CN113880263A - 一种改性污水诱导结垢装置及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油田回注水处理技术研究领域，特别涉及一种改性污水诱导结垢装置及处理方法。其包括诱导结垢管、补偿管、直通管、两个弯曲管道、两个变径接头、波纹伸缩管和阀门；诱导结垢管一端依次与第一变径接头、波纹伸缩管、第一弯曲管道、直通管连接；诱导结垢管另一端依次与补偿管、第二变径接头、第二弯曲管道、直通管连接；第一弯曲管道与波纹伸缩管连接处设有阀门，第二弯曲管道与第二变径接头连接处设有阀门，直通管上设有阀门。本发明将成垢离子诱导析出，从根本降低成垢离子含量，降低水体结垢趋势。
Description
技术领域
本发明涉及油田回注水处理技术研究领域，特别涉及一种改性污水诱导结垢装置及处理方法。
背景技术
近年来，国内很多油田已进入高含水期，采出水在回注过程中结垢问题日益突出。受采出液复杂性以及处理工艺影响，处理站处理流程、注水管网、井筒均不同程度出现结垢现象，主要表现在采出水站通过改性工艺进行采出水处理pH提升后，站内流程出现不同程度的结垢现象；采出水在出站前投加阻垢剂，降低了外输水的结垢速率，但随着下游流程压力、温度、流动状态的变化，仍出现不同程度的结垢现象，造成地面管输压降增高、水表结垢造成读数不准、井口闸门关不严的现象日益突出；采出水注入井筒，随着外界条件变化，井筒内同样出现不同程度的结垢现象，导致水井欠注或注不进，测调遇阻，水井卡管柱等现象，回注水结垢问题严重影响了油田的生产。
国内外进行了大量结垢机理、结垢模型、结垢预测等研究，实施了多种防盐解盐、防垢解堵工艺措施，但所做的工作和取得的效果不够明显。因此急需一种从源头根本上解决注水系统下游结垢问题的方法。
发明内容
本发明主要目的是提供一种改性污水诱导结垢装置及诱导改性污水结垢处理方法。所述装置人为改变水体化学热力学条件创造结垢环境，诱导水体在预定的装置内结垢，最大限度的消耗掉水体结垢因子，使水体稳定性大大增强，结垢趋势减弱，从根本源头治理结垢问题，避免在后续注水系统和井筒中结垢。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种改性污水诱导结垢装置，其包括诱导结垢管、补偿管、直通管、两个弯曲管道、两个变径接头、波纹伸缩管和阀门；
诱导结垢管一端依次与第一变径接头、波纹伸缩管、第一弯曲管道、直通管连接；诱导管另一端依次与补偿管、第二变径接头、第二弯曲管道、直通管连接；第一弯曲管道与波纹伸缩管连接处设有阀门，第二弯曲管道与第二变径接头连接处设有阀门，直通管上设有阀门。
优选地，诱导结垢管内填充VH型多级流体力学组件，诱导结垢管内填充VH型多级流体力学组件，组件呈与诱导结垢管内径一致的圆柱体状，高度200mm为一组，在诱导结垢管装置4m长，共20组VH型多级流体力学组件，相邻两组件呈90°夹角填充至诱导结垢管内；每个组件由水利直径在 10mm～20mm之间的直角波纹板组合而成，相邻板平面夹角90°，与水流方向呈45°夹角，使水流经过诱导结垢段，不断碰撞、变换流体形态，成垢离子相互碰撞，促使晶核快速形成，有利于结垢的发生。
优选地，直通管内径为100mm～300mm，诱导结垢管、补充管内径均为 300mm～500mm，诱导结垢管、补充管总长度为3～5m。各管道参数在所述范围内，可需满足水体流速由0.40m/s～0.65m/s降至0.15m/s～0.24m/s，需满足水体在诱导结垢管内停留时间15s～30s。
优选地，诱导结垢管、补偿管、直通管和弯曲管道材质为碳钢，管道内表面涂覆耐腐蚀涂层；管道为圆筒形结构。
本发明还提供利用以上所述改性污水诱导结垢装置诱导结垢的方法，其包括：在水处理站水处理流程改性工艺后端，安装诱导结垢装置；打开第一弯曲管道与波纹伸缩管连接处的阀门，第二弯曲管道与第二变径接头连接处的阀门，关闭直通管上的阀门，将改性后的污水注入改性污水诱导结垢装置，控制注入水流速为0.40m/s～0.65m/s，运行一段时间后，待装置进出口压降达到0.2MPa时，开启直通管上的阀门，关闭第一弯曲管道与波纹伸缩管连接处的阀门，第二弯曲管道与第二变径接头连接处的阀门，将诱导结垢段拆卸酸洗。
