鹽泥注井改造運行總結

常 勝，張軍鋒，徐錦程，魏自強

（陜西北元化工集團股份有限公司，陜西榆林）

陜西北元化工集團股份有限公司 （以下簡稱“北元化工”）135 萬t/a 原鹽及采輸鹵項目是公司100 萬t/a 聚氯乙烯循環綜合利用項目的配套工程，鹵水中含有水不溶物（俗稱鹽泥），隨著生產規模的不斷擴大，地下溶腔不斷擴大，鹽泥量也不斷增加。因鹽泥中氯離子含量過高，水泥生產裝置無法直接利用，給公司處置鹽泥增加了難度，嚴重制約公司的清潔生產工作。 鹽泥是行業治理的難題，也是環保關注的重點，需回收利用實現環保生產。

1 鹽泥的產生及處理

北元化工依托本地區煤炭、巖鹽、電石等資源優勢，形成了獨具特色的循環產業鏈。 2015年4月起實現全鹵制堿， 由于陜北巖鹽屬于高石膏性礦藏，鹵水中鈣離子含量均值可達到1.5 g/L，在鹵水精制過程中會產生大量碳酸鈣，鹽泥產量大。 一次鹽水精制采用預處理器+凱膜過濾器工藝， 具體流程如下。

1.1 一次鹽水生產工藝

采鹵裝置開采的合格鹵水經過輸鹵泵送至鹵水換熱器，與電解返回的脫氯淡鹽水換熱升溫后送至氨吹除塔。 經過氨吹除塔除去無機銨的鹵水進入化鹽水罐，通過化鹽水換熱器進一步換熱后，經過2 號折流槽加入氫氧化鈉后送至粗鹽水池，粗鹽水在攪拌作用下使鹽水中的鎂離子與氫氧化鈉完全反應，通過加壓泵加壓后送入氣水混合器，溶入一定量空氣后加入三氯化鐵，通過預處理器沉降作用除去氫氧化鎂及機械雜質。 除鎂后的粗鹽水進入反應槽，加入適量碳酸鈉，通過攪拌除去粗鹽水中鈣離子后自流進入緩沖罐。 緩沖罐出口連接凱膜過濾器，通過自壓過濾后的鹽水在進入3 號折流槽前加入亞硫酸鈉，通過折流槽充分混合除去鹽水中游離氯后進入一次鹽水儲罐，供二次鹽水及電解使用。 工藝流程圖見圖1。

圖1 一次鹽水工藝流程圖

1.2 鹽泥的來源及處理流程

鹽泥主要來自于一次鹽水精制過程中的預處理器上下排泥、 凱膜過濾器排渣和反應槽的排泥。目前，在鹵水生產過程中產生的鹽泥液通過化工分公司采鹵裝置一、 二期一次鹽泥泵打入壓濾機，壓濾后的清液進入濾液罐，用濾液泵輸送至化鹽水儲槽回收利用，壓濾后的鹽泥（濾餅）外運處理，一、二期一次鹽水每月產生鹽泥約3460 t，鹽泥處置費用為20.37 元/t， 每年約845762.4 元， 不僅處置費用高，而且環保風險較大。 為此，提出了鹽泥注井改造的環保項目。

2 改造方案

2.1 依據

化工分公司采鹵裝置一采區共17 對鹽井，其中5 號井、6 號井目前十亞段鹽層已開采完畢，鹽泥注入井底后會沉積到十亞段溶腔底部。6 號井已開采鹵水折鹽28.97 萬t，折算井下溶腔總計約13.35 萬m3，按照注水流量80 m3/h 計算， 根據以往井組切換經驗，濃度變化時間約為溶腔容積的三分之一被完全置換的時間，且通過現場實驗證明，鹽泥液與淡鹽水按照1∶3 混合后靜置24 h 可以完全清澈。

2.2 實施方案

結合現場實際情況，首先計劃將化工分公司采鹵裝置二期一次鹽水產生的鹽泥進行注井改造，方案為選擇采鹵裝置一采區一期與三期配水控制室之間空地增加鹽泥注井裝置， 該裝置由緩沖罐、鹽泥注井泵及配套的管線、儀表組成（改造流程圖見圖2）。采鹵裝置二期一次鹽水產生的鹽泥液通過鹽泥泵送至緩沖罐內進行機械攪拌，再由鹽泥注井泵注入一采區6 號井內循環使用 （5 號水平井做為備用），具體實施細則如下。

圖2 鹽泥注井改造流程圖

（1）二期一次鹽水工段產生鹽泥液為10～15 m3/h，鹽泥注井泵選用閑置的雙缸膏體泵，壓力≤8 MPa，流量30 m3/h，配套電機功率132 kW，緩沖罐使用采鹵裝置一期一次鹽水替換下來的鹽水緩沖罐（進行防腐維修后使用）， 并在罐頂增加機械攪拌裝置進行24 h 攪拌，保證鹽泥液不在罐內沉積。

