污水净化装置工程汽提脱硫塔结垢控制技术方案

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,新疆石油勘察设计研究院,2011,年,2,月,让纳若尔油田,7000m,3,/d,污水净化装置工程,汽提脱硫塔结垢控制技术方案,汇报内容,1.,工程概况及装置运行现状,2.,结垢原因分析,3.,投加药剂控垢方案,4.,工艺及配套系统调整方案,5.,主要工程量及投资估算,6.,需要协调及说明的问题,污水净化装置区,油气处理,2,厂,油气处理,1,厂,1.,工程概况及装置运行现状,区 域 相 对 位 置,1.,工程概况及装置运行现状,让纳若尔油田,7000m,3,/d,污水净化装置工程设计处理规模,7000m,3,/d,，分二期建设，一期工程设计规模,3500m,3,/d,，于,2009,年建成投产。目前主要接收油气处理一厂、三厂油田采出水及工业污水，实际处理水量约,3700m,3,/d,。,调储罐 提升泵 反应器 斜板沉降罐 原料水罐 脱硫塔 缓冲罐 过滤泵 过滤器,工艺流程,来水,出水,1.,工程概况及装置运行现状,处理工艺采用重力除油、混凝反应沉淀、过滤工艺对污水进行净化处理；采用蒸汽汽提工艺脱出水中,H,2,S,；采用氮气密闭调压隔氧工艺，降低氧腐蚀；,1.,工程概况及装置运行现状,2009,年,9,月建成投产。水质净化部分的重力除油、反应沉降、过滤及其它辅助单元运行正常，处理后各项指标均达到设计指标要求。,来 水,处理后水,脱水污泥,1.,工程概况及装置运行现状,蒸汽汽提脱硫单元在试运行中，由于污水中成垢离子较高，工艺温度较高，造成塔体及换热设备一周内严重结垢，不能正常运行。,换热器结垢情况,脱硫塔排出水垢,2.,结垢原因分析,检测项目,检测结果,现场混合水样,油气处理,1厂采出水,油气处理,3厂工业水,pH值,7.12,H,2,S含量,mg/L,550（设计值）,550,80,碳酸氢根，,mg/L,826.6,107,295,钙离子，,mg/L,1113.7,镁离子，,mg/L,177.3,氯离子，,mg/L,10256.9,矿化度，,mg/L,18140.3,水型,氯化钙,水质分析表,2.,结垢原因分析,水型氯化钙水型，,CO,3,2-,离子为,0,，,HCO,3,-,离子含量约,800mg/L,，,Ca,2+,离子含量超过,1000mg/L,；,氯化钙水型的污水碳酸钙结垢趋势很低，低温状态下不会发生严重的结垢问题。,2.,结垢原因分析,2HCO,3,-,CO,2,+H,2,O+CO,3,2-,式,1,Ca,2+,+ CO,3,2-,CaCO,3,式,2,HCO,3,-,热稳定性较差，在,50,以上开始逐渐分解生成,CO,3,2-,、,CO,2,和水，,CO,2,外逸，又使化学平衡右移，,CO,3,2-,浓度快速增加。,CO,3,2-,与钙离子结合形成碳酸钙沉淀。汽提脱硫系统最高温度达到,126,度，高温促使,HCO,3,-,分解，并与污水中大量的,Ca,2+,离子结合为,CaCO,3,。,最终导致脱硫塔内部及中间换热器严重结垢。,2.,结垢原因分析,试验温度，,恒温时间，,h,失钙率，,%,备注,常温,0,0,水样为室内配制模拟水样，水样成分参照表,1分析结果。,常温,120,2.7,65,5,6.4,95,5,10.3,模拟水样失钙情况验证,模拟水样在常温下放置,120,小时失钙率为,2.7%,，在,65,放置,5,小时失钙率为,6.4%,，在,95,放置,5,小时失钙率为,10.3%,，这说明，随着温度升高，污水失钙率明显上升，结垢趋势明显增强。