根据离子不相容理论、热力学条件变化论、结晶动力学机理，对影响结垢的因素进行分析。
(1)pH值，碱性的环境下，HCO3 -会反应生成CO3 2-，从而生成难溶的碳酸盐垢，因此在碱性环境中，随着pH值的增加碳酸盐垢也会不断增加。采出水通过改性工艺后，pH值上升幅度明显，有效提升CaCO3的结垢趋势，如图1所示。
(2)压力，温度一定时，压力降低，促进结垢。水经超细化工艺处理后，CO2分压下降明显，结垢趋势增加，如图2所示，同时诱导结垢装置内部填料构造设计，使处理液流经装置时，处于湍流条件，细小的流体力学组件使流体局部压力产生变化，有利于结垢的发生。
(3)流速，室内模拟不同流速条件下结晶规律研究表明：流速低，成垢速度快，如图3所示。本发明诱导结垢装置通过扩大管径，改变液体流速，符合不同流速下晶核数增长曲线。同时诱导结垢装置内部填料构造设计，使处理液流经细小的流体力学组件，不断变化流动状态，成垢离子相互碰撞，促使晶核快速形成，有利于结垢的发生。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果：
本发明利用改性工艺pH值升高的水体环境，通过诱导结垢装置改变水体化学热力学条件，集成了降压、紊流、诱导结晶等多种强化结垢措施，人为创造结垢环境，诱导水体结垢，消耗水体结垢因子，避免水体在后续管线设备中结垢。
与其他物理防垢工艺(提升水体活化性或是干扰成垢等)不同，本发明将成垢离子诱导析出，从根本降低成垢离子含量，降低水体结垢趋势。
本发明所述诱导结垢装置为管道式结垢，占地面积小，拆装方便，便于在水处理流程中安装利用，运行过程中需要对装置定期酸洗(需结合对应水质制定酸洗周期)，将在装置内部析出的垢除去即可恢复正常使用功能。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一具体实施例中pH值与成垢指数S曲线图；
图2为本发明一具体实施例中二氧化碳分压与碳酸钙溶解度曲线图；
图3为本发明一具体实施例中不同流速下晶核数增长曲线图；
图4为本发明一具体实施例中改性污水诱导结垢装置示意图；
图5为本发明一具体实施例中改性污水诱导结垢处理方法流程图。
其中，1.诱导结垢管，2.补偿管、3.第二变径接头，4.阀门，5.第二弯曲管道，6.直通管，7.第一变径接头，8.波纹伸缩管，9.阀门，10.第一弯曲管道，11.阀门。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
如图4所示，所述改性污水诱导结垢装置其包括诱导结垢管1、补偿管 2、直通管6、两个弯曲管道、两个变径接头、波纹伸缩管和阀门；
诱导结垢管1一端依次与第一变径接头7、波纹伸缩管8、第一弯曲管道10、直通管6连接；诱导结垢管1另一端依次与补偿管2、第二变径接头 3、第二弯曲管道5、直通管6连接；第一弯曲管道10与波纹伸缩管8连接处设有阀门9，第二弯曲管道5与第二变径接头3连接处设有阀门4，直通管上设有阀门11。
诱导结垢管内填充VH型多级流体力学组件，组件呈与诱导装置内径一致的圆柱体状，高度200mm为一组，设计装置4m反应段共20组，相邻两组件呈 90°夹角填充至诱导结垢管内。每个组件由水利直径dh在10mm～20mm之间的直角波纹板组合而成，相邻板平面夹角90°，与水流方向呈45°夹角，使水流经过诱导结垢段，不断碰撞、变换流体形态，成垢离子相互碰撞，促使晶核快速形成，有利于结垢的发生。
装置中直通管与站内输水管线内径一致，管线内径一般在100mm～300mm，诱导结垢管、补充管内径需大于站内输水管线内径，一般在300mm～500mm，需满足水体流速由0.40m/s～0.65m/s降至0.15m/s～0.24m/s，结垢管、补充管长度设计需满足水体在结垢段停留时间15s～30s，一般长度范围在3～5m。
