百口泉區塊稠油污水回用處理工藝設計

馬少華，張珊珊，周 娟

（1.陜西國防工業職業技術學院，陜西 西安 710300；2.西安博今科技發展有限公司，陜西 西安 710065；3.延長油田股份有限公司，陜西 延安 716000）

百口泉區塊的稠油儲量豐富，而稠油高粘度、高密度的性質使得其開采具有較大的難度。稠油開采多采用熱采（蒸汽吞吐）方式進行，因此，稠油開采過程中需要消耗大量的淡水資源。稠油污水具有礦化度低（3000～5000mg·L-1）、溫度高（70～80℃）的特點，因此，采用合適的工藝手段將稠油污水進行處理后回用熱采鍋爐，可節約大量的淡水資源，同時還可充分利用污水的熱能，減少熱采鍋爐燃煤的消耗，具有好的環境效益和經濟效益。本文對稠油污水處理工藝進行了設計，對相關構筑物和設備進行了設計計算與選型，使處理后水達到了熱采鍋爐進水水質標準。

1 稠油污水水質及特點

1.1 百口泉區塊稠油污水原水水質

稠油污水原水主要水質見表1。

表1 百口泉稠油污水水質分析Tab.1 Water quality analysis of Baikouquan Heavy Oil Sewage

1.2 稠油污水特點

（1）油水密度差小 水中稠油密度高，平均為900kg·m3，造成原油與水的密度差小。

（2）溫度較高 采用蒸汽吞吐進行稠油開采，產出液的溫度高，因此，稠油污水的溫度也高，可達到60～80℃。

（3）乳化嚴重，粘度大 稠油中含大量膠質和瀝青質，具有天然乳化劑性質，且具有較大的粘滯性，特別在水溫低時更顯著，使得水中油粒凝聚困難。

（4）成分復雜和多變 整個稠油生產過程中要添加各種化學藥劑，這是造成稠油污水成分復雜的原因，再加上開采區塊的油品性質、開采工藝、集輸、脫水工藝的不同，生產中所加的各種化學藥劑的變化也會引起水質的波動[1]。

由以上特點可知，稠油污水是一種水質比較復雜的污水，與稀油產出污水相比，稠油污水處理難度較大，常規處理工藝不能完全滿足回用要求。

2 熱采鍋爐給水水質標準

熱采鍋爐給水水質標準見表2[2]。

表2 熱采鍋爐給水水質標準Tab.2 Thermal recovery boiler feed water quality standards

比較百口泉稠油污水水質和熱采鍋爐給水水質標準可知，要將稠油污水處理后用作熱采鍋爐進水，主要應使污水中的油、懸浮物、硬度、SiO2和溶解氧達標。

3 處理工藝流程

本設計所選用的處理工藝流程見圖1。

圖1 百口泉稠油污水回用熱采鍋爐處理工藝流程Fig.1 The thermal recovery boiler process flow of Baikouquan heavy oil sewage

流程說明：稠油采出液經過油水分離后直接進入除油罐，在除油罐的進口投加反向破乳劑，充分破乳后進行油、水和大顆粒懸浮體的分離。除油罐出水經1＃提升泵提升后進入反應器，與投加的pH調節劑、絮凝劑、助凝劑和鎂劑充分混合反應，所生成的絮體、硅酸鎂和吸附有SiO2的氫氧化鎂膠粒隨污水進入混凝沉降罐，去除懸浮顆粒和SiO2硅。出水進入增壓罐并經增壓泵增壓后先后進入粗過濾器和精細過濾器，以便進一步去除細小懸浮物和油，出水經2＃提升泵提升后進入強酸性陽離子軟化器將硬度降到0.1mg·L-1以下，出水進入離子交換除氧器除氧后進入熱采鍋爐。

4 主要處理工藝

4.1 除油

重力除油一直是國內外含油污水處理首選的初級除油設施，其效率高，運行穩定。本設計選用立式重力除油罐兩座（并聯運行）進行除油。通過計算知：污水在除油罐的停留時間為6h，罐體為1000m3的鋼制拱頂罐（直徑為11.5m，罐壁高度為11.5m）兩座。污油從除油罐頂部經固定堰溢流至污油箱，底部污泥靠重力流入污泥池。

4.2 除硅

除硅方法有化學除硅（石灰除硅和鎂劑除硅）和離子交換除硅。由于硅酸根的交換能力較弱，而百口泉稠油污水中陰離子（如等）含量較高，很容易造成陰離子交換樹脂失效。因此，百口泉稠油污水除硅選擇鎂劑除硅。根據百口泉稠油污水中SiO2的含量和鎂劑的性質，計算所需純度為96%，濃度為20%，密度為1000kg·m-3的鎂劑用量為 21m3·d-1。

