胜利油田污水脱盐技术现场试验研究

王英伟 谷梅霞 边 江 杨朋辉.中石化石油工程设计有限公司, 山东 东营 5706；.中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院, 山东 青岛 66580；.山东同圆设计集团有限公司, 山东 济南 50000

胜利油田污水脱盐技术现场试验研究

王英伟1谷梅霞1边 江2杨朋辉3
1.中石化石油工程设计有限公司, 山东 东营 257026；2.中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院, 山东 青岛 266580；3.山东同圆设计集团有限公司, 山东 济南 250000

为探究胜利油田污水脱盐处理采用多效蒸发技术(MEE)和机械压缩蒸发技术(MVC)的可行性,对胜利油田高矿化度油田污水脱盐进行了现场试验研究,通过对处理后的水样进行化验,分析处理后水质是否达到注汽锅炉用水水质标准。结果表明：多效蒸发技术处理后,污水中可溶性固体(矿化度)可降至1 000 mg/L以下,油含量、总铁、总硬度、总碱度、矿化度能够达到注汽锅炉用水水质标准；机械压缩蒸发技术处理后,污水的矿化度可降至20 mg/L以下,水中盐分去除较彻底,各项指标均能达到注汽锅炉用水水质标准,该项技术适用于胜利油田污水脱盐。

油田污水；脱盐；热法；多效蒸发；机械压缩蒸发

0 前言

胜利油田污水属高盐污水,其资源化回用的关键是脱盐。目前工业应用较为成熟的油田污水脱盐技术主要有膜法和热法(即膜分离法和蒸馏法)[1-5]。膜法脱盐技术目前国内主要应用在海水淡化、医药、食品、纺织、炼油化工等领域,该方法脱盐多采用“超滤+纳滤/反渗透”为核心的双膜处理工艺,但双膜处理工艺对污水预处理要求高、膜耐油性能差、工艺运行稳定性差,目前这些缺点尚未很好地解决,限制了其在油田污水脱盐处理方面的应用。而热法脱盐技术对污水预处理要求低,国内外研究或应用比较成熟的有多效蒸发和机械压缩蒸发技术[6-7],多效蒸发技术(MEE)多应用于石油、化工、制药、海水淡化等领域；机械压缩蒸发技术(MVC)在国外油田污水脱盐处理工程已经推广应用,但国内研究较少。本文利用热法脱盐技术对胜利油田高矿化度油田污水进行了现场试验研究,探讨了多效蒸发技术和机械压缩蒸发技术在胜利油田污水处理的可行性。

1 工作原理

多效蒸发技术的基本原理[8-9]：蒸汽与进料污水发生热交换,经过多次蒸发和冷凝,后一效蒸发器的操作压力和溶液的沸点均较前一效蒸发器低,使前一效蒸发器引出的二次蒸汽作为后一效蒸发器的加热蒸汽,且后一效蒸发器的加热室成为前一效蒸发器的冷却器,得到多倍于蒸汽量的蒸馏水。多效蒸发技术是热法脱盐技术中最节能的方法之一,优点在于可以重复利用热能、提高造水比,但存在设备结垢严重的缺点。多效蒸发技术基本原理见图1。

机械压缩蒸发技术的基本原理[10]：盐水预热后引入蒸发器进行内部蒸发,蒸发过程产生的(二次)蒸汽通过压缩机压缩增压升温,形成过热蒸汽作为热源供污水蒸发装置使用,蒸汽压缩冷凝后可使冷却水中的有害成分得到浓缩排放,并使冷凝液作为循环水和锅炉补充水返回系统,同时将蒸汽从低能量转化为高能量用于后续装置的加热。系统启动后仅需消耗电能,机械压缩蒸发器的工作过程同机械压缩式热泵。机械压缩蒸发技术基本原理见图2。

图2 机械压缩蒸发技术基本原理

2 应用现状

多效蒸发技术在污水回用处理方面,国内曾有利用该技术对环氧丙烷皂化废水等化工废水回收化工原料以及回用蒸馏水的工程实例,但该技术在油田污水处理方面的应用未曾报道过。

通过调研可以看出,多效蒸发技术和机械压缩蒸发技术是目前较先进的脱盐技术,两种技术有各自的优缺点和适用条件。机械压缩蒸发技术适用于各种工况,除盐、除硬较彻底,处理后污水可直接进入锅炉,但目前国内尚无适合大规模应用的蒸汽压缩机,需要引进,投资高；多效蒸发技术成熟,但存在设备结垢问题,需要利用蒸汽热源,在有可用蒸汽源的情况下更经济可行。目前国外机械压缩蒸馏装置已推广150套,国内主要以多效蒸发技术为主。总体上讲,两种技术处理后均适用于油田污水脱盐,但投资和处理成本偏高。

3 现场试验

胜利油田分别对多效蒸发技术和机械压缩蒸发技术应用于高矿化度油田污水脱盐进行了现场试验研究,探究两种技术的应用可行性。

3.1 多效蒸发技术

图3 滨南稠油首站试验现场

表1 多效蒸发技术试验结果 mg/L

由表1可知,通过多效蒸发技术处理后,污水中可溶性固体(矿化度)可降至1 000 mg/L以下,完全达标,其余参数除溶解氧与悬浮物含量外均能达到注汽锅炉用水水质标准。说明该技术在胜利油田污水脱盐方面有较大实用价值。

3.2 机械压缩蒸发技术

在胜利油田选取孤五、孤六和垦西具有代表性的3个污水水样,运往美国RCC 实验室进行机械压缩蒸发技术实验,研究机械压缩蒸发技术在胜利油田的应用可行性。实验结果见表2。

由表2可知,通过机械压缩蒸发技术处理后,污水中可溶性固体(矿化度)可降至20 mg/L以下,水中盐分去除较彻底,处理后水质达到注汽锅炉用水水质标准。可见,机械压缩蒸发技术在胜利油田污水脱盐方面应用前景较大。

表2 机械压缩蒸发技术实验结果 mg/L

4 结论

胜利油田率先针对油田污水脱盐开展了多效蒸发技术现场试验和机械压缩蒸发技术实验室研究,结果表明：

1)多效蒸发技术处理后,污水中可溶性固体(矿化度)可降至1 000 mg/L以下,油含量、总铁、总硬度、总碱度、矿化度能够达到注汽锅炉用水水质标准。

2)机械压缩蒸发技术处理后,污水的矿化度可降至20 mg/L以下,水中盐分去除较彻底,各项指标均能达到注汽锅炉用水水质标准,适用于胜利油田污水脱盐。

3)机械压缩蒸发技术适用于各种工况,除盐、除硬较彻底,处理后污水可直接进入锅炉,但目前国内还没有适合大规模应用的蒸汽压缩机,需要引进,投资高；多效蒸发技术成熟,但存在设备结垢问题,且需要利用蒸汽热源,因此在有可用蒸汽源的情况下更经济可行。

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2015-03-27

王英伟(1982-),男,山东单县人,工程师,学士,主要从事油气田地面工程技术研究。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.04.020