旋膜式除氧器在海上热采锅炉给水处理中的应用
 

     针对使用旋膜式除氧器工艺进行海上锅炉给水处理的新技术，阐述旋膜式除氧器的工作原理和技术要点，通过实例探讨旋膜式除氧器在海上热采锅炉给水处理中的应用，并与传统热力除氧进行对比。研究结果可为旋膜式除氧器后续在海洋平台上应用提供参考。
    渤海区域稠油油藏储量丰富。稠油油藏冷采开发普遍具有产能低、投资效益差的特点，根据陆地油田经验，蒸汽吞吐、蒸汽驱是开发稠油资源较有效且相对成熟的工艺技术，中海油在渤海地区从开始陆续在南堡和旅大油田进行热采吞吐实验并取得了一定效果，但由于稠油热采在海上推广时间较短，工艺仍有较大进步空间。
    在稠油热采项目中，注汽系统是关键因素，其中锅炉给水处理系统是注汽系统实施的要条件。
对于海上锅炉给水处理工艺，许多学者进行了研究和探讨。针对渤海不同蒸汽干度指标提出了锅炉给水处理系统流程；系统提出了一套适合海上平台热采开发的锅炉水处理工艺。
    在锅炉的腐蚀研究中，氧通过形成闭塞电池的方式对锅炉发生腐蚀。在锅炉设备的腐蚀问题上，氧腐蚀主要通过氧的浓度、LU的影响、水的温度、水中离子以及水的流速等因素影响腐蚀速度。其中氧的浓度是要因素，要防止氧腐蚀，主要的方法是减少水中溶解氧的含量。对目前石油石化行业锅炉除氧技术进行了总结，并提出膜分离技术具有很好的应用前景。
海上热采油田锅炉给水处理传统工艺
    海上热采油田对于锅炉给水系统的常见处理流程如图"所示（以地层水源为例）。地层水由提升泵提升到平台上，经过自动反冲洗过滤器过滤大颗粒悬浮物，再经过换热器调节水温至!B! =Bt。之后经过超滤进一步去除悬浮物，再经过脱盐软化工艺去除可溶性固体和硬度，软化水输送至脱氧工艺降低含氧量达到锅炉进水标准。目前海上平台常用的设计是热力除氧，将含氧量去除到#7#!S-／X以下。热力除氧是利用亨利原理，将要处理的水加热到除氧器工作压力相应的沸腾温度，使溶解于水中的氧和其他气体解析出来。对于海上热采脱氧单元的工艺从设备初始投资、占地面积以及后期维护上进行了初步调研对比，考虑到热力除氧应用成熟、后期维护便利，推荐采用旋膜式除氧器脱氧。但是热力除氧一般高度在:7BS左右，且重量可观，需高位布置，对于海上平台空间有限以及重量控制严格的条件下，具有一定的使用局限性。
图1海上热采锅炉水处理典型流程
    旋膜式除氧器在海上热采锅炉给水处理中的应用成熟，已工业化应用。对旋膜除氧用于在海上注水处理的应用性与脱氧塔做了对比，并认为膜脱氧在海上油田有适应性和推广价值。本文主要对旋膜除氧在海上锅炉水处理系统中的应用做出分析和要点介绍，并与传统热力除氧进行优缺点对比分析。常见旋膜式除氧器除氧组件结构如图1所示。
旋膜式除氧器系统配置
    由表1和表2可知，除氧单元需将地层水中的溶解氧从"S-／X降至#7#!S-／X，膜除氧系统配置如下：设置M只膜，单只膜进水设计流量为 "BS=／*、操作压力为M##TH/I；单只膜氮气吹扫量为#7@8·S=／*，氮气纯度要求7AA7AAG；并配备相应的高纯氮气发生撬、真空泵、气液分离罐、脱氧水罐等。锅炉给水泵从脱氧水罐中取水输送至锅炉。膜组件的脱氧效果影响因素包括氮气纯度、压力的稳定性等。平台常规的氮气系统一般难以达到AA7AAG，因此单独设置"套高纯氮气撬为膜提供氮气；同时为保证膜的工作压力稳定，前端来水为软化水罐，出水设置脱氧水罐，用于储存旋膜除氧出水；为了防止脱氧水出现溶解的情况，脱氧水罐应采用高纯氮气隔氧密封。
