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摘 要：蒸汽吞吐热采工艺是目前稠油的主要开采方式，当前蒸汽吞吐热采工艺的主流设备为亚临界注汽锅炉，锅炉运行过程中，需定期对其配套水处理设备进行再生处理，再生时需要排掉大量的再生污水，影响了锅炉给水的利用率。本项目旨在对水处理排放的污水进行回收、处理、再利用，从而提高水的利用率，降低污水的排放达到节能减排的目的。
关键词：锅炉运行；污水回收处理；利用率
一、前 言
胜利油田有丰富的稠油资源，蒸汽吞吐热采工艺是目前稠油的主要开采方式，当前蒸汽吞吐热采工艺的主流设备为亚临界注汽锅炉，与之配套使用的水处理设备为钠离子交换器，其工作过程为：利用钠离子交换树脂中的钠离子将水中的二价钙镁离子质换出来，从而除去水中的钙镁离子达到软化锅炉用水的目的。其反应原理如下：
2NaR+Ca2+→CaR2+2Na+； 2NaR+Mg2+→MgR2+2Na+
然而钠离子树脂工作一段时间后，当钠离子与钙镁离子的质换反应达到饱合时，就会因失去了吸收钙镁离子的能力而失效，这时就需要对其进行再生处理，使之重新能够正常发生质换反应，这一过程称之为再生，现常用的再生方法为用浓盐水浸泡，工作机理如下：“失效”树脂再生过程：
CaR+2NaCl→2NaR+CaCl2；MgR+2NaCl→2NaR+MgCl2
因此锅炉运行过程中，需定期对其配套水处理设备（钠离子交换树脂）进行再生处理（生水硬度越高再生越频繁），再生时需要排掉大量的再生污水，影响了锅炉给水的利用率，目前该工艺综合水利用率约80%。我公司现有13台注汽锅炉，年注汽量约30-40万方，这样每年大约要排出6-8万方再生污水，既造成了水资源的浪费，又需用专门的车辆将排水拉走，增加了处理费用，本项目旨在对水处理排放的污水进行回收、处理、再利用，从而提高水的利用率，降低污水的排放达到节能减排的目的。
二、处理方案设计与制作
1、再水过程排污水分析
钠离子交换树脂再生主要有五个步骤分别是：反洗、进盐、置换、一级正洗、二级正洗。其各自的作用为：反洗-清洗掉树脂床积存的杂质，同时使树脂颗粒均匀分布；进盐-将盐水打入树脂罐使失效的树脂与盐水充分接触发生质换反应；置换-使进盐结束时残留在软化罐内的盐水继续向前流过树脂床充分进行再生，同时可清洗干净管道中盐的成分，以免腐蚀管道；正洗-彻底清洗软水器中残余的盐水和已交换出的硬度离子。从各步骤上述工作过程可知其排污水成分是不一样的，通过对再生各步骤排污水的成分分析得出其污水污染物及分布特点如下表：
2、处理方案选择
从以上检测结果可看出水处理再生排污水中的污染物主要有不容性颗粒物和可溶性盐类组成，且其排放过程是在不同阶段分别进行的（在同一排污口排出）。根据污水中杂质的种类可设计两种污水处理方案：方案1：收集污水比较简单，但处理处理工艺比较复杂，投资较大，废水回收率约为50%；方案2：由于再生各步骤的污水在同一排污口排出，因此在分类收集阶段相对比较困难，但整体处理比较容易，工艺简单，理论上可实现100%回收再利用。因此通过对两种方案的比较，采用方案二比较合理。
3、设备设计方案
根据处理方案2的处理思路，具体配制如下装置实现其功能，分别如下：分水装置：根据水的电导率与含盐量近似成正比的关系，可设置一台电导率仪，两台电动球阀，当钠离子交换器的废水超过设定电导率时，高盐废水电动球阀开，当电导率低于设定值时，低盐废水电动球阀开，从而实现盐水与淡水的分别收集。石英砂过滤器：淡水的主要污染物为泥沙等不溶性物质，其处理方式可设置一石英砂过滤器进行过滤，选用石英砂填料作为过滤器滤料，滤料具有吸附和过滤双重功效，可有效去除水中的杂质，并且反洗时滤料充分散开，清洗效果好，具有过滤速度快、过滤精度高、截污容量大等优点。集水箱：根据再生用盐量选择一2方的水罐用于收集高含盐水，经备处理。道尔澄清桶：设置澄清桶的目的是钙镁离子在澄清桶内反应生成沉淀，并将钙镁离子沉淀分离的装置，澄清桶壳体采用PE材质。加药装置：为去除盐水中的钙镁离子采用化学加药的方法，药品选用碳酸钠和氢氧化钠使钙离子与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀，镁离子与氢氧化钠反应生成氢氧化镁沉淀，而去除钙镁离子。反应方程式为：Ca2++CO32-=CaCO3；Mg2++2OH-=Mg（OH）2
