將富余污水資源化處理后替代地下清水回用鍋爐，可以保護油區生態環境，保證油田節能降耗、用水平衡，滿足油田可持續發展和創建環境友好型、資源節約型企業的當務之急，也符合油田循環注采理念。依據稠油采出污水的水質特點以及熱采鍋爐用水的水質要求，比較了不同工藝的技術特點、水質適應性、工藝可靠性以及投資及運行成本，通過工藝設計計算，給出了在相同設計條件下不同工藝系統關鍵設備的關鍵工藝參數，得出了不同工藝所需要的設備投資和運行成本，并進行了技術和經濟性對比。提出了相應的工藝方案，為油田選擇可行的污水資源化回用處理工藝提供參考。

　　1 稠油污水特點及資源化回用要求

　　選取了勝利油田幾個典型的稠油區塊的采出污水進行了水質特性總結，并與注汽鍋爐用水標準進行了資源化對比，如表 1所示。

　　由表 1可以看出，稠油污水中除了總堿度指標滿足鍋爐回用標準，其他諸如含油、懸浮物、總硬度、礦化度等指標均高于注汽鍋爐回用水質要求。其中油脂和懸浮物容易影響傳熱、破壞設備，且容易堵塞管道，采用常規的預處理技術諸如化學、重力、絮凝沉降、氣浮、精細過濾等過程即可將其去除掉。而過高的礦化度和硬度則會使設備腐蝕、結垢、積鹽，從而降低鍋爐出力、縮短設備壽命。在國內油田沒有采用常規工藝處理類似水質并使污水資源化工程的案例，因此研究適于高鹽高硬稠油污水的脫鹽除硬工藝，成為稠油污水資源化回用的關鍵所在。

　　2 稠油污水脫鹽除硬工藝及應用現狀

　　目前國內常用脫鹽除硬工藝包括：離子交換法、電滲析法、雙膜法以及蒸餾法。其中離子交換法僅適用于礦化度低于4 000 mg/L，總硬度低于300 mg/L的污水處理，可用于終端除硬。電滲析法對于高礦化度(TDS>10 g/L)油田污水除鹽率低，易出現濃差極化，因此適合于初步脫鹽工藝。雙膜法除鹽率高、占地小、能耗低，但對于高鹽高硬污水，雙膜法產水率低、需深度預處理、污泥量大、易污染、膜要求高、高溫污水需要預先降溫處理，因此其更適用于低礦化(TDS < 10 g/L)的污水處理。針對上述處理困難，國內外的專家學者提出利用蒸餾法實現油田污水的脫鹽方法。蒸餾法是將污水加熱蒸發為蒸汽并冷凝為淡水的脫鹽工藝。該類工藝特點是對污水水質預處理要求寬松，產出水水質好，產率穩定，不受含鹽量影響，同時可以充分利用污水余熱，產水溫度高，節約鍋爐加熱能耗，特別適合于高鹽高硬污水處理。因此優先考慮采用蒸餾法處理油田污水。蒸餾法依據所用能源、設備和流程不同可分為3種：多效蒸發(MED)、機械壓縮蒸發(MVC)和熱力壓縮蒸發(TVC)。

　　2.1多效蒸發

　　多效蒸發是一種應用較早的海水淡化工藝，采用逐級減壓蒸餾原理，由若干單元蒸發器串聯起來，除第1效的加熱蒸汽來自鍋爐外，后續各效的加熱蒸汽均來自前一效產生的二次蒸汽，因此效數越多，運行能耗越低，但投資會增加。

　　2.2壓縮蒸餾

　　壓縮蒸餾是利用壓縮機把蒸發過程所產生的二次蒸汽壓縮，使之增壓和升溫(溫升4——15℃左右)，再作為加熱蒸汽使用，使自身冷凝為淡水，如此循環使得蒸汽潛熱被反復利用。根據壓縮能量來源不同將壓縮蒸餾分為機械壓縮(MVC)和熱力壓縮(TVC)。其中機械壓縮不需要外部蒸汽補汽，僅靠機械能轉化為熱能，該類工藝過程效率高、能耗低、過程不需要冷卻水、結構緊湊。TVC工藝與MVC工藝相比，它采用的是熱力學完善度相對較低的熱力壓縮機(蒸汽引射器)，代替了熱力學完善度較高的機械壓縮機，除水泵外它不需要消耗電能，僅用高壓蒸汽的熱能驅動，可以直接利用生產中的富余熱能，節省了電能。由于TVC工藝運行簡單可靠，維護成本低，無運動部件，受到人們的廣泛關注。

　　3 工藝方案比較及優選

　　3.1技術性能比較

　　為進一步對上述3種蒸餾工藝進行比較分析，采用不同工藝設計了一套水產量不低于5 000 t/d油田污水資源化脫鹽裝置。其中污水處理量6 250 t/d、污水含鹽量0.015 kg/kg、污水溫度55℃、產水率80%。將單效MVC系統(污水蒸發溫度100℃，壓縮機出口蒸汽溫度為107℃，降膜蒸發器傳熱溫差為7℃)、單效TVC系統(主蒸汽壓強為1 MPa，主蒸汽溫度為180℃，污水蒸發溫度為100℃，熱力壓縮機蒸汽出口溫度為120℃)及6效MED系統(第1效加熱蒸汽溫度為120℃，末效即第6效加熱蒸汽溫度為79℃)的工藝設計模擬計算結果一并列在表 2。

