百口泉区块稠油污水回用处理工艺设计

马少华，张珊珊，周 娟

（1.陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安 710300；2.西安博今科技发展有限公司，陕西 西安 710065；3.延长油田股份有限公司，陕西 延安 716000）

百口泉区块的稠油储量丰富，而稠油高粘度、高密度的性质使得其开采具有较大的难度。稠油开采多采用热采（蒸汽吞吐）方式进行，因此，稠油开采过程中需要消耗大量的淡水资源。稠油污水具有矿化度低（3000～5000mg·L-1）、温度高（70～80℃）的特点，因此，采用合适的工艺手段将稠油污水进行处理后回用热采锅炉，可节约大量的淡水资源，同时还可充分利用污水的热能，减少热采锅炉燃煤的消耗，具有好的环境效益和经济效益。本文对稠油污水处理工艺进行了设计，对相关构筑物和设备进行了设计计算与选型，使处理后水达到了热采锅炉进水水质标准。

1 稠油污水水质及特点

1.1 百口泉区块稠油污水原水水质

稠油污水原水主要水质见表1。

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

1.2 稠油污水特点

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

（2）温度较高 采用蒸汽吞吐进行稠油开采，产出液的温度高，因此，稠油污水的温度也高，可达到60～80℃。

（3）乳化严重，粘度大 稠油中含大量胶质和沥青质，具有天然乳化剂性质，且具有较大的粘滞性，特别在水温低时更显著，使得水中油粒凝聚困难。

（4）成分复杂和多变 整个稠油生产过程中要添加各种化学药剂，这是造成稠油污水成分复杂的原因，再加上开采区块的油品性质、开采工艺、集输、脱水工艺的不同，生产中所加的各种化学药剂的变化也会引起水质的波动[1]。

由以上特点可知，稠油污水是一种水质比较复杂的污水，与稀油产出污水相比，稠油污水处理难度较大，常规处理工艺不能完全满足回用要求。

2 热采锅炉给水水质标准

热采锅炉给水水质标准见表2[2]。

表2 热采锅炉给水水质标准Tab.2 Thermal recovery boiler feed water quality standards

比较百口泉稠油污水水质和热采锅炉给水水质标准可知，要将稠油污水处理后用作热采锅炉进水，主要应使污水中的油、悬浮物、硬度、SiO2和溶解氧达标。

3 处理工艺流程

本设计所选用的处理工艺流程见图1。

图1 百口泉稠油污水回用热采锅炉处理工艺流程Fig.1 The thermal recovery boiler process flow of Baikouquan heavy oil sewage

流程说明：稠油采出液经过油水分离后直接进入除油罐，在除油罐的进口投加反向破乳剂，充分破乳后进行油、水和大颗粒悬浮体的分离。除油罐出水经1＃提升泵提升后进入反应器，与投加的pH调节剂、絮凝剂、助凝剂和镁剂充分混合反应，所生成的絮体、硅酸镁和吸附有SiO2的氢氧化镁胶粒随污水进入混凝沉降罐，去除悬浮颗粒和SiO2硅。出水进入增压罐并经增压泵增压后先后进入粗过滤器和精细过滤器，以便进一步去除细小悬浮物和油，出水经2＃提升泵提升后进入强酸性阳离子软化器将硬度降到0.1mg·L-1以下，出水进入离子交换除氧器除氧后进入热采锅炉。

4 主要处理工艺

4.1 除油

重力除油一直是国内外含油污水处理首选的初级除油设施，其效率高，运行稳定。本设计选用立式重力除油罐两座（并联运行）进行除油。通过计算知：污水在除油罐的停留时间为6h，罐体为1000m3的钢制拱顶罐（直径为11.5m，罐壁高度为11.5m）两座。污油从除油罐顶部经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

除硅方法有化学除硅（石灰除硅和镁剂除硅）和离子交换除硅。由于硅酸根的交换能力较弱，而百口泉稠油污水中阴离子（如等）含量较高，很容易造成阴离子交换树脂失效。因此，百口泉稠油污水除硅选择镁剂除硅。根据百口泉稠油污水中SiO2的含量和镁剂的性质，计算所需纯度为96%，浓度为20%，密度为1000kg·m-3的镁剂用量为 21m3·d-1。