本装置针对应用水处理站日处理量2500m3/d～4000m3/d设计，站内输水管线为DN300管线，直通管管径与其相同，根据站内水质结垢离子含量设计结垢管、补充管总长度4m，内径500mm，实现水体流速由0.40m/s～0.65m/s 降至0.15m/s～0.24m/s，停留时间17s～27s，满足降低水体流速，加长结垢段停留时间的目的。
诱导结垢装置通过扩大管径，改变液体流速，实现水体流速由 0.40m/s～0.65m/s降至0.15m/s～0.24m/s，对照图3不同流速下晶核数增长曲线，在相同时间段内，流速越低，可观察到的晶核颗粒数越多，时间越长，流速低样品，晶核增加量越大，随流速的降低以及停留时间的增长，晶核颗粒数上升。
诱导结垢管、补偿管、直通管和弯曲管道材质为碳钢，管道内表面涂覆耐腐蚀涂层；管道为圆筒形结构。
实施例2
利用实施例1所述改性污水诱导结垢装置诱导结垢的方法，如图5所示，在水处理站水处理流程改性工艺后端，在多功能超细化水处理装置后端安装诱导结垢装置；打开阀门4、9，关闭阀门11，将改性后的污水由进水口注入改性污水诱导结垢装置，控制注入水流速为0.40m/s～0.65m/s，经诱导结垢管1，水体中成垢离子在该段结垢析出，再经出口出水口排出。经装置处理后，水体中成垢离子含量降低，结垢趋势降低。运行一段时间后，待装置进出口压降达到0.2MPa时，开启阀门11，关闭阀门4、9，将诱导结垢段拆卸酸洗。
经诱导结垢装置处理前后，水中成垢离子变化如下表1所示。
表1装置前后成垢离子变化量
由表1可知，改性后水体经过诱导结垢装置后，Ca2+离子含量由 456.9mg/L减少至304.6mg/L，降低明显，水体稳定性大幅提高。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种改性污水诱导结垢装置，其特征在于，其包括诱导结垢管、补偿管、直通管、两个弯曲管道、两个变径接头、波纹伸缩管和阀门；
诱导结垢管一端依次与第一变径接头、波纹伸缩管、第一弯曲管道、直通管连接；诱导结垢管另一端依次与补偿管、第二变径接头、第二弯曲管道、直通管连接；第一弯曲管道与波纹伸缩管连接处设有阀门，第二弯曲管道与第二变径接头连接处设有阀门，直通管上设有阀门。
2.根据权利要求1所述改性污水诱导结垢装置，其特征在于，诱导结垢管内填充VH型多级流体力学组件，组件呈与诱导结垢管内径一致的圆柱体状，高度200mm为一组，在诱导结垢管装置4m长，共20组VH型多级流体力学组件，相邻两组件呈90°夹角填充至诱导结垢管内；每个组件由水利直径在10mm～20mm之间的直角波纹板组合而成，相邻板平面夹角90°，与水流方向呈45°夹角。
3.根据权利要求1所述改性污水诱导结垢装置，其特征在于，直通管内径为100mm～300mm，诱导结垢管、补充管内径分别为300mm～500mm，诱导结垢管、补充管总长度为3～5m。
4.根据权利要求1所述改性污水诱导结垢装置，其特征在于，诱导结垢管、补偿管、直通管和弯曲管道材质为碳钢，管道内表面涂覆耐腐蚀涂层；管道为圆筒形结构。
5.利用权利要求1-4任一项所述改性污水诱导结垢装置诱导结垢的方法，其特征在于，其包括：在水处理站水处理流程改性工艺后端，安装诱导结垢装置；打开第一弯曲管道与波纹伸缩管连接处的阀门，第二弯曲管道与第二变径接头连接处的阀门，关闭直通管上的阀门，将改性后的污水注入改性污水诱导结垢装置，控制注入水流速为0.40m/s～0.65m/s，运行一段时间后，待装置进出口压降达到0.2MPa时，开启直通管上的阀门，关闭第一弯曲管道与波纹伸缩管连接处的阀门，第二弯曲管道与第二变径接头连接处的阀门，将诱导结垢段拆卸酸洗。
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