（2）鹽泥注井泵出口總管配管至一采區管道分布室內，支管連接在6 號直井注水管線上（5 號水平井做為備用），每個支路都增加控制閥。

（3）在鹽泥液緩沖罐及出口管線配置生產水管線及壓縮空氣管線，在長期停車后開車或罐內鹽泥沉積嚴重時進行輔助攪拌。

2.3 操作注意事項

鹽泥注井采取混合注水的方式， 控制注井鹽泥液量與淡鹽水量為1∶3。 停止鹽泥注井后井組至少持續注水8 h，且總注水量不少于120 m3/h 后方可停泵。

3 效益分析

3.1 經濟效益

該項目實施后，可以將二期一次鹽水裝置產生的鹽泥全部回注溶腔循環使用，大大降低固體廢物的處置量。目前鹽泥外運運費13.2 元/t、固廢處置費用37.17 元/t，合計50.37 元/t。 二期一次鹽水裝置每月產生鹽泥約1730 t，項目實施后每月可節約鹽泥處置費用約87140 元，每年約105 萬元。 一期一次鹽水與二期一次鹽水鹽泥產量基本相等，若全部實現回注，每年可節約處置費用210 萬元。鹽泥全部注井后壓濾裝置停用，每年可節約濾板、濾布、壓濾機配件、油品等運行費用約20 萬元。 新增裝置總投資約120 萬元（部分利舊未計算），運行耗水電費約115 元/h，按照一年運行4000 h 計算，耗水電約46 萬元。 一采區6 號井目前不能生產鹵水，按照與鹽泥液1∶3 的比例混合，注水約60 m3/h，按照一年運行4000 h 計算，年耗電約24 萬元。 新增設備維護、維修費用、開停車時的壓縮空氣以及生產水消耗平均約10 萬元/a。

綜上計算，該項目實現二期一次鹽水鹽泥全部注井總投資約120 萬元。 每年運行成本約80 萬元，從6 號井注水后， 從與其連通的8 號井返鹵水，運行成本每年可降低至56 萬元， 即運行2年可收回投資成本。

3.2 環保效益

鹽泥注井解決了鹽泥的處置問題，避免了對環境的污染，同時也避免了鹽泥中的鈣鎂離子進入地下水對地下水資源造成污染，為企業的安全環保和可持續發展提供了保障。

4 改造效果

鹽泥注井裝置于2021年7月安裝完成，通過試運行發現注井泵出口管道振動較大，無法持續運行，經排查原因為注井泵出口無止回閥。 2021年11月5日止回閥安裝完成，再次進行試運行，經觀察振動問題已消除， 并投入運行給5 號水平井注鹽泥液，累計注入鹽泥液約147.5 m3，因鹽泥注井泵料缸、料斗室材質不耐鹽水腐蝕導致泄漏嚴重，無法長時間連續運行，同時，由于井底溶腔較大未見返鹵，沉降效果也不能得到確認，為推進鹽泥注井項目的進一步開展，對鹽泥注井泵進行了重新選型。

5 注井泵選型

通過行業調研及與廠家進行現場技術交流，最終選用了臥式三缸單作用往復式柱塞泵，泵組系統由柱塞泵、出口空氣包、噴水系統等組成。 該泵與一般柱塞泵的根本區別在于擁有一套水清洗系統，也就是在柱塞泵柱塞運動過程中，通過高壓清洗泵不斷地向柱塞周圍注入高壓清水， 形成高壓水環，一方面沖洗粘附在柱塞表面的漿體介質；一方面將介質與柱塞密封隔離， 延長了柱塞及密封的使用壽命，達到可靠輸送灰漿等目的。 噴水系統和柱塞組合其結構圖見圖3 及圖4。

圖3 噴水系統結構簡圖

圖4 柱塞組合結構簡圖

6 運行效果

新泵于2022年8月2日完成安裝調試并啟泵運行，由于一采區連通井組維修中，原計劃注井的一采區5 號井和6 號井不具備條件，臨時變更為一采區1 號直井注井（見圖2 中標注的“注井改造”），同時由于淡鹽水池積泥較多， 清理困難且費用較高，所以鹽泥液取自淡鹽水池，其運行情況如下。

主泵運行頻率15 Hz，注水壓力8.5 MPa，鹽泥注水量為8～9 m3/h。

主泵運行頻率20 Hz，注水壓力8.5 MPa，鹽泥液注井量為12～15 m3/h。

主泵運行頻率25 Hz，注水壓力8.8 MPa，鹽泥液注井量為17～19 m3/h。

主泵運行頻率30 Hz，注水壓力8.8 MPa，鹽泥液注井量為21～23 m3/h。

主泵運行頻率35 Hz，注水壓力9.0 MPa，鹽泥液注井量為25～27 m3/h。

從8月試運行以來，鹽泥注井泵注井流量平均約為22 m3/h，1 號井組每兩天需反沖一次，反沖一次耗時8 h，截至11月底，累計將淡鹽水池的鹽泥液注入溶腔約41184 m3， 注井鹽泥液含固率30%左右，折合鹽泥為41184×0.3=12355.2（t），可節約鹽泥處置費用成本12355.2×50.37≈62.23（萬元）?？鄢\行中水電費25.6 萬元， 則創效金額約為36.63 萬元。

