污水凈化裝置工程汽提脫硫塔結垢控制技術方案

1、新疆石油勘察設計研究院2011年2月讓納若爾油田7000m3/d污水凈化裝置工程汽提脫硫塔結垢控制技術方案匯報內(nèi)容1.工程概況及裝置運行現(xiàn)狀2.結垢原因分析3.投加藥劑控垢方案4.工藝及配套系統(tǒng)調(diào)整方案5.主要工程量及投資估算6.需要協(xié)調(diào)及說明的問題污水凈化裝置區(qū)油氣處理2廠油氣處理1廠1.工程概況及裝置運行現(xiàn)狀區(qū) 域 相 對 位 置1.工程概況及裝置運行現(xiàn)狀讓納若爾油田7000m3/d污水凈化裝置工程設計處理規(guī)模7000m3/d，分二期建設，一期工程設計規(guī)模3500m3/d，于2009年建成投產(chǎn)。目前主要接收油氣處理一廠、三廠油田采出水及工業(yè)污水，實際處理水量約3700m3/d。調(diào)儲罐 提升

2、泵 反應器 斜板沉降罐 原料水罐 脫硫塔 緩沖罐 過濾泵 過濾器 工藝流程來水出水1.工程概況及裝置運行現(xiàn)狀處理工藝采用重力除油、混凝反應沉淀、過濾工藝對污水進行凈化處理；采用蒸汽汽提工藝脫出水中H2S；采用氮氣密閉調(diào)壓隔氧工藝，降低氧腐蝕；1.工程概況及裝置運行現(xiàn)狀2009年9月建成投產(chǎn)。水質(zhì)凈化部分的重力除油、反應沉降、過濾及其它輔助單元運行正常，處理后各項指標均達到設計指標要求。來 水處理后水脫水污泥1.工程概況及裝置運行現(xiàn)狀蒸汽汽提脫硫單元在試運行中，由于污水中成垢離子較高，工藝溫度較高，造成塔體及換熱設備一周內(nèi)嚴重結垢，不能正常運行。換熱器結垢情況脫硫塔排出水垢2.結垢原因分析檢測項

3、目檢測結果現(xiàn)場混合水樣油氣處理1廠采出水油氣處理3廠工業(yè)水pH值7.12H2S含量 mg/L550（設計值）55080碳酸氫根，mg/L826.6107295鈣離子，mg/L1113.7鎂離子，mg/L177.3氯離子，mg/L10256.9礦化度，mg/L18140.3水型氯化鈣水質(zhì)分析表2.結垢原因分析 水型氯化鈣水型，CO32-離子為0，HCO3- 離子含量約800mg/L，Ca2+離子含量超過1000mg/L；氯化鈣水型的污水碳酸鈣結垢趨勢很低，低溫狀態(tài)下不會發(fā)生嚴重的結垢問題。2.結垢原因分析2HCO3-CO2+H2O+CO32- 式1Ca2+ CO32-CaCO3 式2HCO3-熱

4、穩(wěn)定性較差，在50以上開始逐漸分解生成CO32-、 CO2和水，CO2外逸，又使化學平衡右移， CO32-濃度快速增加。 CO32-與鈣離子結合形成碳酸鈣沉淀。汽提脫硫系統(tǒng)最高溫度達到126度，高溫促使HCO3-分解，并與污水中大量的Ca2+離子結合為CaCO3。最終導致脫硫塔內(nèi)部及中間換熱器嚴重結垢。2.結垢原因分析試驗溫度，恒溫時間，h失鈣率，%備注常溫00水樣為室內(nèi)配制模擬水樣，水樣成分參照表1分析結果。常溫1202.7 6556.4 95510.3 模擬水樣失鈣情況驗證模擬水樣在常溫下放置120小時失鈣率為2.7%，在65放置5小時失鈣率為6.4%，在95放置5小時失鈣率為10.3%，

5、這說明，隨著溫度升高，污水失鈣率明顯上升，結垢趨勢明顯增強。3.投加藥劑控垢方案投加阻垢劑控垢方案一常規(guī)阻垢劑效果評價序號名稱加藥量鈣含量阻垢率垢樣描述備注1常溫空白/1000.0/水樣來源：室內(nèi)配制水試驗溫度：（由于室內(nèi)條件限制，選擇該溫度為試驗溫度）試驗時間：5h2高溫空白/618.6/致密7阻垢劑1#80788.444.51 蓬松8100827.054.65 蓬松13阻垢劑2#80748.033.94 致密14100726.228.21 致密19阻垢劑3#80758.136.58 致密20100674.114.54 致密1#阻垢劑效果較好，加藥量100mg/L時，阻垢率為54.65%3.