　　從表 2可以看出：

　　(1)裝置規模。在相同污水溫度、相同淡水產量的情況下，MED系統所需要的蒸發傳熱面積最小，而MVC系統和TVC系統的傳熱面積基本上相近。而系統預熱所需預熱傳熱面積MED最大，而MVC系統和TVC系統的預熱面積基本上相當，而MED所需凝汽器傳熱面積較高。總體來說，MVC所需總換熱面積(7 509.3 m2)最小，TVC(8 196.7 m2)次之，MED所需換熱面積(8 272.87 m2)最高，與TVC大致相近。具體聯系污水寶或參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

　　(2)基本能耗。由于3種系統的工作原理并不完全相同，很難用一個統一的參數進行比較。MVC系統的單位電耗為21.06 kW·h/t，TVC系統的當量耗熱為235 kW·h/t，6效MED系統的當量耗熱為122.3 kW·h/t。從這一結果可以看出，即使在MVC系統保持較大傳熱溫差的前提下(計算時，考慮了壓縮機的效率為65%)，仍然以MVC系統的能量消耗最小。當然，MVC系統消耗的主要是電能，而TVC系統和MED系統消耗的主要是蒸汽的熱能。但這一事實不能改變上面的結論，因為，即使考慮熱能到電能的轉換系數為1/3，MVC系統的等效能耗也只有63.18 kW·h/t，仍然遠遠小于MED系統和TVC系統的等效能耗。需要指出的是，盡管單效TVC系統的當量耗熱明顯大于6效MED系統的，但MED系統付出的代價是傳熱面積的增大。

　　(3)系統污水消耗量及其他。對蒸發法來說，往往需要大量的冷卻水來帶走系統過剩的熱量。顯然，系統所需要的冷卻水量越大，相應地所消耗的泵功也就越大，當然，導致系統的能量消耗也會增大。按表 2給出的結果，6效MED系統、單效TVC系統和單效MVC系統水泵的總污水流量(包括處理污水量和冷卻污水量)依次為48 580、6 250、6 250 t/d。MED過大的冷卻水排放除了環境的因素外，如果假定水泵的效率完全相同，那么6效MED系統所消耗的泵功幾乎是MVC或TVC系統的7.77倍。還需要說明的是，根據表 2給出的方案，不論是MVC系統還是TVC系統，都是正壓運行的，不需要為維持系統的負壓狀態而付出額外的功。而6效MED系統必須在較高的負壓狀態下工作(末效即第6效的蒸發絕對壓強只有0.031 2 MPa。顯然，為了維持系統的這一真空狀態，必須付出額外的電功。當然，這3種系統的復雜程度也不一樣。MED系統要遠遠比其他兩個系統復雜。顯然，系統的復雜程度也是在進行工藝選擇時必須考慮的主要因素之一。根據以上技術特點最后將3種不同蒸發工藝和傳統蒸發器工藝特點進行對比，結果如表 3所示。

　　表 3分析了能耗、占地面積、對產品質量影響、利用能源種類、自動控制程度和系統穩定性，通過對比可以看出，MVC蒸發器在能耗方面和自動化程度以及穩定性上，都占據絕對優勢。

　　3.2經濟評價

　　為了比較各個工藝運行的成本及投資成本，按照設計參數進行了完備的經濟性評價。主要包括設備投資，其中設備主要包括預熱器、蒸發器、蒸汽壓縮機、凈化水泵、循環水泵、噴射器。運行成本主要包括用電、阻垢劑、人工費用以及設備的維修折舊。其中工藝每年工作8 000 h。固定資產的折舊年限為15 a，職工福利費用為工資的20%。固定資產殘值為4%，維修費用為初投資5%。最后將各個工藝計算所得初投資及運行成本列于表 4。

　　可以看出：

　　(1)從初投資的角度考慮，MED系統耗資最多，MVC工藝次之，TVC系統投資最少，約為MED系統的一半左右。

　　(2)從運行成本的角度出發，若考慮蒸汽成本，則TVC耗廢蒸汽最多，因此其運行成本最高，MED系統耗汽約為TVC的一半左右，因此運行費用也為TVC工藝的一半左右，MVC系統耗費電能少，總體運行費用也最低。若不考慮蒸汽的費用，TVC成本最低(約為2.19元/t);MED成本次之(約為3.78元/t)，此時無論是投資成本還是運行成本，MVC較之TVC都不占優勢。

　　綜合上面的分析，根據油田污水淡化規模要求一般較小和必須分散布置的前提下，若不考慮設備投資成本，那么：(1)對于蒸汽資源緊張，價格昂貴，但是有充足電力供應且電價便宜的場合，可以優先選用MVC系統;(2)如果有大量廢棄的高參數蒸汽(壓強最好在1 MPa左右)，那么應該優先考慮選用TVC系統;(3)如果有足夠的廢蒸汽(壓強在0.2——0.3 MPa的蒸汽)，那么可以考慮采用MED系統。

　　4 結論

　　(1)通過對比分析指出，離子交換進水要求高，適合作為終端除硬工藝;電滲析法除鹽不徹底，可作為初級脫鹽工藝;雙膜工藝對于能耗低、脫鹽效果好，但對于高鹽污水面臨生物活性低、易污染等特點。

　　(2)蒸餾工藝出水水質好，產水率穩定，不受含鹽量影響，同時可以充分利用污水自身余熱，特別適合高鹽高硬污水深度脫鹽處理。

　　(3)對于電價便宜的區塊，污水脫鹽優先考慮MVC系統;對于現場有一定量廢蒸汽場合，可采用MED工藝;對于具有足夠高壓蒸汽的場合，采用TVC為首選方案。(來源：第一環保網)