固定床钠离子交换器间歇正洗节水技术

目前，稠油油田热采耗水量是油田中最多的，虽然对采出水进行处理后循环利用，仍然要消耗大量清水。普遍使用的固定床钠离子交换器具有设备简单、操作方便、对各种水质适应性强的优点，但是树脂利用率低，连续再生清洗时间长，自耗水量大。对交换器连续正洗改为间歇正洗的最初设想进行了论证，并改造优化设备本体结构和运行参数，采用地 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 水源水试验和规模投入运行证明，固定床钠离子交换器间歇正洗是一项值得推广有效的节水技术。1改造前的钠离子交换器.1.1结构双级钠离子交换器由一级和二级两个软化罐串联，交换器底部排水装置结构见图1。由于排气阀口径小，直径2.5mm；软化罐出口距罐底高度为25～30cm，此间污水不能以重力方式自然排出。每次正洗排水时，钠离子交换器集水器水帽下端与罐底之间存有一定量浓离子水无法排出。1.2正洗钠离子交换器运行程序分运行、停止、反洗、进盐、置换、一级正洗、二级正洗7个步骤进行。当置换完成后，进入一级正洗：生水经一级罐由上向下连续正洗排放，其流量由排污限流器控制，以排出水硬度为0、与生水Cl-质量浓度之差小于50mg·L-1为合格。一级正洗结束后，进入两级串联正洗，生水经二级罐由上向下连续正洗排放，其流量由排污限流器控制，以排出水硬度为0、与生水Cl-质量浓度之差小于50mg·L-1为合格。1.3单次再生正洗排水量钠离子交换器处理水量23m3·h-1，再生耗水量如表1所示。图1钠离子交换器底部排水装置结构Fig.1Thedrainagestructureofthebottomsodiumionexchange固定床钠离子交换器间歇正洗节水技术刘建桥1，李鹏程1，彭健2，易珉3（1.中国石油新疆油田重油开发公司，新疆克拉玛依834000；2.中国石油新疆油田技术监督检测中心，新疆克拉玛依834000；3.中国石油新疆油田供热公司，新疆克拉玛依834000）摘要：固定床钠离子交换器连续正洗的方式多年来一成不变，通过对双级钠离子交换器正洗排污以及内部结构 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，提出间歇正洗方式。通过对设备进、排气阀和排水管、阀的技术改造以及设计新的工作程序，分析排污水质，优化运行参数，节水率达70%。关键词：固定床钠离子交换器；间歇正洗；设备改造；节水中图分类号：X741文献标识码：B文章编号：1000-3770(2010)10-0122-003收稿日期：2009-12-29作者简介：刘建桥（1968－）男，工程师，主要从事油田地面工艺工作联系电话：0990-6865072；E-mail：ljq_zy@petrochina.com.cn项目一级正洗二级正洗瞬时流量/L·min-1设置时间/min排污量/m3单次再生总耗水量/m3189.2305.6769.081113.5303.405表1钠离子交换器再生耗水Tab.1Regenerationwaterofsodiumionexchange第36卷第10期2010年10月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.10Oct.,20101221.4离子变化经钠离子交换后，原水中碳酸盐硬度变成碳酸氢钠，碱度不变，但由于n（Na+）：n（1/2Ca2++1/2Mg2+）的数值大，所以软化水的含盐量没有降低，比原水略提高ΔB：ΔB=0.15ρ(Ca2+)+0.89ρ(Mg2+)式中，ρ(Ca2+)、ρ(Mg2+)是原水中Ca2+、Mg2+的质量浓度。2树脂间歇清洗机理2.1树脂中含水分析空隙水：被树脂包围着的间隙水，不与树脂结合，作用力弱，空隙水可以利用重力作用，通过停留一定时间分离出来。通过试验测量，空隙水约占树脂中水分总量的70%。表面吸附水：树脂表面的水化层。树脂孔隙水：树脂内部是一个立体网状结构，形成许多四通八达的孔隙，孔隙里充满了水分子，这部分水和交换离子构成浓度很高的溶液。树脂层含水见图2。离子交换是个动态平衡的过程，树脂连续清洗过程可以看作是树脂层中的浓盐水由上到下逐渐被水稀释的过程，水流速的大小影响到树脂中离子的扩散速度，树脂的表面积大，表面张力作用吸附一部分水分，表面有一定黏附力。空隙中的水溶进了大量离子，树脂上部的水流经树脂层时，水一边流动，一边同树脂中的离子发生交换。间歇正洗设想：正洗步骤开始时，先不用清水进软化罐，而是将软化罐里的再生液放掉，然后用少量清水注入软化罐，排放干净后，再次注入清水，再次排尽，如此反复n次，避免连续正洗的前置液体对后置液体的混合污染。2.2正洗数模设：置换完毕后，水中有离子C1，排水后，残余水量w，正洗用水V，将V水分成n次使用，每次用量依次为v1，v2，…，v，经过n次正洗，树脂中的离子达到要求。经过n次正洗后，树脂中残留离子量为cn：cn=c1（1+v1w1）（1+v2w1）…（1+vnw1）（1）如果要树脂中残余离子量cn最小，只要(1+v1w1)(1+v2w1)…(1+vnw1)最大。