真空制盐技术在川西气田高氯根地层水处理中的应用

王自力，李婷婷，罗广详

（中石化西南油气分公司川西采气厂，四川成都618000）

真空制盐技术在川西气田高氯根地层水处理中的应用

王自力*，李婷婷，罗广详

（中石化西南油气分公司川西采气厂，四川成都618000）

针对川西气田高氯根地层水处理外排面临较大的环保隐患，借鉴了真空制盐技术来处理高氯根地层水，主要工艺为根据料液沸点随压力降低而下降的规律，在压力递减的多效蒸发罐组中，用生蒸汽（新鲜蒸汽）加热Ⅰ效罐的料液，使之沸腾蒸发，产生二次蒸汽作为次效罐的热源，并按所设效数依次传递，多次利用二次蒸汽，使各效罐的料液一部分水被汽化，氯化钠则因水分的不断蒸发而从溶液中结晶析出。经过一年现场运行表明，真空制盐技术是处理高氯根地层水的一种最有效方法，不仅可以节约成本，还可以大大缓解高氯根地层水外排面临的环保隐患，实现气田清洁生产。

高氯根地层水；环保隐患；真空制盐；蒸发；结晶

1 概述

川西气田目前产出地层水量约1200m3/d，其中高氯根采气废水占总产水量的75%，其矿化度高，在（6～8）×104mg/L左右，而且还含有微量重金属等有害物质，处理不当会造成环境污染。川西气田产出的地层水主要是采取在污水站集中处理后外排，而处理后氯根和COD超标，外排面临的环保隐患大，特别是在冬天枯水季节，由于受排放河流水量骤减、断流的影响，处理站有停止运行的风险，污水处理被中断将严重阻碍气田的正常稳定生产；再加上处理外排费用高，达84.0元/m3，给企业带来沉重的负担。

综上所述，随着开发规模的不断扩大，产水量日益增加，污水处理成本压力、环保压力成为制约气田加快发展步伐的桎梏之一。另外就是由于川西地区地层主要为致密层[1]，回注能力有限[2]，不能有效缓解处理外排所面临的压力。因此，迫切需要探索治理地层水新技术，使企业生产和地方环境保护紧密结合，可持续、协调发展。

为探索气田高氯废水无害化治理的新工艺，经调研论证，2012年川西气田首次将真空制盐技术引入高氯废水处理领域，建立地层水综合利用站。该站采用真空蒸发工艺，最终将废水中氯离子、钠离子结晶成盐、二次蒸汽冷凝成水外排。该装置成功运行一年来，证明了将轻工业制盐真空蒸发技术运用到气田高氯废水处理领域方向是正确的，为气田高氯废水的处理提供了一条新思路，促进了企业的清洁生产和资源回收利用。

2 真空制盐技术原理

真空制盐技术自20世纪80年代在制盐领域投入使用以来，发展十分迅速[3-6]。具有能耗较低、能获得高纯度的产品水、操作与维护简单、运行成本较低。

2.1 主要原理

向多效蒸发罐的首效加热室壳程内加入一定压力的饱和蒸汽，饱和蒸汽与管程内自下而上的卤水按对流—传导—对流方式进行热交换。饱和蒸汽释放潜热冷凝成水，卤水吸收热量温度升高。在轴流泵的作用下，卤水强制循环至蒸发室内蒸发、结晶，产生的二次蒸汽进入下一效加热室作为加热蒸汽，依次类推。末效卤水蒸发产生的二次蒸汽引入混合冷凝器，用冷却循环水冷凝后排出系统，其中的不凝气用真空泵抽出，维持其负压（真空）状态。这样一来，各效的蒸汽压力和温度自动分配并逐效降低，卤水的沸点亦逐效降低，从而使卤水在不同的温度和对应的温度条件下蒸发、结晶。蒸发罐效与效之间形成的温差，即是多效蒸发的转热推动力。

2.2 真空制盐技术特点

(1)多次利用二次蒸汽，具有节能降耗的功能。首先是用生蒸汽（新鲜蒸汽）加热Ⅰ效罐的卤水，使之沸腾蒸发，产生二次蒸汽用作次效罐的热源，并按所设效数依次传递，多次利用二次蒸汽，使各效罐的卤水蒸发析盐。根据理论[1]计算，蒸发1kg水耗蒸汽为：单效1.1kg，双效0.57kg，3效0.4kg，4效0.3kg，5效0.27kg，6效0.26kg，可以看出多效蒸馏具有节能降耗的功能。