,3.,投加药剂控垢方案,投加阻垢剂控垢方案一,常规阻垢剂效果评价,序号,名称,加药量,钙含量,阻垢率,垢样描述,备注,1,常温空白,/,1000.0,/,/,水样来源：室内配制水,试验温度：（由于室内条件限制，选择该温度为试验温度）,试验时间：,5h,2,高温空白,/,618.6,/,致密,7,阻垢剂,1#,80,788.4,44.51,蓬松,8,100,827.0,54.65,蓬松,13,阻垢剂,2#,80,748.0,33.94,致密,14,100,726.2,28.21,致密,19,阻垢剂,3#,80,758.1,36.58,致密,20,100,674.1,14.54,致密,1#,阻垢剂效果较好，加药量,100mg/L,时，阻垢率为,54.65%,3.,投加药剂控垢方案,投加阻垢剂控垢方案一,高温稳定性效果评价,序号,药剂,状态,总无机磷盐含量,（,mg/L,）,总磷酸盐含量,（,mg/L,）,分解率,%,1,阻垢剂,1#,常温,0.12,63.18,0.1,2,高温,0.22,62.62,3,阻垢剂,2#,常温,19.37,54.05,6.4,4,高温,21.05,53.49,5,阻垢剂,3#,常温,4.56,36.15,14.9,6,高温,8.72,35.59,备注,试验温度：,120,试验压力：对应压力,试验时间：,7h,1#,阻垢剂稳定性好，分解率为,0.1%,3.,投加药剂控垢方案,投加阻垢剂控垢方案一,常规阻垢剂耐温试验,试验温度,水样名称,加药量,ppm,钙离子,mg/l,失钙率,%,阻垢率,%,/,模拟水样,/,1000,/,/,80,高温,/,488.3,51.17,/,阻垢剂,1#,100,720.71,27.93,45.42,300,630.4,36.96,27.76,500,592.5,40.75,20.37,120,高温,/,357.2,64.28,/,阻垢剂,1#,100,458.90,54.11,15.82,300,611.9,38.81,39.62,500,580.8,41.92,34.78,相同加药量前提下，随温度升高，失钙率增加,3.,投加药剂控垢方案,投加阻垢剂控垢方案一,常规阻垢剂阻垢效果总体评价,常规阻垢剂阻垢效率低，在投加量,100mg/L,时，温度,120,时阻垢率只有,15.8%,，失钙率高达,54.11%,投加阻垢剂后，可改变垢的晶形，使得致密垢变为松散型垢。,常规阻垢剂在高温条件下稳定性有一定影响，分解率为,0.1%,。,总体看，常规阻垢剂不适应于脱硫塔高温工况防垢。,3.,投加药剂控垢方案,投加阻垢剂控垢方案一,新型合成阻垢剂筛选及评价,由于常规阻垢剂在高温条件下阻垢率较低，且稳定性有所下降，因此需要研究一种适应本工程汽提脱硫工况条件的新型阻垢剂。,经过室内研究调整配方，研制出一种新型合成阻垢剂。并进行了模拟水的高温阻垢试验。,3.,投加药剂控垢方案,投加阻垢剂控垢方案一,新型合成阻垢剂阻垢效果评价,药剂名称,加药量,ppm,失钙率,%,阻垢率,%,阻垢剂,G-1,100,1.85,88.80,150,1.55,90.60,200,1.06,93.61,300,0.20,98.80,400,0.80,95.18,阻垢剂,G-3,100,3.05,81.57,150,2.85,82.77,200,1.00,93.98,300,0.40,97.59,400,2.39,85.54,高温空白,/,16.53,/,试验方法：用室内配制的模拟污水，加入一定浓度的阻垢剂后，在,105,加热回流一定时间，测定水中钙离子含量，与空白做对比，计算阻垢率。,G-1,、,G-3,阻垢效果均较好，在加药量,200mg/L,时，阻垢率可达到,90%,以上。,3.,投加药剂控垢方案,投加阻垢剂控垢方案一,新型合成阻垢剂垢型分析,药剂名称,加药量,mg/L,硬垢失钙,%,软垢失钙,%,总失钙率,%,阻垢率,%,硬垢比,%,阻垢剂,G-1,200,0.20,0.06,0.26,98.44,77.06,阻垢剂,G-3,200,0.04,0.96,1.00,93.96,3.99,高温,/,15.26,1.28,16.54,/,92.27,常温,/,3.94,1.84,5.78,/,68.24,试验方法：配制模拟污水，加入一定浓度的阻垢剂后，加热回流,30min，测定水中钙离子含量，与空白做对比，计算阻垢率。,G-1,、,G-3,阻垢效果均较好，在加药量,200mg/L,时，阻垢率可达到,90%,以上。但,G-3,的硬垢失钙率远低于,G-1,，因此选,G-3,。