可得：(1+v1w1)(1+v2w1)…(1+vnw1)≤(1+v1w1)(1+v2w1)…(1+vnw1)n≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤n=(1+Vnw)n，cn≥c1(1+Vnw)n（2）V=v1+v2+…+vn一定，仅当1+v1w1=1+v2w1=1+vnw1，即：a1=a2=…=an时取等号。设树脂中残留离子量为c时正洗合格，每次加水量v为定值，c＝c1(1+Vnw)n，n＝log(1+vw)c1c为最佳次数。每次进水量v为定值，当n充分大时，树脂中残留离子量最少。树脂中残存水量w越小，树脂最后残存的离子量就越少。3钠离子交换器间歇正洗改造3.1交换器本体工艺改造在罐底中央向下开一直径30cm、深度10cm的槽，槽内安装带有4个排水帽的排水器，排水管规格为DN50mm，阀门采用程序控制气动对夹式碟阀；为加快排水速度，且不破坏容器本体承压性能，在软化罐进水管线上加DN25mm排气阀；一、二级图3改造后钠离子交换器结构Fig.3Thestructureofsodiumionexchangeaftertransformation图2树脂层含水Fig.2Resinlayerofwater刘建桥等，固定床钠离子交换器间歇正洗节水技术123!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!INTERMITTENTWASHWATER-SAVINGTECHNOLOGIESBYFIXEDBEDIONEXCHANGEOFSODIUMLiuJianqiao1,LiPengcheng1,PengJian2,YiMin3（1.PetroChinaXinjiangOilfieldHeavyOilDevelopmentCompany,Karamay834000,China；2.PetroChinaXinjiangOilfieldTechnicalInspectionandTestingCenter,Karamay834000,China；3.PetroChinaXinjiangOilfieldHeatingCompany,Karamay834000,China）Abstract:Thecontinuouswashingbyfixedbedofsodiumionexchangeisunchangedovertheyears,throughtheanalysisoftwo-stageionexchangeofsodiumandinternalstructureofthesewage,intermittentpositivewayofwashingwasproposed.Throughthetechnologicaltransformationoftheexhaustvalveanddrainvalve,andthedesignofnewprocedures,analyzingthewaterqualityofsewage,optimizingtheoperatingparameters,water-savingratecanreach70%.Keywords：fixedbedionexchangeofsodium;intermittentwaterwashing;equipmentmodification;waterconservation表22种正洗排水离子对比（ρ/mg·L-1）Tab.2Comparisonoftwopositiveionswashwater正洗方式10min15min20min第2次第3次两级串联洗Cl-硬度Cl-硬度Cl-硬度Cl-Cl-硬度Cl-硬度Cl-硬度Cl-硬度一级正洗二级正洗54215很大0.844105很大0.217152.207600--530-72-1203455.074.1-5.0-0硬度连续正洗25min第1次间断正洗正洗排污阀规格改为DN65mm；拆除原排污管线上一级正洗、二级正洗限流器。3.2阀件配套技术阀的优选是设备改造成功与否的关键。罐底阀：要求快速彻底排出罐内水，阀的开启必须到位，即阀只有开启和关闭两个位置，因此采用对夹式气动蝶阀。罐顶吸、排气阀：口径大，吸、排气速度快，自动启、闭到位。因此，选用DN25mm快速排气阀替代原装直径2.5mm小口径排气阀，排气能力是普通排气阀的多倍，加快了吸、排气速度，保证交换器达到最快进、排水速度，且简化了控制程序，降低了改造成本。4水质分析与参数优化4.1水质分析水质分析结果见表2。4.2程序、参数优化（1）一级正洗：置换后4min开始进水，进水时间设定为4min，排水时间设定为8min，反复进水、排水3次。（2）二级正洗：一级正洗第1次进水时，二级罐也同时排空，将二级罐进水、排水反复3次。进水时间设定为3min，排水时间设定为7min。（3）两级串联正洗3min。5改造前后正洗耗水量测算对比对改造前后钠离子交换器正洗排水量进行了测试。采用TDS-100P型超声波流量计，测点选在钠离子交换器进口直管段上。改造前正洗耗水量12.8m3，改后正洗耗水量9.74m3，节水率70%。6结论固定床双级钠离子交换器间歇正洗工艺与连续正洗工艺相比，节水率达70%；钠离子交换器底部排水装置可同时采用高位排水和低位排水2种方式；气动蝶阀用于底部排水，保证启、闭到位。大口径吸、排气阀的应用，简化了改造和控制程序，降低了成本。水处理技术第36卷第10期实现污水资源化，提高再生水利用率.124