6、投加藥劑控垢方案投加阻垢劑控垢方案一高溫穩(wěn)定性效果評價序號藥劑狀態(tài)總無機磷鹽含量（mg/L）總磷酸鹽含量（mg/L）分解率%1阻垢劑1#常溫0.1263.180.12高溫0.2262.623阻垢劑2#常溫19.3754.056.44高溫21.0553.495阻垢劑3#常溫4.5636.1514.96高溫8.7235.59備注試驗溫度：120 試驗壓力：對應壓力 試驗時間：7h1#阻垢劑穩(wěn)定性好，分解率為0.1%3.投加藥劑控垢方案投加阻垢劑控垢方案一常規(guī)阻垢劑耐溫試驗試驗溫度水樣名稱加藥量ppm鈣離子mg/l失鈣率%阻垢率%/模擬水樣/1000/80高溫/488.351.17/阻垢劑1#100

7、720.7127.9345.42300630.436.9627.76500592.540.7520.37120高溫/357.264.28/阻垢劑1#100458.9054.1115.82300611.938.8139.62500580.841.9234.78相同加藥量前提下，隨溫度升高，失鈣率增加3.投加藥劑控垢方案投加阻垢劑控垢方案一常規(guī)阻垢劑阻垢效果總體評價 常規(guī)阻垢劑阻垢效率低，在投加量100mg/L時，溫度120時阻垢率只有15.8%，失鈣率高達54.11%投加阻垢劑后，可改變垢的晶形，使得致密垢變?yōu)樗缮⑿凸浮３Ｒ?guī)阻垢劑在高溫條件下穩(wěn)定性有一定影響，分解率為0.1%。總體看，常規(guī)阻垢劑

8、不適應于脫硫塔高溫工況防垢。3.投加藥劑控垢方案投加阻垢劑控垢方案一新型合成阻垢劑篩選及評價由于常規(guī)阻垢劑在高溫條件下阻垢率較低，且穩(wěn)定性有所下降，因此需要研究一種適應本工程汽提脫硫工況條件的新型阻垢劑。經(jīng)過室內(nèi)研究調(diào)整配方，研制出一種新型合成阻垢劑。并進行了模擬水的高溫阻垢試驗。3.投加藥劑控垢方案投加阻垢劑控垢方案一新型合成阻垢劑阻垢效果評價藥劑名稱加藥量ppm失鈣率%阻垢率%阻垢劑G-11001.8588.801501.5590.602001.0693.613000.2098.804000.8095.18阻垢劑G-31003.0581.571502.8582.772001.0093.98

9、3000.4097.594002.3985.54高溫空白/16.53/試驗方法：用室內(nèi)配制的模擬污水，加入一定濃度的阻垢劑后，在105加熱回流一定時間，測定水中鈣離子含量，與空白做對比，計算阻垢率。G-1、G-3阻垢效果均較好，在加藥量200mg/L時，阻垢率可達到90%以上。3.投加藥劑控垢方案投加阻垢劑控垢方案一新型合成阻垢劑垢型分析藥劑名稱加藥量mg/L硬垢失鈣%軟垢失鈣%總失鈣率%阻垢率%硬垢比%阻垢劑G-12000.200.060.2698.4477.06阻垢劑G-32000.040.961.0093.963.99高溫/15.261.2816.54/92.27常溫/3.941.845

10、.78/68.24試驗方法：配制模擬污水，加入一定濃度的阻垢劑后，加熱回流30min，測定水中鈣離子含量，與空白做對比，計算阻垢率。G-1、G-3阻垢效果均較好，在加藥量200mg/L時，阻垢率可達到90%以上。但G-3的硬垢失鈣率遠低于G-1，因此選G-3。3.投加藥劑控垢方案投加阻垢劑控垢方案一新型合成阻垢劑現(xiàn)場水樣阻垢效果評價加藥量（mg/L）煮沸時間（min）鈣含量（mg/L）失鈣率（%）阻垢率（%）010472.6413.920010541.251.490.00020472.6412.720020533.631.488.89030474.1613.6/20030533.632.879