另外，为了充分利Ⅳ效蒸汽冷凝后的余热，采用闪发器，让冷凝水在压差作用下闪发出蒸汽，Ⅰ效冷凝水闪发的蒸汽接入Ⅱ效加热室，Ⅱ效冷凝水闪发的蒸汽接入Ⅲ效，其余类推。

(2)料液快速汽化与末效二次蒸汽迅速冷凝是保证蒸发顺利进行的关键因素。保证末效二蒸迅速冷凝，保持较高真空度，可以给料液提供一个低温快速蒸发汽化的条件。反之，料液快速汽化后，可以保证蒸发系统的热量，其产生的二次蒸汽不断为下级系统创造热源，在末效二蒸冷凝效果下造成系统出现梯度温差，系统总温差越大，真空度越高，继而可推动末效二蒸冷凝速度。所以，料液快速汽化与末效二次蒸汽迅速冷凝是保证蒸发顺利进行的关键因素，而且两者是相辅相成的。

2.3 主要设备

蒸发设备普遍使用的外加热强制循环蒸发器，此蒸发器主要由加热室、蒸发室和循环泵三部分组成，加热管采用TA2合金管，蒸发室材质为316L复合板。外加热强制循环蒸发器具有生产能力大，循环速度高、传热效果好、检修方便等特点。真空系统设备混合冷凝器、冷却塔、真空泵。离心脱水系统主要由离心机、储盐漏斗等。供热系统包括燃气锅炉、燃烧机、软水处理装置等。

3 工艺流程

主要生产工序有：水质预处理、蒸发结晶分离、离心脱水系统、锅炉供热系统[7]。工艺流程（见图1）如下：

图1 多效蒸馏工艺流程图

加热生蒸汽由厂区锅炉供给，压力为0.55MPa，温度为140℃左右饱和蒸汽通过减温减压后进入Ⅰ效蒸发罐加热蒸汽，上一效二次蒸汽作为下一效的热源，Ⅳ效二次蒸汽通过混合冷凝器冷凝，不凝气用罗茨液环真空泵抽出。为了充分利用蒸汽冷凝后的余热，采用闪发器，让冷凝水在压差作用下闪发出蒸汽，Ⅰ效冷凝水闪发的蒸汽接入Ⅱ效加热室，Ⅱ效冷凝水闪发的蒸汽接入Ⅲ效，其余类推。

原料卤水由泵至混料池，混合料液用混料泵泵出一部分直接进入Ⅳ蒸发罐，另一部分经混合冷凝水预热器预热后一部分直接进入Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ效蒸发罐。即整个进料系统采用平流进料方式，确保运行平稳可靠。

结晶盐浆由Ⅰ效蒸发罐转排到Ⅱ效蒸发罐，Ⅱ效蒸发罐盐浆转排到Ⅲ效蒸发罐，Ⅲ效蒸发罐盐浆转排到末效蒸发罐集中排出系统，目的为降低排出系统的热量，节能减排；盐浆经离心脱水后暂储于湿盐储斗待销。

母液排放：极少量母液根据罐内含母液情况由Ⅰ效蒸发罐转排到Ⅱ效蒸发罐，Ⅱ效蒸发罐盐浆转排到Ⅲ效蒸发罐，Ⅲ效蒸发罐盐浆转排到末效蒸发罐集中排出系统到母液储桶，澄清后上清液再进入系统，固体拉运至固废场进行处理。

4 真空制盐技术在气田水处理中的运用情况

为了缓解川西气田高氯根地层水外排带来的环保风险，经调研论证，2012年川西气田首次将多真空制盐技术引入高氯废水处理领域，建立地层水综合利用站（图2）。主体工艺采用四效蒸馏工艺，工程总投资2059.86万元。2012年4月28日开始投料试车，截至2013年4月30日，共运行355d（检维修13d），累计处理地层水94827.1m3，累计产盐5325t；处理后的外排水氯根含量在200mg/L以内，且COD指标也控制在100mg/L以内。

图2 地层水综合利用站

4.1 设备运行情况及存在问题

地层水综合利用站共拥有28台泵机、4套蒸发循环罐、1台5t/h天然气蒸汽锅炉、2台活塞式退料离心机等。除部分泵机为一备一用外，其余设备均需全天24h不间断运转，加之设备长期接触高温、强腐蚀的高氯根地层水，设备锈蚀、泵机机封泄漏、轴承磨损、锅炉燃烧机头电磁阀失灵、盐浆搅拌机损坏等情况屡屡发生。由于转排盐管径过小，结晶盐浆易在管道中堵塞，因此，解堵、维修设备成为前期运行的一个重要工作。

4.2 工艺改进情况及经验总结

由于这是首次引用多效蒸馏工艺来处理气田高氯根地层水，经验匮乏。经过一年的现场试运行，不断的摸索与总结经验，经过一系列的整改后，目前在站场设备正常运转的情况下稳定达到340m3/d的处理量。

