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。

1 樹脂交換能力下降影響因素

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)。

1.1 進(jìn)水硬度

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。

1.2 周期制水量

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。

1.3 樹脂處理能力

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。

1.4 其他因素

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。

2 數(shù)學(xué)模型建立

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。

3 采取控制措施

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。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

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。

[1]侯君，程林松，房寶財(cái)?shù)?油田注汽鍋爐水質(zhì)影響因素研究[J].油田化學(xué)，2005,22(4):321-323.

[2]雷樂成，陳琳.油田稠油污水深度處理回用熱采鍋爐的軟化處理技術(shù)[J].離子交換與吸附，2002,18(4):355-360.

[3]郭春梅，陳進(jìn)富.離子交換樹脂再生廢水回用處理模擬試驗(yàn)研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2008，2(1):50-53.

[4]李愛陽.水處理中離子交換樹脂再生時(shí)酸堿耗的降低[J].化工生產(chǎn)與技術(shù)，2003，10(2):31-32.

[5]武俊憲，張效羽.歡三聯(lián)稠油污水軟化技術(shù)試驗(yàn)研究[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2004，15(5):21-22.