真空侧单元的真空泵、气液分离罐用于保证氧气脱除所需的真空度，其中真空泵需要平台提供纯水作为工作液。
旋膜式除氧器系统原理如图=所示。
热力除氧器系统配置
    热力除氧器系统配置如下：设置!台喷雾填料式除氧器、单台处理能力为=#4／*，操作压力为 !#TH/I，所需要的蒸汽由锅炉提供。锅炉提供过来的蒸汽设计压力为"B!A##TH/I，温度=B:7@t，经减温减压装置调整至<##TH/I，"<#t。该装置需要提供部分软化水作为冷却水源。经热力除氧器后的除氧水压力为!#TH/I，温度"#M7:t，依靠高程差前往热力除氧器前软水加热器，后至锅炉给水泵运送至锅炉。
    在长期使用时，水中的有机物和矿物质会造成膜污染，影响膜的脱除性能和疏水性能，需定期进行清洗恢复，因此需设置"套化学清洗装置，清洗频率由膜脱除率和疏水性衰减的速率决定。
膜除氧系统原理
    该流程对设备布置有一定要求，由于增加除氧器操作压力会增加蒸汽耗量，因此除氧器操作压力不宜设置过高。为尽量减少中间加压，热力除氧器需布置于软水加热器上方，利用高程差通过加热器。
    此外喷雾除氧器应对负荷变化的适应性较差，为保证其良好的除氧效果，运行中负荷不宜过低，否则其雾化效果会变差，从而影响出水质量。
热力除氧系统原理如图M所示。膜分离与热力除氧性能参数对比
    针对处理能力:#4／*的除氧器，对以上两种工艺流程进行各方面的参数对比，结果见表M。由表M可看出，旋膜除氧综合比较起来具有一定优势，旋膜除氧由于是低温运行，避免了从锅炉引高压蒸汽管线至脱氧单元，减少了平台的风险点。
    热力除氧器系统原理旋膜式除氧器在海上热采锅炉给水处理中的应用时旋膜除氧正常运行状态下无投加药剂需求，自动化 水平更高。
表热力除氧与旋膜除氧参数对比
比较项目 热力除氧 膜除氧
分离原理 亨利定律 道尔顿分压定律和亨利定律
设计参数 "#7#S]<7#S]:7BS 膜组件："M&(]M支单支膜处理量："B!=BS=／*
占地面积／S!! @#! B#干重重量／4操作重 :#!"=!! =#MB
电消耗／（TY·*） !#! =#用气量 蒸汽:4／* 氮气=7:8S=／*（纯度&AA7AABG）药剂消耗量 无 用于膜性能恢复与实际使用情况有关
工作温度／t &"#M! B!M#（常温）极限脱除 出水D9：(<LLR 出水D9：(<LLR
优点 能同时去除氧气、二氧化碳、氮气等应用广泛高温除氧水可用于在冬季提高流程水温 常温运行占地少、重量小、布置灵活对负荷变化不敏感
缺点 高温运行、高位安装部分阀汽排放浪费能源设备体积大、重量大、维护不方便系统运行易受负荷波动 目前海上应用较少需额外提供高纯氮气源
初始投资／万元
维护  =年左右需要更换膜
针对旋膜式除氧器除氧技术在海上热采锅炉给水处理中的分析，得到以下结论：
    旋膜式除氧器除氧出水水质完全能满足海上锅炉进水要求，可应用于海上热采锅炉给水处理。和热力除氧相比，旋膜除氧具有重量轻、易操作、出水稳定和占地小等优点，节省蒸汽能源，尤其适用于总图布置困难、重量控制严格、蒸汽能源紧张的改造平台，具备很好的应用前景。
    旋膜除氧作为系统的一部分，与整体流程密不可分，本文是以地层水源为例，其他水源的处理流程与地层水源的差异需分别对待。因此在实际应用时，为保证旋膜除氧能达到良好的使用效果，需充分分析其与所在项目的锅炉水处理工艺流程的匹配度，如是否会对前端预处理流程造成影响以及影响程度分析、系统负荷波动情况等。