CN103343960A

CN103343960A - 以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统

Info

Publication number: CN103343960A
Application number: CN2013102688543A
Authority: CN
Inventors: 王树众; 马红和; 周璐; 吴志强; 陈林
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: CN103343960B

Abstract

本发明公开一种以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统，包括除悬浮物、除硬度单元，调节pH单元，高压水泵，混合器，炉体，旋风分离器，上集箱和下集箱；采油废液在进入注汽锅炉之前，只需进行简单的除硬度和除悬浮物处理；通过调节pH至适当值，使得采油废液中的硅始终以硅酸盐的形式存在，不会转化为二氧化硅而造成锅炉爆管，可节约除硅的巨大运行费用；通过采用以旋风分离器为主体设备的汽水分离技术，可将给水加热至过热状态，而不会析出盐类导致传热恶化引起安全事故。本发明过热注汽锅炉系统，既能连续安全产生符合注汽要求的过热蒸汽又能以经简单的水处理的采油废液作为过热注汽锅炉给水。

Description

以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统

技术领域

本发明属于稠油注过热蒸汽热采和锅炉设备技术领域，特别涉及一种过热注汽锅炉系统。

背景技术

对于稠油油田而言，采油过程不仅需要大量的蒸汽，而且产生大量的采油废液。当前，采油废液一般需要进行除氧、除铁、除硬度、除硅、除盐、除悬浮物、除油脂、调pH等一系列复杂工艺的处理，才可用作注汽锅炉的给水，仅除硅工艺的运行费用就高达3元/m³废水，经济性比较差。另外，为了降低给水对含盐量的要求，保证注汽锅炉的安全运行，还要求出口蒸汽的干度低于80%，这一要求大大限制了注汽锅炉在油田上的应用范围。然而，采油废水水质较差，热采回用的采油废液的水质指标与注汽锅炉的水质要求相差甚远。另外，由于注汽锅炉产生的蒸汽将直接用于采油，因而对蒸汽品质的要求大大降低，使得常规过热锅炉的水质要求对于注汽锅炉而言过于苛刻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统，既能连续安全产生符合注汽要求的过热蒸汽又能以经简单的水处理的采油废液作为过热注汽锅炉给水。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统，包括除悬浮物、除硬度单元，调节pH单元，高压水泵，混合器，炉体，旋风分离器，上集箱和下集箱；炉体包括对流段、辐射段和过热段，过热段设置在对流段和辐射段之间；辐射段的进口端设有燃烧器；辐射段壳体为卧式圆筒结构，辐射段内布置辐射管束；过热段和对流段的壳体为立式方箱结构，与辐射段壳体在空间上相互垂直，过热管束和对流管束分别布置在过热段和对流段内；旋风分离器、上集箱和下集箱均布置在炉体外侧；除悬浮物、除硬度单元的出口和调pH单元入口相连，调pH单元出口连接高压水泵入口，高压水泵出口与混合器给水端连接，混合器出口与对流段入口连接，对流段出口与辐射段入口连接，辐射段出口与旋风分离器入口连接，旋风分离器蒸汽出口与过热段入口连接，旋风分离器底部饱和水出口连接至上集箱入口，上集箱底部出口与下集箱顶部入口相连，下集箱底部排污口设置排污阀，下集箱侧顶部出口与混合器饱和水入口相连，并在二者之间的管道上设置止回阀，过热段的出口为过热蒸汽出口。

本发明进一步的改进在于：除悬浮物、除硬度单元的入口连接采油废液。

本发明进一步的改进在于：所述除悬浮物、除硬度单元，用于将采油废液的悬浮物和硬度分别处理为2.0mg·L^-1、0.1mg·L^-1以下。

本发明进一步的改进在于：所述辐射管束由多排蛇形管往复连接为单回程管束，管束沿辐射段壳体呈圆形排列；所述对流管束由多排蛇形管往复连接为单回程管束，管束在壳体内呈矩形排列；所述过热管束由多排蛇形管往复连接为单回程管束，管束在壳体内呈矩形排列。

本发明进一步的改进在于：所述上集箱和下集箱均为圆筒结构。

本发明进一步的改进在于：下集箱的排污率低于5%，上集箱与下集箱之间通过一根或者多根管道连接。

本发明进一步的改进在于：辐射段出口的蒸汽干度为70～80%。

本发明进一步的改进在于：混合器的安装高度低于上集箱的安装高度，并且高于下集箱的安装高度。

本发明进一步的改进在于：所述调节pH单元，用于调节除悬浮物、除硬度单元处理后的采油废液的pH值，使得采油废液中的硅始终以硅酸盐的形式存在。

本发明进一步的改进在于：所述调节pH单元根据采油废液的二氧化硅含量对pH进行调节：当二氧化硅含量为50mg·L^-1时pH调节至7.2以上；当二氧化硅含量为80mg·L^-1时pH调节至9.5以上；当二氧化硅含量为120mg·L^-1时pH调节至11.0以上。