加药方式采用药泵给药方式，药泵选用往复柱塞式计量泵，便于控制加药量，设置三个50L的药罐用于存放药品，分别用于存放碳酸钠、氢氧化钠、絮凝剂，加絮凝剂的主要目的是将水中生成的碳酸钙和氢氧化镁沉淀絮凝成大颗粒，在澄清桶中容易去除，同时在澄清桶后加装盘式过滤器经保证出水清洁，最终达到污水的重复利用。处理工艺流程如下：
4、操作及药量控制
本设备操作比较简单，污水的选择性收集为自动过程，淡水过滤无需人为操作，浓盐水化学除硬只需控制好加药量即可。碳酸钠溶液的控制：称取10kg的碳酸钠固体，加入90kg的水，配置成10%的碳酸钠溶液。投加量根据现场水质情况进行调整，根据反应消耗量一般1ppm的钙离子投加2.5ppm的碳酸钠。氢氧化钠溶液的控制：称取5kg的氢氧化钠固体，加入95kg的水，配置成5%的氢氧化钠钠溶液。具体投加量为，1ppm的镁离子投加3.3ppm的氢氧化钠。加药量可通过药泵进行调节。
三、应用情况
为验证该设备实际运行情况，本设备于2014年11月份在坨826-平43井，2-13号锅炉进行了运行实验，本井累计注汽量1800方、实际拉水1910方，共运行10天，途中水处理再生9次，共产生污水205方，实际处理回收170方，处理效率为83%。水综合利用率为1800/1910=94%； 综合水用率比平均水平提高了14%。
四、效益分析
本设备是首次对活动注汽锅炉污水进行再生应用，是水处理技术上的一次创新尝试，对于油田注汽工艺的节能减排具有一定的积极影响。经济分析：1、节省费用： 水利用率80%提高到95% 每台锅炉年注汽量30000方，共可节约用水30000*15%=4500方 ，井场每方水的成本约为30元；单台锅炉年节约水费13.5万元。每年节约拉污水的费用约4万元。年共节约17.5万元； 2、所需费用：本设备制作成本约15万元。年运行费用1万元，共计约16万元； 3、成本回收期约为1年，以后单台年创效益15万元左右。
关键词：锅炉运行；污水回收处理；利用率
一、前 言
胜利油田有丰富的稠油资源，蒸汽吞吐热采工艺是目前稠油的主要开采方式，当前蒸汽吞吐热采工艺的主流设备为亚临界注汽锅炉，与之配套使用的水处理设备为钠离子交换器，其工作过程为：利用钠离子交换树脂中的钠离子将水中的二价钙镁离子质换出来，从而除去水中的钙镁离子达到软化锅炉用水的目的。其反应原理如下：
2NaR+Ca2+→CaR2+2Na+； 2NaR+Mg2+→MgR2+2Na+
然而钠离子树脂工作一段时间后，当钠离子与钙镁离子的质换反应达到饱合时，就会因失去了吸收钙镁离子的能力而失效，这时就需要对其进行再生处理，使之重新能够正常发生质换反应，这一过程称之为再生，现常用的再生方法为用浓盐水浸泡，工作机理如下：“失效”树脂再生过程：
CaR+2NaCl→2NaR+CaCl2；MgR+2NaCl→2NaR+MgCl2
因此锅炉运行过程中，需定期对其配套水处理设备（钠离子交换树脂）进行再生处理（生水硬度越高再生越频繁），再生时需要排掉大量的再生污水，影响了锅炉给水的利用率，目前该工艺综合水利用率约80%。我公司现有13台注汽锅炉，年注汽量约30-40万方，这样每年大约要排出6-8万方再生污水，既造成了水资源的浪费，又需用专门的车辆将排水拉走，增加了处理费用，本项目旨在对水处理排放的污水进行回收、处理、再利用，从而提高水的利用率，降低污水的排放达到节能减排的目的。
二、处理方案设计与制作
1、再水过程排污水分析