（1）优化工艺流程，小改小革促进装置完善。为了使站场工艺更贴近生产实际及降低环保风险，对不能满足生产实际的工艺流程提出整改意见，据统计，前后整改优化工艺达50余次，主要整改的工艺如下：调整离心机下出盐口至湿盐漏斗的连接位置和方向，使出盐畅通；新增效盐Ⅲ浆直接转排至盐浆储桶管线，解决Ⅲ效固液比过高堵塞管道的问题；更改盐浆泵上料管为45度直线，避免过多的弯角造成盐浆堵塞；将真空泵放空管线冷却水接回水封池，以免四处溢流造成环境污染。通过这些优化整改流程，为推广气田水真空制盐积累了经验。

（2）优化运行参数，实现装置高效运行。技术人员经常加班加点，深入生产一线，不断的摸索和总结经验，最终提炼出“六稳定一畅通”的操作标准。“六稳定一畅通”指首效加热室进汽压力稳定、各效液位稳定、各效罐内固液比稳定、母液稳定、石膏晶种稳定、末效真空度稳定、转排盐畅通。自该操作标准指导生产以来，蒸馏系统装置的地层水处理量从最初220m3/d提高到目前340m3/d左右，检维修周期由半个月提高到一个月，检修所需时间由2d缩短至1d，极大地提高了系统的生产时效，系统装置得到高效运转。现蒸汽压力稳定在0.4～0.5MPa、液位控制在45%±5%、真空度稳定在-88kPa左右、罐内固液比保持在10%～15%、氯化钙含量达60g/L才进行转排。

5 效益分析

根据对2013年1～3月全成本分析（表1），经折算处理费用为72.99元/m3，而川西气田高氯根地层水处理外排则费用平均在84.0元/m3，可看出，运用真空制盐技术处理地层水成本比常规污水处理站具有经济优势，可节约污水处理成本；更为重要的是使处理后的水达到国家环保指标，降低环保风险，为川西气田地层水处理开辟了新途径；同时也展现中石化大型国有企业对社会、对环境保护负责任的态度。

6 结论

（1）就目前探索的处理方式中，真空制盐技术是处理高氯根地层水的一种最有效方法，不仅可以有效将氯根转变成盐，使处理后的外排水的氯根含量达标，且COD、悬浮物等指标也均能达标，大大缓解了川西气田高氯根地层水外排面临的环保隐患，实现气田清洁生产。

（2）经过一年的运行，川西采气厂目前已形成一套气田水真空制盐操作规范和相关制度、储备真空制盐领域技术人才，因此为推广气田水无害化处理打下坚实的基础。

（3）由于站场所处理高氯废水中含有部分Ca2+、Mg2+、泥砂、油污、悬浮物等杂质，而目前现场只有一个地层水收集池，既没有药剂搅拌装置也没有地层水沉降场所，不能有效去除水中杂质，以至杂质进入蒸发系统，造成蒸馏设备易堵易损、影响传热效果以及增加系统检维修时间。为了更好地维护该站工艺设备，保证蒸发效果及产量，建议在蒸发系统前端增加水质预处理系统，配套相应水处理设备，对进站原水进行预处理。

表1 全成本分析明细表（2013年1～3月）

[1]谢晓永,唐洪明,孟英峰,等.川西洛带气田致密砂岩污水回注实验室研究[J].钻采工艺,2007,30(5):39-41.

[2]岳建伟,帅永乾,王倩,等.川西气田地层水回注选井选层研究[J].油气田环境保护,2012,22(4):30-33.

[3]赵华.低温蒸馏工艺在川西气田的运用和优缺点[J].西部探矿工程,2014(10):47-51.

[4]李书卫,赵水星.浅谈真空制盐节能技术[J].中国井矿盐, 2005,36(3):40-41.

[5]罗大忠.真空制盐发展概况及工艺述评[J].中国井矿盐, 2001,32(1):7-11.

[6]刘洋.真空制盐五效蒸发生产工艺改造探索[J].中国井矿盐, 2007,38(6):14-17.

[7]夏清.化工原理上册[M].修订版.天津:天津大学出版社,2005：43-44.

表2 台效对比表

7 结论

（1）采用潜孔锤正循环钻进时，应配备能在10～30r/min范围内调速的机构。

（2）使用高压潜孔锤钻进，若孔深超过400m时，应配备增压机增加风压。

（3）下钻后，当钻头接近孔底前，启动空压机冲孔，边送风边下放钻具；当钻头距孔底0.2m时，开车回转钻具，听到孔内冲击声后，即可逐步给压钻进。

（4）在钻进过程中遇有风压超限时，应及时提起钻具(不停止回转)，待缓解后方可继续钻进；否则，应及时提钻检查。

（5）在钻进过程中若孔内背压过大，潜孔锤停止工作，孔口不排屑时，可上下窜动钻具，待排屑后，潜孔锤即可正常工作。

（6）穿过采空区后冲孔，确保将孔内岩屑吹至采空区内。

TS364

A

1004-5716(2015)12-0051-04

2014-12-22

王自力（1977-），男（汉族），重庆人，工程师，现从事气田环保方面的管理、研究工作。