7 鹽泥注井改造結論

通過對鹽泥注井從2022年8月至2023年1月近6 個月的試運行觀察，發現1 號井組返鹵未出現渾濁情況，且返鹵濃度無明顯變化，說明鹽泥液注入井底溶腔能夠充分沉降，通過鹽泥液注井可實現鹽泥液的循環使用。

8 鹽泥注井改造存在的問題和改進

8.1 存在的問題及整改情況

（1）鹽泥注井泵在運行過程中閥組及閥箱內多次出現異響，經拆解檢查發現閥組內有雜物，雜物清理后啟泵運行正常，此現象為“卡閥”，需在進口泵進口管道增加過濾器過濾掉較大的雜物，確保鹽泥注井泵穩定運行。 結合鹽泥注井泵說明書中介質內不能有大于3 mm 雜物的技術要求， 進行了如下改造：在二期一次鹽水鹽泥液緩沖罐頂部進口管道上增加一臺籃式過濾器（DN150 PN16 過濾網孔徑3 mm 20#+TA2）（見圖2 中標注的 “籃式過濾器”），過濾網為避免腐蝕選用TA2 材質，并明確了過濾網清理周期；由于鹽泥液臨時取自淡鹽水池，在鹽泥液進鹽泥液緩沖罐管口處臨時安裝了3 mm 孔徑的籃式過濾網并定期清理雜物（見圖2 中標注的“籃式過濾網”），經持續跟蹤觀察，過濾網增加后鹽泥注井泵未再出現過異響。

（2）鹽泥注井泵沖洗泵運行壓力按照協議要求應大于主泵運行壓力1.0～2.0 MPa，實際運行情況主泵運行壓力為8.0～8.5 MPa，沖洗泵運行壓力為4.0～6.0 MPa，不符合技術協議要求。 針對此問題廠家分別通過更換主泵噴水環和更換沖洗泵皮帶輪來解決，但效果不理想，且造成沖洗泵流量增大至12 m3/h左右（設計流量為8 m3/h）。 通過對半年多運行情況的觀察，各易損件壽命均達到了協議相關約定數值，沖洗水雖然未形成壓差，但對柱塞起到了保護作用。

（3）鹽泥注井泵主泵和沖洗泵自動控制邏輯為主泵手動給定頻率， 沖洗泵根據主泵頻率自動調整，但主泵實際頻率達到10 Hz 后（主泵壓力大于6 MPa），沖洗泵頻率已經達到了最大，導致主泵無法提流量。 通過對控制邏輯優化解決了此問題。

（4）由于鹽泥注井泵運行存在一些問題，一直未進行滿負荷測試，待運行問題解決后需進行滿負荷測試，進一步檢驗鹽泥注井泵運行效果和鹽泥液注入井底溶腔沉降情況。

（5）原方案要求注井鹽泥液與淡鹽水配比為1∶3，實際運行中配比為1∶2 左右，且一采區6 號井組維修后井組技術套管由?177 變為?127 （1 號井組技術套管為?127），井組注水流量要求≤120 m3/h，鹽泥注井泵額定流量為36 m3/h，如果按照鹽泥液與淡鹽水配比為1∶3 進行注井，不符合工藝指標要求。根據實際運行情況建議將注井鹽泥液與淡鹽水配比調整為1∶2，提高鹽泥液注井效率。

8.2 改進建議

（1）從改造費用及設備管理綜合考慮，建議將一期一次鹽水鹽泥液送至二期一次鹽水鹽泥液緩沖罐進行注井，不僅改造費用低，也達到了設備集中管理的目的，但鹽泥液輸送管道較長（約800 m），所以改造方案需重點考慮鹽泥液輸送過程沉降問題和管道反沖洗方案。

（2）原計劃5 號水平井做為備用鹽泥液注井井組，由于井組檢修，將5 號水平井進行了封井，且井組需要定期反沖洗避免管道堵塞，所以，要保證鹽泥液全部注井，需重新論證并尋求新的備用鹽泥液注井井組。

（3）目前鹽泥注井泵只有1 臺，故障維修或維護保養時將無法實現鹽泥液全部注井，下一步需考慮備用鹽泥注井泵的安裝。

（4）目前鹽泥注井泵出口無流量計，鹽泥液注井流量依靠鹽泥液緩沖罐液位變化計算，不便于鹽泥液注井量的統計，下一步需論證鹽泥主泵出口管道安裝流量計的可行性，因管道內鹽泥可能會影響流量計的準確性，所以核心問題是流量計的選型。

9 結語

鹽泥注井是一個需長期摸索和總結的過程，如鹽泥液與淡鹽水的配比、管道結鈣處理、注井流量等問題都需要進一步優化解決。