,3.,投加药剂控垢方案,投加阻垢剂控垢方案一,新型合成阻垢剂现场水样阻垢效果评价,加药量（,mg/L）,煮沸时间（,min）,钙含量（,mg/L）,失钙率（,%）,阻垢率（,%）,0,10,472.64,13.9,200,10,541.25,1.4,90.00,0,20,472.64,12.7,200,20,533.63,1.4,88.89,0,30,474.16,13.6,/,200,30,533.63,2.8,79.59,备注：试验方法：取让纳若尔油田采出水，加入一定浓度的阻垢剂后，加热回流一定时间，测定水中钙离子含量，与空白做对比，计算阻垢率。,投加阻垢剂,G-3,，随着停留时间延长，失钙率增加，阻垢率降低。总体看新型合成阻垢剂,G-3,效果较好。,3.,投加药剂控垢方案,化学平衡防垢方案二,化学平衡防垢机理,投加新型合成阻垢剂,G-3,，可有效控制脱硫塔结垢趋势。但阻垢剂投加量较大，且增加系统泥量。为降低阻垢剂投加量、减少运行成本，同时进一步提高阻垢效果，我们在室内研究开发了化学平衡防垢技术。,该技术通过有机复合酸离子调整剂的络合作用，与钙离子发生络合反应，形成可溶的有机酸与钙离子的络合物，阻止钙离子与碳酸根结合形成难溶的碳酸钙垢，达到降低污水失钙率的目的，降低阻垢剂的加药量。,3.,投加药剂控垢方案,化学平衡防垢方案二,化学平衡防垢机理,投加新型合成阻垢剂,G-3,，可有效控制脱硫塔结垢趋势。但阻垢剂投加量较大，且增加系统泥量。为降低阻垢剂投加量、减少运行成本，同时进一步提高阻垢效果，我们在室内研究开发了化学平衡防垢技术。,该技术通过有机复合酸离子调整剂的络合作用，与钙离子发生络合反应，形成可溶的有机酸与钙离子的络合物，阻止钙离子与碳酸根结合形成难溶的碳酸钙垢，达到降低污水失钙率的目的，降低阻垢剂的加药量。,有机复合酸中的缓速酸是弱酸，电离常数比络合酸小得多。在络合酸足量的情况下，缓速酸几乎不参与反应；当络合酸与,Ca,2+,发生反应，有效浓度变低时，缓速酸才缓慢作用，保持污水的较低,pH,值,(PH,在,6.8,左右,),，保持防垢效果。,络合反应：,复合有机酸调整后污水变化情况,3.,投加药剂控垢方案,化学平衡防垢方案二,经有机复合酸离子调整剂,A,处理的污水，失钙率大幅下降，腐蚀率有所增加,经有机复合酸离子调整剂,B,处理后的污水，失钙率答复上升，达不到阻垢目的。,经有机复合酸离子调整剂,C,处理后污水，阻垢效果不明显。,推荐使用有机复合酸离子调整剂,A,。,药剂名称,加药量,ppm,絮体状况,水色,PH,失钙率,%,腐蚀率,mm/a,悬浮物,mg/L,原水,/,/,/,7.42,17.56,0.1447,128,不加调整剂,较大，较散，较快,清、泛绿,7.28,13.24,0.1442,15,加调整剂,40,较大，较实，快,清,7.4,1.36,0.1593,11,60,小，快，实,清,6.85,0,0.1611,9,复合有机酸调整后对污水净化影响评价,添加有机复合酸离子调整剂后对水质净化效果有改善,3.,投加药剂控垢方案,化学平衡防垢方案二,复合有机酸与阻垢剂联合投加效果分析,3.,投加药剂控垢方案,化学平衡防垢方案二,阻垢剂加药量,钙含量,(mg/L),失钙率,%,阻垢率,%,硬垢失钙率,%,软垢失钙率,%,0,764.59,0.64,/,86,14,10,765.56,0.51,19.8,65.4,34.6,20,766.68,0.37,42.5,21.9,78.1,30,768.43,0.14,78,1.7,98.3,原样,769.51,14.3,/,89.2,10.8,除原样未加有机复合酸,A，其余试样均先投加有机复合酸A40ppm，再加入定量阻垢剂G-3，再放入沸水中煮沸30min。,由试验数据看出投加有机复合酸,A,后，失钙率由,14.3%,降至,0.64%,；在高温条件下投加新型合成阻垢剂,G-3,约,30mg/L,时，阻垢率可以达到,78%,，失钙率仅为,0.14%,左右。,由方案一、方案二的实验结果可以看出，单独投加阻垢剂,G-3,，在加药量,200mg/L,，停留时间,30min,情况下，失钙率约,2.8%,，阻垢率为,79.59%,。,先投加有机复合酸离子调整剂,A,约,40mg/L,，同时投加新型复合阻垢剂,G-3,约,30mg/L,，在停留时间,30min,时阻垢率达到,78%,，失钙率仅为,0.14%,。