钠离子交换树脂再生主要有五个步骤分别是：反洗、进盐、置换、一级正洗、二级正洗。其各自的作用为：反洗-清洗掉树脂床积存的杂质，同时使树脂颗粒均匀分布；进盐-将盐水打入树脂罐使失效的树脂与盐水充分接触发生质换反应；置换-使进盐结束时残留在软化罐内的盐水继续向前流过树脂床充分进行再生，同时可清洗干净管道中盐的成分，以免腐蚀管道；正洗-彻底清洗软水器中残余的盐水和已交换出的硬度离子。从各步骤上述工作过程可知其排污水成分是不一样的，通过对再生各步骤排污水的成分分析得出其污水污染物及分布特点如下表：
2、处理方案选择
从以上检测结果可看出水处理再生排污水中的污染物主要有不容性颗粒物和可溶性盐类组成，且其排放过程是在不同阶段分别进行的（在同一排污口排出）。根据污水中杂质的种类可设计两种污水处理方案：方案1：收集污水比较简单，但处理处理工艺比较复杂，投资较大，废水回收率约为50%；方案2：由于再生各步骤的污水在同一排污口排出，因此在分类收集阶段相对比较困难，但整体处理比较容易，工艺简单，理论上可实现100%回收再利用。因此通过对两种方案的比较，采用方案二比较合理。
3、设备设计方案
根据处理方案2的处理思路，具体配制如下装置实现其功能，分别如下：分水装置：根据水的电导率与含盐量近似成正比的关系，可设置一台电导率仪，两台电动球阀，当钠离子交换器的废水超过设定电导率时，高盐废水电动球阀开，当电导率低于设定值时，低盐废水电动球阀开，从而实现盐水与淡水的分别收集。石英砂过滤器：淡水的主要污染物为泥沙等不溶性物质，其处理方式可设置一石英砂过滤器进行过滤，选用石英砂填料作为过滤器滤料，滤料具有吸附和过滤双重功效，可有效去除水中的杂质，并且反洗时滤料充分散开，清洗效果好，具有过滤速度快、过滤精度高、截污容量大等优点。集水箱：根据再生用盐量选择一2方的水罐用于收集高含盐水，经备处理。道尔澄清桶：设置澄清桶的目的是钙镁离子在澄清桶内反应生成沉淀，并将钙镁离子沉淀分离的装置，澄清桶壳体采用PE材质。加药装置：为去除盐水中的钙镁离子采用化学加药的方法，药品选用碳酸钠和氢氧化钠使钙离子与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀，镁离子与氢氧化钠反应生成氢氧化镁沉淀，而去除钙镁离子。反应方程式为：Ca2++CO32-=CaCO3；Mg2++2OH-=Mg（OH）2
加药方式采用药泵给药方式，药泵选用往复柱塞式计量泵，便于控制加药量，设置三个50L的药罐用于存放药品，分别用于存放碳酸钠、氢氧化钠、絮凝剂，加絮凝剂的主要目的是将水中生成的碳酸钙和氢氧化镁沉淀絮凝成大颗粒，在澄清桶中容易去除，同时在澄清桶后加装盘式过滤器经保证出水清洁，最终达到污水的重复利用。处理工艺流程如下：
4、操作及药量控制
本设备操作比较简单，污水的选择性收集为自动过程，淡水过滤无需人为操作，浓盐水化学除硬只需控制好加药量即可。碳酸钠溶液的控制：称取10kg的碳酸钠固体，加入90kg的水，配置成10%的碳酸钠溶液。投加量根据现场水质情况进行调整，根据反应消耗量一般1ppm的钙离子投加2.5ppm的碳酸钠。氢氧化钠溶液的控制：称取5kg的氢氧化钠固体，加入95kg的水，配置成5%的氢氧化钠钠溶液。具体投加量为，1ppm的镁离子投加3.3ppm的氢氧化钠。加药量可通过药泵进行调节。
三、应用情况
为验证该设备实际运行情况，本设备于2014年11月份在坨826-平43井，2-13号锅炉进行了运行实验，本井累计注汽量1800方、实际拉水1910方，共运行10天，途中水处理再生9次，共产生污水205方，实际处理回收170方，处理效率为83%。水综合利用率为1800/1910=94%； 综合水用率比平均水平提高了14%。
四、效益分析
本设备是首次对活动注汽锅炉污水进行再生应用，是水处理技术上的一次创新尝试，对于油田注汽工艺的节能减排具有一定的积极影响。经济分析：1、节省费用： 水利用率80%提高到95% 每台锅炉年注汽量30000方，共可节约用水30000*15%=4500方 ，井场每方水的成本约为30元；单台锅炉年节约水费13.5万元。每年节约拉污水的费用约4万元。年共节约17.5万元； 2、所需费用：本设备制作成本约15万元。年运行费用1万元，共计约16万元； 3、成本回收期约为1年，以后单台年创效益15万元左右。