4.3 混凝沉降

污水在反應器中形成的硅酸鎂、吸附有二氧化硅的氫氧化鎂膠粒和絮體在混凝沉降罐中充分沉降，去除大部分懸浮物，進一步提高油的去除率。根據中原油田文一污水處理站的運行經驗并通過計算知：停留時間為5.4h，罐體為1000m3的鋼制拱頂標準罐（罐壁直徑為11.5m，罐壁高度為10.3m）兩座。

4.4 過濾

污水經除油、加藥絮凝除硅處理后進入粗過濾器，進一步去除油和懸浮物。核桃殼濾料具有較好的除油和截污特性。本設計采用YGL100/0.6-2型核桃殼過濾器，濾后水含油≤10mg·L-1，懸浮物含量≤5mg·L-1。污水經粗過濾后，進入WXGL-2400Y/0.6A精細過濾器進行精細過濾，濾后水含油≤2mg·L-1，懸浮物≤1.5mg·L-1，最終達到了熱采鍋爐給水水質標準對含油和懸浮物的要求。

4.5 軟化

軟化方法有熱力軟化、藥劑軟化和離子交換軟化。

（1）熱力軟化 該法只能將水中的碳酸鹽硬度去除，不能去除水中的非碳酸鹽硬度。經這樣處理過的水不能滿足鍋爐用水質量的要求，且該方法用蒸汽加熱，耗能大，經濟性差，一般很少采用。

（2）藥劑軟化 該法操作人員勞動強度大，勞動條件差，并會發生由于處理藥劑純度低而帶來的設備堵塞或磨損問題。

（3）離子交換軟化 該法處理效果好、操作穩定可靠、運行費用低，是最有前途的一種軟化方式。

根據上述方法特點及百口泉稠油污水水質特征，本設計選用離子交換軟化法來去除水中的硬度，選擇稠油污水離子交換軟化工藝的一般原則見表3[3]。

表3 選擇離子交換軟化工藝的原則Tab.3 The principle of selection on ion exchange softening process

由表3可知，對于總礦化度小于2000mg·L-1、硬度小于100mg·L-1的含油污水，采用強酸性苯乙烯系鈉型陽離子交換樹脂-001×7[4]單層固定床來去除水中的硬度，可達到熱采鍋爐給水水質指標。樹脂飽和后采用4%～10%的NaCl順流再生。根據水量、水質及離子交換樹脂工作容量計算結果，設計中選用5臺軟化器（4用1備），軟化器直徑2.0m，裝填高度3.0m。

4.6 除氧

溶解氧容易引起鍋爐及金屬管線的電化學腐蝕，因此，鍋爐給水除氧是保證鍋爐安全運行，延長鍋爐壽命的關鍵。除氧方法有真空除氧、熱力除氧、化學除氧和離子交換除氧等。通過各種除氧方法特點的比較，選用Y-12-06磺化銅肼絡合型樹脂作為除氧樹脂，采用單層固定床進行溶解氧的去除。根據水量、水質及氧化還原樹脂工作容量計算結果，設計中選用5臺除氧器（4用1備），除氧器直徑2.8 m，裝填高度1.4m。經除氧處理后，出水中溶解氧可達到熱采鍋爐給水水質指標。樹脂飽和后采用水合肼N2H4順流再生。

5 處理構筑物及輔助設備一覽表

處理構筑物及其它輔助設備見表4。

表4 處理設備一覽表Fig.4 List of processing equipment

6 結論

本設計通過百口泉稠油污水水質與熱采鍋爐給水水質標準的對比選定處理對象，主要對稠油污水中的油、懸浮物、SiO2、硬度和溶解氧進行了處理工藝設計。在借鑒國內外稠油污水回用處理工藝的基礎上，最終選擇了適合百口泉稠油污水回用熱采鍋爐處理的工藝流程，并對主要的處理構筑物及輔助設備進行了設計與選型，使處理后水中的油、懸浮物、SiO2硅、硬度和溶解氧含量分別降低到2、2、50、0.1和 0.05 mg·L-1，達到了熱采鍋爐給水水質標準。

［1］陳家慶.石油石化工業環保技術概論［M］.北京：中國石化出版社，2005.

［2］馮永訓.油田采出水處理設計手冊［M］.北京：中國石化出版社，2005.

［3］李金林.稠油采出水回用熱采鍋爐供水的處理工藝設計［J］.環境保護科學，2004，30（1）：41-44.

［4］何鐵林.水處理化學品手冊［M］.北京：化學工業出版社，2000.