污水净化装置工程汽提脱硫塔结垢控制技术方案

1、新疆石油勘察设计研究院2011年2月让纳若尔油田7000m3/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7000m3/d污水净化装置工程设计处理规模7000m3/d，分二期建设，一期工程设计规模3500m3/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3700m3/d。调储罐 提升

2、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H2S；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

3、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7.12H2S含量 mg/L550（设计值）55080碳酸氢根，mg/L826.6107295钙离子，mg/L1113.7镁离子，mg/L177.3氯离子，mg/L10256.9矿化度，mg/L18140.3水型氯化钙水质分析表2.结垢原因分析 水型氯化钙水型，CO32-离子为0，HCO3- 离子含量约800mg/L，Ca2+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2HCO3-CO2+H2O+CO32- 式1Ca2+ CO32-CaCO3 式2HCO3-热

4、稳定性较差，在50以上开始逐渐分解生成CO32-、 CO2和水，CO2外逸，又使化学平衡右移， CO32-浓度快速增加。 CO32-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HCO3-分解，并与污水中大量的Ca2+离子结合为CaCO3。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00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1202.7 6556.4 95510.3 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%，

5、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：5h2高温空白/618.6/致密7阻垢剂1#80788.444.51 蓬松8100827.054.65 蓬松13阻垢剂2#80748.033.94 致密14100726.228.21 致密19阻垢剂3#80758.136.58 致密20100674.114.54 致密1#阻垢剂效果较好，加药量100mg/L时，阻垢率为54.65%3.

6、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0.1263.180.12高温0.2262.623阻垢剂2#常温19.3754.056.44高温21.0553.495阻垢剂3#常温4.5636.1514.96高温8.7235.59备注试验温度：120 试验压力：对应压力 试验时间：7h1#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/488.351.17/阻垢剂1#100

7、720.7127.9345.42300630.436.9627.76500592.540.7520.37120高温/357.264.28/阻垢剂1#100458.9054.1115.82300611.938.8139.62500580.841.9234.78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

8、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-11001.8588.801501.5590.602001.0693.613000.2098.804000.8095.18阻垢剂G-31003.0581.571502.8582.772001.0093.98

9、3000.4097.594002.3985.54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-12000.200.060.2698.4477.06阻垢剂G-32000.040.961.0093.963.99高温/15.261.2816.54/92.27常温/3.941.845

10、.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（%）010472.6413.920010541.251.490.00020472.6412.720020533.631.488.89030474.1613.6/20030533.632.879

11、.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

12、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Ca2+发生反应，

13、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/7.4217.560.1447128不加调整剂较大，较散，较快清、泛绿7.2813.240.144215加调整剂40较大，较实，快

14、清7.41.360.15931160小，快，实清6.8500.16119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%0764.59 0.64/861410765.56 0.5119.865.434.620766.68 0.3742.521.978.130768.43 0.14781.798.3原样769.5114.3/89.210.8除原样未加有机复合酸A，其余试样均先投加有机复合

15、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

16、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/ m2.d）1030702.043.398.480.001187100700.634.80120.001682030702.892.546.350.000889200700.634.80120.001683030704.371.062.650.000371300700.634.80120.001680现场水样705.43101

17、.72254.30.035602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

18、%，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/ m2.d降低至0.00037cm/ m2.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1000m3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：1.51.51.5(m)，N=2.2Kw座1（2）加药计量泵：Q=112L/h，H=1.0MPa，N=0.25Kw台21用1备（3）加药管线（衬塑不