4.3 混凝沉降

污水在反应器中形成的硅酸镁、吸附有二氧化硅的氢氧化镁胶粒和絮体在混凝沉降罐中充分沉降，去除大部分悬浮物，进一步提高油的去除率。根据中原油田文一污水处理站的运行经验并通过计算知：停留时间为5.4h，罐体为1000m3的钢制拱顶标准罐（罐壁直径为11.5m，罐壁高度为10.3m）两座。

4.4 过滤

污水经除油、加药絮凝除硅处理后进入粗过滤器，进一步去除油和悬浮物。核桃壳滤料具有较好的除油和截污特性。本设计采用YGL100/0.6-2型核桃壳过滤器，滤后水含油≤10mg·L-1，悬浮物含量≤5mg·L-1。污水经粗过滤后，进入WXGL-2400Y/0.6A精细过滤器进行精细过滤，滤后水含油≤2mg·L-1，悬浮物≤1.5mg·L-1，最终达到了热采锅炉给水水质标准对含油和悬浮物的要求。

4.5 软化

软化方法有热力软化、药剂软化和离子交换软化。

（1）热力软化 该法只能将水中的碳酸盐硬度去除，不能去除水中的非碳酸盐硬度。经这样处理过的水不能满足锅炉用水质量的要求，且该方法用蒸汽加热，耗能大，经济性差，一般很少采用。

（2）药剂软化 该法操作人员劳动强度大，劳动条件差，并会发生由于处理药剂纯度低而带来的设备堵塞或磨损问题。

（3）离子交换软化 该法处理效果好、操作稳定可靠、运行费用低，是最有前途的一种软化方式。

根据上述方法特点及百口泉稠油污水水质特征，本设计选用离子交换软化法来去除水中的硬度，选择稠油污水离子交换软化工艺的一般原则见表3[3]。

表3 选择离子交换软化工艺的原则Tab.3 The principle of selection on ion exchange softening process

由表3可知，对于总矿化度小于2000mg·L-1、硬度小于100mg·L-1的含油污水，采用强酸性苯乙烯系钠型阳离子交换树脂-001×7[4]单层固定床来去除水中的硬度，可达到热采锅炉给水水质指标。树脂饱和后采用4%～10%的NaCl顺流再生。根据水量、水质及离子交换树脂工作容量计算结果，设计中选用5台软化器（4用1备），软化器直径2.0m，装填高度3.0m。

4.6 除氧

溶解氧容易引起锅炉及金属管线的电化学腐蚀，因此，锅炉给水除氧是保证锅炉安全运行，延长锅炉寿命的关键。除氧方法有真空除氧、热力除氧、化学除氧和离子交换除氧等。通过各种除氧方法特点的比较，选用Y-12-06磺化铜肼络合型树脂作为除氧树脂，采用单层固定床进行溶解氧的去除。根据水量、水质及氧化还原树脂工作容量计算结果，设计中选用5台除氧器（4用1备），除氧器直径2.8 m，装填高度1.4m。经除氧处理后，出水中溶解氧可达到热采锅炉给水水质指标。树脂饱和后采用水合肼N2H4顺流再生。

5 处理构筑物及辅助设备一览表

处理构筑物及其它辅助设备见表4。

表4 处理设备一览表Fig.4 List of processing equipment

6 结论

本设计通过百口泉稠油污水水质与热采锅炉给水水质标准的对比选定处理对象，主要对稠油污水中的油、悬浮物、SiO2、硬度和溶解氧进行了处理工艺设计。在借鉴国内外稠油污水回用处理工艺的基础上，最终选择了适合百口泉稠油污水回用热采锅炉处理的工艺流程，并对主要的处理构筑物及辅助设备进行了设计与选型，使处理后水中的油、悬浮物、SiO2硅、硬度和溶解氧含量分别降低到2、2、50、0.1和 0.05 mg·L-1，达到了热采锅炉给水水质标准。

［1］陈家庆.石油石化工业环保技术概论［M］.北京：中国石化出版社，2005.

［2］冯永训.油田采出水处理设计手册［M］.北京：中国石化出版社，2005.

［3］李金林.稠油采出水回用热采锅炉供水的处理工艺设计［J］.环境保护科学，2004，30（1）：41-44.

［4］何铁林.水处理化学品手册［M］.北京：化学工业出版社，2000.