微量二價(jià)/三價(jià)結(jié)垢離子控制在 20 ×10-9之 內(nèi)[1]。

2.2中試過程

2010年 3月，開展了高含硅污水不除硅回用熱注鍋爐中試試驗(yàn)。采用 21#（不除硅）、42#（除硅）2臺(tái)鍋爐進(jìn)行對比試驗(yàn)，工藝流程在老流程基礎(chǔ)上取消除硅池，將二級軟化樹脂更換成新型螯合樹脂，通過監(jiān)測鍋爐參數(shù)、檢測水質(zhì)指標(biāo)，割管對比結(jié)垢情況。試驗(yàn)分兩個(gè)階段進(jìn)行：第一階段 （2010年5月2日—2010年6月29日）計(jì)劃注汽10000m3/臺(tái) ，實(shí)際注汽 11374m3/臺(tái) ； 第二階 段 （2010 年 7 月 10 日—2011 年 5 月 6 日）計(jì)劃注汽 50000m3/臺(tái)，實(shí)際注汽 56996.4m3/臺(tái) （21#鍋爐）、57020.6m3/臺(tái) （42#鍋爐）。經(jīng)監(jiān)測，外輸污水含油量全部合格， 基本都小 于 1.2mg/L； 外 輸 污 水 含 懸 浮 物 均 小 于 3.55mg/ L；不除 硅 污水中 二 氧化硅 含 量在 170～350mg/L 之間；除硅污水中二氧化硅含量在 100mg/L 左右。第二階段總體效果好于第一階段，螯合樹脂處理效果略好，螯合樹脂處理后水質(zhì)硬度低，軟化A罐螯合樹脂 （IRC747）處理效果略好。運(yùn)行過程中蒸汽干度比較平穩(wěn)，在75%左右。爐管第二階段比第一階段有明顯結(jié)垢，且不除硅比除硅結(jié)垢略重， 21#不除硅結(jié)垢程度略重，但不除硅垢樣較除硅垢樣疏松。

2.3中試結(jié)果

割管對比表明，第一、第二2個(gè)階段除硅與不除硅均引起鍋爐不同程度結(jié)垢，但第一階段程度較輕，且兩者區(qū)別不明顯；第二階段結(jié)垢程度較為明顯，不除硅鍋爐結(jié)垢程度略重，但垢物較疏松，爐管結(jié)垢在正常范圍之內(nèi)。水質(zhì)分析表明，其出水水質(zhì)完全達(dá)到熱注鍋爐的給水指標(biāo)，含油及雜質(zhì)等指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

高含硅污水不除硅工藝處理水質(zhì)能夠滿足熱注鍋爐需求，但不除硅比除硅結(jié)垢略重，只要采取適當(dāng)措施和加強(qiáng)對鍋爐爐管清洗的管理是完全可以實(shí)現(xiàn)污水回用鍋爐的安全運(yùn)行。

3 技術(shù)應(yīng)用

3.1不除硅工藝流程改造

結(jié)合污水站實(shí)際，將不除硅工藝系統(tǒng)流程進(jìn)行了改造，將浮選機(jī)出水直接進(jìn)污水池加壓分流，再分別進(jìn)入原A、B兩個(gè)除硅系統(tǒng)的過濾吸水池，省略中間的澄清池和除硅沉淀池，現(xiàn)場具備直接跨越流程，不用進(jìn)行改造。二級軟化樹脂暫時(shí)保留現(xiàn)有大孔弱 酸 樹 脂[2]。

3.2不除硅生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化情況

隨著污水處理工藝流程的改變，根據(jù)現(xiàn)場具體情況，污水站對部分加藥量及措施等進(jìn)行了調(diào)整。

3.2.1 機(jī)泵運(yùn)行及加藥情況

不除硅期間停運(yùn)各類設(shè)備58臺(tái)，污水處理系統(tǒng)停止添加除硅劑A、B、C、D劑，消泡劑、阻垢劑、離心機(jī)凈水劑Ⅳ。

3.2.2 調(diào)整雙濾料、多介質(zhì)過濾罐濾料更換周期

由于不除硅期間雙濾料過濾罐反洗周期由15h 1次降為25h1次，多介質(zhì)過濾罐反洗周期由24h1次降至 28h1次。計(jì)劃將雙濾料使用周期由 9個(gè)月更換一次更改為1年更換一次，多介質(zhì)濾料更換周期 2.5 年更換 1 次周期不變。

3.3嚴(yán)格執(zhí)行注汽鍋爐日常管理、注汽鍋爐爐管清洗方案

針對含硅量升高對熱注鍋爐影響的試驗(yàn)結(jié)果，采油廠重新制定了注汽鍋爐日常管理及注汽鍋爐爐管清洗方案。

1）輸水管網(wǎng)、儲(chǔ)水罐內(nèi)壁防腐處理；

2）污水站水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)每天定期監(jiān)測硅、油等參數(shù)；

