李涵月(中油遼河油田公司鉆采工藝研究院,遼寧 盤錦 124010)
稠油開發(fā)需要大量軟化水做為注汽鍋爐的給水,這些軟化水通常由離子交換系統(tǒng)提供。但樹脂使用一段時(shí)間后其交換容量降低,軟化水的硬度上升,這時(shí)需要對離子交換樹脂進(jìn)行再生,恢復(fù)其交換能力。樹脂的再生是離子交換水處理工藝過程中最重要的環(huán)節(jié),再生效果的好壞不僅對其工作交換容量和出水水質(zhì)有直接的影響,而且在很大的程度上決定運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。常采用的再生液為濃度10%左右的氯化鈉。生產(chǎn)實(shí)踐表明再生過程不僅消耗大量的氯化鈉和清水,而且外排的高硬度、高含鹽再生廢水對周邊環(huán)境產(chǎn)生不良影響,還增加污水拉運(yùn)成本[1-5]。
遼河油田小洼油區(qū)某注汽鍋爐軟化設(shè)備分一、二兩組輪換運(yùn)行及再生,每一組又分為一、二級軟化罐,軟化罐內(nèi)裝有陽離子交換樹脂,用氯化鈉再生,再生流程切換采用氣動(dòng)薄膜自動(dòng)閥,現(xiàn)場樹脂的再生過程又分反洗、進(jìn)鹽、置換、一級正洗和二級正洗5個(gè)步驟。
軟化水處理過程中離子交換反應(yīng)是一個(gè)可逆和定量的化學(xué)反應(yīng)。例如,當(dāng)含有Ca2+的水通過樹脂層時(shí),發(fā)生如下反應(yīng):
由于上述反應(yīng)不斷消耗NaR型樹脂,最后樹脂層失效。為了恢復(fù)該樹脂的交換能力,可以用含Na+鹽水再生失效的樹脂層。由于離子交換反應(yīng)是可逆的,樹脂又可以恢復(fù)到NaR型狀態(tài)。其反應(yīng)如下:
根據(jù)上面兩個(gè)公式可以得出,樹脂中鈉離子含量直接關(guān)系到樹脂的交換能力,而交換能力的下降與處理水量及水中所含離子的含量有關(guān)。
遼河油田小洼油區(qū)油藏埋深一般在500m-2000m,地層水以NaHCO3為主,隨埋深加大CaCl2及MgCl2含量加大;鍋爐用水一般采用經(jīng)聯(lián)合站處理的地層回采水,其硬度一般在150ppm。
以SF—19.1—17.9—YQ型號鍋爐為例,根據(jù)生產(chǎn)需要及目前生產(chǎn)方式,周期制水量一般在1000m3左右。
樹脂處理能力取決于其中的鈉離子含量即樹脂量,目前添加樹脂量均為一級、二級樹脂罐的二分之一。
水源吸口附近油污染,以及來水中的懸浮物、有機(jī)物和鐵等均會(huì)降低樹脂交換能力。同時(shí)樹脂罐中的交換樹脂在運(yùn)行中有破碎,堵塞集水器,增加壓力降。另外樹脂罐本身為鐵質(zhì),長時(shí)間使用防腐層破損也是致使樹脂失效的原因之一。
根據(jù)上式,軟化水處理和樹脂再生是鈉離子與鈣離子互相替換的可逆過程,2個(gè)摩爾的鈉離子替換1個(gè)摩爾的鈣離子,即2Na+→Ca2+
分別用x和y代替鈉離子和鈣離子摩爾質(zhì)量,即
式中:T-制水周期,h;
V-進(jìn)水速度,L/h;
P-進(jìn)水單位硬度,mg/L.
根據(jù)公式(3)和公式(4),當(dāng)樹脂交換量和進(jìn)水速度一定時(shí),制水周期即水處理運(yùn)行周期與進(jìn)水單位硬度成反比,即若階段進(jìn)水單位硬度較小時(shí)則可延長水處理運(yùn)行周期。
根據(jù)上述分析,通過增加樹脂量,由原來的二分之一增加至樹脂罐容積的三分之二;選用大顆粒樹脂,減少壓力損失;定期對樹脂進(jìn)行補(bǔ)充、篩選、清洗;樹脂罐進(jìn)行及時(shí)檢修四個(gè)途徑來提高樹脂交換能力,延長水處理樹脂運(yùn)行周期。
通過對小洼油區(qū)某注汽鍋爐半年內(nèi)軟水處理及再生過程各項(xiàng)指標(biāo)的跟蹤化驗(yàn)、分析得出,可將原來再生周期150小時(shí)延長至200小時(shí),按每次再生用水23m3,用氯化鈉0.3噸,一年約減少再生次數(shù)15次節(jié)水345m3,少消耗氯化鈉4.5噸。按氯化鈉每噸800元,污水拉運(yùn)費(fèi)80元/m3,一年可節(jié)約成本31200元。達(dá)到環(huán)保、降本增效的目的。
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