,综合分析对比，推荐化学平衡防垢技术方案。即在,7000m3/d,污水净化装置内补充投加有机复合酸离子调整剂,40mg/L,，投加新型复合阻垢剂,30mg/L,。,3.,投加药剂控垢方案,推荐方案,3.,投加药剂控垢方案,实施效果预测,脱硫塔系统结垢量预测,时间（,min）,阻垢剂（,mg/L）,钙含量,（,mg/L）,失钙量（,mg/L）,折合碳酸钙量（,mg/L）,结垢厚度,（,cm/ m,2.,d,）,10,30,702.04,3.39,8.48,0.001187,10,0,700.63,4.80,12,0.00168,20,30,702.89,2.54,6.35,0.000889,20,0,700.63,4.80,12,0.00168,30,30,704.37,1.06,2.65,0.000371,30,0,700.63,4.80,12,0.00168,0,现场水样,705.43,101.72,254.3,0.035602,备注：计算结果以两台换热器同时运行来计算。,3.,投加药剂控垢方案,实施效果预测,脱硫塔出水悬浮物增量预测,使用有机复合酸离子调整剂,A,与新型合成阻垢剂,G-3,联合防垢，污水失钙率只有,0.15%,，且其中硬垢比例占,1.3%,，,按钙离子含量,1000mg/L,测算，脱硫塔出口增加悬浮物含量约,1.47mg/L,。,4.,工艺及配套系统调整方案,药剂投加控垢技术研究结论,汽提脱硫塔的结垢是由于污水在脱硫塔处内温度升高，造成碳酸氢根分解引起的；,目前采出水水处理工艺中采用的常规阻垢剂对让纳若尔油田采出水处理阻垢效果欠佳；,有机复合酸离子调整剂与新型合成阻垢剂,G-3,联合投加。阻垢效果良好，阻垢率可以达到,78%,，失钙率仅为,0.14%,左右。,本方案防垢技术能够有效解决现场的结垢问题，理论计算可将现场结垢速度由,0.03560cm/ m,2.,d,降低至,0.00037cm/ m,2.,d,。,4.,工艺及配套系统调整方案,工艺调整,为满足药剂投加控垢技术要求，需对污水处理装置工艺进行调整：,在加药泵房内新增药剂配制及投加装置,1,套，将有机复合酸离子调整剂,A,与新型合成阻垢剂,G-3,混合配制，通过新增的加药装置投加到污水处理系统中。加药点为,1000m3,斜板沉降罐出水管线。,新建加药泵房至,1000m,3,斜板沉降罐出水管线,DN20,加药管线,48m,。,加药泵房内有为二期工程预留的,2,套加药装置位置,4.,工艺及配套系统调整方案,电气部分调整,加药间新建溶药搅拌罐,1,座，搅拌电机负荷,2.2Kw,。电源引自配电室内已建的,AA1704,柜的,N10,、,N11,回路；其控制按钮箱,AN1705-9,安装在加药泵房内,加药间新建加药泵,2,台，,1,用,1,备，新增负荷,N=0.25kW,。电源引自配电室内已建的加药系统变频器柜,JYK2,，其控制按钮箱,AN1705-10,安装在加药泵房内,5.,主要工程量及投资估算,序号,单项内容及参数,单位,数量,备注,一,工艺部分调整,（,1）,溶药搅拌罐：,1.5,1.5,1.5(m)，N=2.2Kw,座,1,（,2）,加药计量泵：,Q=112L/h，H=1.0MPa，N=0.25Kw,台,2,1用1备,（,3）,加药管线（衬塑不锈钢管）,DN20,m,48,（,4）,无缝钢管,20# D38,3,m,80,伴热管,（,5）,阀门,DN20,个,2,（,6）,加药管沟：宽,800mm，深700mm,m,35,二,电气部分调整,（,1）,控制按钮箱,JXF4002(AN1705-9 ),只,1,（,2）,控制按钮箱,JXF4002(AN1705-10),只,1,工程投资估算约,14.5,万元,6,.,需要协调及说明的问题,本方案主要为药剂筛选及研究内容，受专业知识所限，工艺专业深入了解不够，因此需要药剂研究单位协助给业主汇报。,本方案药剂投加控制技术的研究主要是在室内完成，无法科学的模拟现场汽提脱硫装置实际工况，因此按此方案实施后能否达到预期效果存在不确定性。如效果不好将造成我院被动局面。,汇报完毕,谢谢！,