3）污水 站每小時(shí) 1 次水質(zhì)硬 度化驗(yàn)，避 免漏硬；

4）定期對供水管網(wǎng)進(jìn)行巡檢；

5）每 800～1000h 進(jìn)行爐膛檢修和清掃，檢測爐管有無鼓包、變形、減薄現(xiàn)象，爐卡、螺絲有無脫碳、減薄現(xiàn)象；

6）每次停爐要對干度取樣管線沖洗，避免水垢堵塞取樣管；

7）嚴(yán)格執(zhí)行蒸汽溫度高預(yù)報(bào)警制度，避免蒸汽過熱而爆管；

8）定期檢查柱塞泵出口至蒸汽出口、對流段及輻射段出入口壓差，發(fā)現(xiàn)異常升高及時(shí)停爐檢測，避免結(jié)垢導(dǎo)致爐管過熱；

9）執(zhí) 行油田 專用 濕 蒸汽 發(fā)生器 安全規(guī) 定 SY/T 5854—2005 中化學(xué)清洗標(biāo)準(zhǔn)：結(jié)垢厚度＞1mm，覆蓋率＞80%，進(jìn)行清洗，制定爐管清洗管理制度如下：

◇ 11.2T 爐 每發(fā)生 60000m3蒸汽 量 ， 22.5T 爐 每發(fā)生 130000m3蒸汽量，根據(jù)結(jié)垢情況對爐管清洗一次，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步摸索合理化清洗周期；

◇鹽酸不能夠清洗由奧氏體鋼制造的設(shè)備（例如亞臨界壓和超臨界壓鍋爐），氯離子能使奧氏體鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕；

◇爐管清洗時(shí)汽水分離器單獨(dú)清洗，避免水垢在其內(nèi)沉淀堵塞干度取樣管線。

4 應(yīng)用效果

污水站經(jīng)過5個(gè)月的停除硅運(yùn)行，各項(xiàng)污水水質(zhì)指標(biāo)平穩(wěn)，鍋爐基本沒有出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，證明試驗(yàn)技術(shù)原理可行。停運(yùn)前后去熱注鍋爐的水質(zhì)指標(biāo)對比情況見表1。

表1 污水水質(zhì)指標(biāo)對比

5 效益分析

將 2011 年 8 月 1 日—12 月 31 日不除硅期間與2011年 1月 1日—7月 31 日除硅期間費(fèi)用對比，計(jì)算 2011年 8月 1日—12月31日獲得的經(jīng)濟(jì)效益。

1）污水處理費(fèi)

停 除 硅 后， 污 水 處 理 單 價(jià) 由 6.55 元/m3下 降 到3.84 元/m3（含稅價(jià)）。

節(jié) 省 處 理 費(fèi) W1= （6.55-3.84）× 200.37= 543.00 （萬元）

2）電費(fèi)

1—7 月份耗電量為 444.8132×104kWh，月均耗電量 63.5447×104kWh。

8—12 月 份 耗 電 量 為 260.825× 104kWh， 月 均耗電量 52.165×104kWh。

式中： W2 ——2011 年 8—12 月節(jié)省的電費(fèi)；

R1 ——電費(fèi)單價(jià) 0.6277 元/kWh。

3）水費(fèi)

1—7 月 份 除 硅 系 統(tǒng) 耗 水 量 為 7.4065× 104m3，月均耗水量 1.0581×104m3。

式中： W3 ——2011年 8—12月節(jié)省的水費(fèi)；

R2 ——水費(fèi)單價(jià) 2.78 元/m3。

4）硅泥費(fèi)

6 結(jié)論

通過管理人員與技術(shù)人員的共同努力，歡四聯(lián)污水站精細(xì)污水不除硅技術(shù)應(yīng)用獲得了巨大成功，經(jīng)濟(jì)效益顯著。在后續(xù)的成果鞏固階段，將繼續(xù)密切監(jiān)視污水水質(zhì)指標(biāo)變化情況及熱注鍋爐的運(yùn)行狀況，開展pH值及對結(jié)垢影響的試驗(yàn)，為該技術(shù)在行業(yè)的全面推廣做出貢獻(xiàn)。

[1]王連生,古建國,王文忠,等.稠油采油污水回用于熱采鍋 爐 用 水 的 研 究[J].城 市 環(huán) 境 與 城 市 生 態(tài),2002,15 (3):59-61.

[2]鄒啟賢,陸正禹.油田廢水處理綜述[J].工業(yè)水處理, 2001,21(8):1-3.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.002.007

2012-09-05）

劉冰，2008 年畢業(yè)于中國石油大學(xué) （華東）（油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)），從事集輸節(jié)能管理工作，E-mail：24755836@qq.com，地址：遼河油田歡喜嶺采油廠集輸大隊(duì)，124114。