本发明进一步的改进在于：当二氧化硅含量为其它值时调节pH单元通过插值取得相应的pH调节值。

现有的注汽锅炉如果以采油废水为给水，必须进行严格的除氧、除铁、除硬度、除硅、除悬浮物、除油脂、调pH等复杂处理，并且以此水质作为给水的注汽锅炉无法产生过热蒸汽。本发明提供一种以简单处理的采油废液为给水的过热注汽锅炉系统；采油废液在进入注汽锅炉之前，只需进行简单的除硬度和除悬浮物处理；通过调节pH至适当值，使得采油废液中的硅始终以硅酸盐的形式存在，不会转化为二氧化硅而造成锅炉爆管，可节约除硅的巨大运行费用。通过采用以旋风分离器为主体设备的汽水分离技术，可将给水加热至过热状态，而不会析出盐类导致传热恶化引起安全事故。

相对于现有技术，本发明具有有益效果：（1）在保证安全运行的前提下，采油废液只需进行简单的除悬浮物、除硬度和调pH处理，即可作为过热注汽锅炉的给水，大大降低了污水处理费用；（2）节省了锅筒、套管换热器等设备，简化了系统流程，提高了注汽锅炉的承压能力和安全性；（3）通过适当调节pH值，加热过程中硅元素始终以硅酸盐的形式存在于液相水中，受热管束不会发生爆管事故；（4）利用旋风分离器进行汽水分离，可稳定地产生过热蒸汽，提高了注汽锅炉的应用范围；（5）布置下集箱，无机盐浓度达到一定值时再进行排污，排污率低于5%，大大降低了过热注汽锅炉的运行成本；（6）采用混合器将饱和热水与锅炉给水进行混合，实现了能量的合理利用。

附图说明

图1为本发明以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统的结构简图。

图中：1为采油废液，2为除悬浮物、除硬度单元，3为调pH单元，4为高压水泵，5为混合器，6为对流段；7为辐射段；8为过热段；9为旋风分离器；10为上集箱；11为下集箱；12为排污阀；13为止回阀；14为燃烧器；15为过热蒸汽出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

请参阅图1所示，本发明以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统包括除悬浮物、除硬度单元2，调pH单元3，高压水泵4，混合器5，炉体（包括对流段6，辐射段7和过热段8），旋风分离器9，上集箱10，下集箱11，排污阀12，止回阀13和燃烧器14。

混合器5设有给水入口、饱和水入口，以及出口；旋风分离器9侧面设有湿蒸汽入口，顶部设有蒸汽出口，底部设有饱和水出口；上集箱10和下集箱11均为圆筒结构，上集箱10顶部设有入口，底部设有出口，下集箱11顶部设有饱和水入口，顶部侧面设有饱和水出口，底部设有排污口；旋风分离器9底部的饱和水出口与上集箱10入口连接，蒸汽出口与过热管束进口连接；上集箱10的出口与下集箱11顶部入口连接，下集箱11底部出口管道设置有排污阀12，下集箱11通过饱和水出口与混合器5饱和水入口连接。

采油废液与除悬浮物、除硬度单元2入口连接，除悬浮物、除硬度单元2出口和调pH单元3入口相连，调pH单元3出口连接高压水泵4入口，高压水泵4出口与混合器5给水端连接，混合器5出口与对流段6入口连接，对流段6出口与辐射段7入口连接，辐射段7出口与旋风分离器9入口连接，旋风分离器9蒸汽出口与过热段8入口连接，旋风分离器9底部饱和水出口连接至上集箱10入口，上集箱10底部出口与下集箱11顶部入口相连，下集箱11底部排污口设置排污阀12，下集箱11侧顶部出口与混合器5饱和水入口相连，并在二者之间的管道上设置止回阀13，过热段8出口为最终的过热蒸汽出口15。

上述调节pH单元3根据采油废液的二氧化硅含量对pH进行适当调节，典型的实例为当二氧化硅含量为50mg·L^-1时pH应调节至7.2以上，当二氧化硅含量为80mg·L^-1时pH应调节至9.5以上，当二氧化硅含量为120mg·L^-1时pH应调节至11.0以上，二氧化硅含量为其它值时通过插值取得相应的pH调节值；