11、.59備注：試驗方法：取讓納若爾油田采出水，加入一定濃度的阻垢劑后，加熱回流一定時間，測定水中鈣離子含量，與空白做對比，計算阻垢率。投加阻垢劑G-3，隨著停留時間延長，失鈣率增加，阻垢率降低?？傮w看新型合成阻垢劑G-3效果較好。3.投加藥劑控垢方案化學平衡防垢方案二化學平衡防垢機理投加新型合成阻垢劑G-3，可有效控制脫硫塔結垢趨勢。但阻垢劑投加量較大，且增加系統(tǒng)泥量。為降低阻垢劑投加量、減少運行成本，同時進一步提高阻垢效果，我們在室內(nèi)研究開發(fā)了化學平衡防垢技術。該技術通過有機復合酸離子調(diào)整劑的絡合作用，與鈣離子發(fā)生絡合反應，形成可溶的有機酸與鈣離子的絡合物，阻止鈣離子與碳酸根結合形成難溶的碳酸

12、鈣垢，達到降低污水失鈣率的目的，降低阻垢劑的加藥量。3.投加藥劑控垢方案化學平衡防垢方案二化學平衡防垢機理投加新型合成阻垢劑G-3，可有效控制脫硫塔結垢趨勢。但阻垢劑投加量較大，且增加系統(tǒng)泥量。為降低阻垢劑投加量、減少運行成本，同時進一步提高阻垢效果，我們在室內(nèi)研究開發(fā)了化學平衡防垢技術。該技術通過有機復合酸離子調(diào)整劑的絡合作用，與鈣離子發(fā)生絡合反應，形成可溶的有機酸與鈣離子的絡合物，阻止鈣離子與碳酸根結合形成難溶的碳酸鈣垢，達到降低污水失鈣率的目的，降低阻垢劑的加藥量。有機復合酸中的緩速酸是弱酸，電離常數(shù)比絡合酸小得多。在絡合酸足量的情況下，緩速酸幾乎不參與反應；當絡合酸與Ca2+發(fā)生反應，

13、有效濃度變低時，緩速酸才緩慢作用，保持污水的較低 pH值(PH在6.8左右)，保持防垢效果。 絡合反應： 復合有機酸調(diào)整后污水變化情況3.投加藥劑控垢方案化學平衡防垢方案二經(jīng)有機復合酸離子調(diào)整劑A處理的污水，失鈣率大幅下降，腐蝕率有所增加經(jīng)有機復合酸離子調(diào)整劑B處理后的污水，失鈣率答復上升，達不到阻垢目的。經(jīng)有機復合酸離子調(diào)整劑C處理后污水，阻垢效果不明顯。推薦使用有機復合酸離子調(diào)整劑A。藥劑名稱加藥量ppm絮體狀況水色PH失鈣率%腐蝕率mm/a懸浮物mg/L原水/7.4217.560.1447128不加調(diào)整劑較大，較散，較快清、泛綠7.2813.240.144215加調(diào)整劑40較大，較實，快

14、清7.41.360.15931160小，快，實清6.8500.16119復合有機酸調(diào)整后對污水凈化影響評價添加有機復合酸離子調(diào)整劑后對水質(zhì)凈化效果有改善3.投加藥劑控垢方案化學平衡防垢方案二復合有機酸與阻垢劑聯(lián)合投加效果分析3.投加藥劑控垢方案化學平衡防垢方案二阻垢劑加藥量鈣含量(mg/L)失鈣率%阻垢率%硬垢失鈣率%軟垢失鈣率%0764.59 0.64/861410765.56 0.5119.865.434.620766.68 0.3742.521.978.130768.43 0.14781.798.3原樣769.5114.3/89.210.8除原樣未加有機復合酸A，其余試樣均先投加有機復合