上述的除悬浮物、除硬度单元2可将采油废液的悬浮物和硬度分别处理为2.0mg·L^-1、0.1mg·L^-1以下；除硬度为去除采用废液中的钙离子和镁离子；

上述辐射段7壳体为卧式圆筒形状，所述对流段6和过热段8的壳体为立式方箱结构，两壳体在空间上相互垂直；

上述对流段6内布置对流管束，对流管束为多排水平的蛇形管往复连接而成的单回程管束，管束在对流段6壳体内呈矩形布置；所述辐射段7内布置辐射管束，辐射管束由多排水平的蛇形管往复连接而成的单回程管束，并且沿所述辐射段7的壳体内壁呈环形排列；所述过热段8内布置过热管束，管束在过热段8壳体内呈矩形布置；

上述旋风分离器9，上集箱10和下集箱11均布置在炉体外侧，下集箱11的排污率低于5%，并且根据注汽锅炉的蒸发量，上集箱10与下集箱11之间可以为一根或多根连接管道；

辐射段7出口的蒸汽干度控制在70～80%范围内；混合器5的安装高度低于上集箱10的安装高度，并且高于下集箱11的安装高度。

Claims

1.以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统，其特征在于，包括除悬浮物、除硬度单元，调节pH单元，高压水泵，混合器，炉体，旋风分离器，上集箱和下集箱；炉体包括对流段、辐射段和过热段，过热段设置在对流段和辐射段之间；辐射段的进口端设有燃烧器；辐射段壳体为卧式圆筒结构，辐射段内布置辐射管束；过热段和对流段的壳体为立式方箱结构，与辐射段壳体在空间上相互垂直，过热管束和对流管束分别布置在过热段和对流段内；旋风分离器、上集箱和下集箱均布置在炉体外侧；除悬浮物、除硬度单元的出口和调pH单元入口相连，调pH单元出口连接高压水泵入口，高压水泵出口与混合器给水端连接，混合器出口与对流段入口连接，对流段出口与辐射段入口连接，辐射段出口与旋风分离器入口连接，旋风分离器蒸汽出口与过热段入口连接，旋风分离器底部饱和水出口连接至上集箱入口，上集箱底部出口与下集箱顶部入口相连，下集箱底部排污口设置排污阀，下集箱侧顶部出口与混合器饱和水入口相连，并在二者之间的管道上设置止回阀，过热段的出口为过热蒸汽出口。

2.根据权利要求1所述的以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统，其特征在于，除悬浮物、除硬度单元的入口连接采油废液。

3.根据权利要求1所述的以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统，其特征在于，所述除悬浮物、除硬度单元，用于将采油废液的悬浮物和硬度分别处理为2.0mg·L^-1、0.1mg·L^-1以下。

4.根据权利要求1所述的以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统，其特征在于，所述辐射管束由多排蛇形管往复连接为单回程管束，管束沿辐射段壳体呈圆形排列；所述对流管束由多排蛇形管往复连接为单回程管束，管束在壳体内呈矩形排列；所述过热管束由多排蛇形管往复连接为单回程管束，管束在壳体内呈矩形排列。

5.根据权利要求1所述的以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统，其特征在于，所述上集箱和下集箱均为圆筒结构，下集箱的排污率低于5%，上集箱与下集箱之间通过一根或者多根管道连接。

6.根据权利要求1所述的以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统，其特征在于，辐射段出口的蒸汽干度为70～80%。

7.根据权利要求1所述的以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统，其特征在于，混合器的安装高度低于上集箱的安装高度，并且高于下集箱的安装高度。

8.根据权利要求1所述的以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统，其特征在于，所述调节pH单元，用于调节除悬浮物、除硬度单元处理后的采油废液的pH值，使得采油废液中的硅始终以硅酸盐的形式存在。

9.根据权利要求1所述的以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统，其特征在于，所述调节pH单元根据采油废液的二氧化硅含量对pH进行调节：当二氧化硅含量为50mg·L^‐1时pH调节至7.2以上；当二氧化硅含量为80mg·L^‐1时pH调节至9.5以上；当二氧化硅含量为120mg·L^‐1时pH调节至11.0以上。

10.根据权利要求9所述的以仅除悬浮物和硬度采油废液为给水的过热注汽锅炉系统，其特征在于，当二氧化硅含量为其它值时调节pH单元通过插值取得相应的pH调节值。