15、酸A40ppm，再加入定量阻垢劑G-3，再放入沸水中煮沸30min。由試驗數(shù)據(jù)看出投加有機復合酸A后，失鈣率由14.3%降至0.64%；在高溫條件下投加新型合成阻垢劑G-3約30mg/L時，阻垢率可以達到78%，失鈣率僅為0.14%左右。由方案一、方案二的實驗結果可以看出，單獨投加阻垢劑G-3，在加藥量200mg/L，停留時間30min情況下，失鈣率約2.8%，阻垢率為79.59%。先投加有機復合酸離子調(diào)整劑A約40mg/L，同時投加新型復合阻垢劑G-3約30mg/L，在停留時間30min時阻垢率達到78%，失鈣率僅為0.14%。綜合分析對比，推薦化學平衡防垢技術方案。即在7000m3/d污水

16、凈化裝置內(nèi)補充投加有機復合酸離子調(diào)整劑40mg/L，投加新型復合阻垢劑30mg/L。3.投加藥劑控垢方案推薦方案3.投加藥劑控垢方案實施效果預測脫硫塔系統(tǒng)結垢量預測時間（min）阻垢劑（mg/L）鈣含量（mg/L）失鈣量（mg/L）折合碳酸鈣量（mg/L）結垢厚度（cm/ m2.d）1030702.043.398.480.001187100700.634.80120.001682030702.892.546.350.000889200700.634.80120.001683030704.371.062.650.000371300700.634.80120.001680現(xiàn)場水樣705.43101

17、.72254.30.035602備注：計算結果以兩臺換熱器同時運行來計算。3.投加藥劑控垢方案實施效果預測脫硫塔出水懸浮物增量預測使用有機復合酸離子調(diào)整劑A與新型合成阻垢劑G-3聯(lián)合防垢，污水失鈣率只有0.15%，且其中硬垢比例占1.3%，按鈣離子含量1000mg/L測算，脫硫塔出口增加懸浮物含量約1.47mg/L。4.工藝及配套系統(tǒng)調(diào)整方案藥劑投加控垢技術研究結論汽提脫硫塔的結垢是由于污水在脫硫塔處內(nèi)溫度升高，造成碳酸氫根分解引起的；目前采出水水處理工藝中采用的常規(guī)阻垢劑對讓納若爾油田采出水處理阻垢效果欠佳；有機復合酸離子調(diào)整劑與新型合成阻垢劑G-3聯(lián)合投加。阻垢效果良好，阻垢率可以達到78

18、%，失鈣率僅為0.14%左右。本方案防垢技術能夠有效解決現(xiàn)場的結垢問題，理論計算可將現(xiàn)場結垢速度由0.03560cm/ m2.d降低至0.00037cm/ m2.d。4.工藝及配套系統(tǒng)調(diào)整方案工藝調(diào)整為滿足藥劑投加控垢技術要求，需對污水處理裝置工藝進行調(diào)整：在加藥泵房內(nèi)新增藥劑配制及投加裝置1套，將有機復合酸離子調(diào)整劑A與新型合成阻垢劑G-3混合配制，通過新增的加藥裝置投加到污水處理系統(tǒng)中。加藥點為1000m3斜板沉降罐出水管線。新建加藥泵房至1000m3斜板沉降罐出水管線DN20加藥管線48m。加藥泵房內(nèi)有為二期工程預留的2套加藥裝置位置4.工藝及配套系統(tǒng)調(diào)整方案電氣部分調(diào)整加藥間新建溶藥攪拌罐1座，攪拌電機負荷2.2Kw。電源引自配電室內(nèi)已建的AA1704柜的N10、N11回路；其控制按鈕箱AN1705-9安裝在加藥泵房內(nèi)加藥間新建加藥泵2臺，1用1備，新增負荷N=0.25kW。電源引自配電室內(nèi)已建的加藥系統(tǒng)變頻器柜 JYK2，其控制按鈕箱AN1705-10安裝在加藥泵房內(nèi)5.主要工程量及投資估算序號單項內(nèi)容及參數(shù)單位數(shù)量備注一工藝部分調(diào)整（1）溶藥攪拌罐：1.51.51.5(m)，N=2.2Kw座1（2）加藥計量泵：Q=112L/h，H=1.0MPa，N=0.25Kw臺21用1備（3）加藥管線（襯塑不