多效蒸发油田污水处理系统热力学分析与实验研究

【摘要】：目前绝大多数油田采用热力采油工艺,这就造成在原油开采过程中会产生大量的油田污水,而且一般具有成分复杂、矿化度高等特点。若仅仅采用外排、回注对其处理,不仅会造成水资源的大量浪费,而且将污染环境,因此如何对油田污水进行深度净化处理,使其能够回用于热采锅炉用水,将对采油工业产生巨大的经济效应和环保效应。本文针对深度净化处理工艺,研究了采用多效蒸发(Multiple Effect Evaporation, MEE)进行油田污水深度处理的技术可能性,从理论模拟和实验两方面对多效蒸发工艺进行了细致的研究,其中主要工作有：(1)建立了不同进料模式下MEE的Aspen Plus模型,并对其进行了热力分析,比较了不同系统的操作性能,重点探讨了蒸汽喷射器(Thermo Vapor Compressor, TVC)对MEE-TVC系统的影响规律及其原因。结果表明：①MEE与TVC耦合能显著提高MEE系统的操作性能；②对于MEE-TVC系统,存在一个最佳引射位置,合理安排TVC的引射位置,能够显著提高系统的操作性能；③TVC工作蒸汽压力的升高能提高MEE-TVC系统的性能,但其效果随着工作蒸汽压力升高而减小,因此对于MEE-TVC系统工作蒸汽压力不宜过高；④TVC混合蒸汽压力对MEE-TVC系统的影响比工作蒸汽压力的影响要显著得多,降低其混合蒸汽压力能够从多方面显著提高MEE-TVC系统的性能。(2)针对工程中广泛应用的并流MEE-TVC系统,建立了MEE-TVC耦合系统的优化设计模型,引入TVC位置变量,进一步研究了TVC引射位置对MEE-TVC操作性能的影响,将TVC操作参数和MEE系统各效操作参数统一作为集成决策变量,对系统的最优操作工况、TVC设计参数和TVC引射位置进行了综合优化设计与分析。优化模型能够同时满足等温差法和等面积法设计的要求,减少了重新建模的麻烦,并对这两种情况进行了比较,确定了TVC最优引射位置。(3)分别采用NaCl盐溶液、油田污水盐溶液对多效蒸发系统进行了系统性实验,主要探讨了进料流量以及浓度对系统各效操作状态和热力性能的影响规律。结果表明：进料流量对系统的操作状态影响显著,进料流量不同各效真空度也不同,进料流量和蒸汽流量存在匹配关系,当两者流量匹配最佳时,系统的造水比最大。通过对产品水质的分析,表明产品水质能够达到锅炉给水的水质要求,表明了多效蒸发系统用于污水深度净化的可行性。此外对改造后实验系统建立了各效操作状态的预测模型,通过与实验的对比证明了该数学模型的可靠性,为实验过程的动态优化调整给出方向,起到了指导作用。 【关键词】：多效蒸发 热力分析 优化设计 油田污水 性能实验
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X741
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-12
• 1 文献综述12-28
• 1.1 油田采出水净化处理的研究背景和意义12
• 1.2 油田污水简介12-17
• 1.2.1 油田污水的来源12-13
• 1.2.2 油田污水的特性13-16
• 1.2.3 油田污水的主要处理方式16-17
• 1.3 油田污水处理工艺17-20
• 1.3.1 回注处理工艺18
• 1.3.2 外排处理工艺18-19
• 1.3.3 回用处理工艺19-20
• 1.4 国内外油田污水深度净化处理的现状20-22
• 1.4.1 RO反渗透技术20
• 1.4.2 电渗析技术20-21
• 1.4.3 离子交换技术21
• 1.4.4 蒸发法21-22
• 1.5 国内外蒸发法净化处理的研究进展22-26
• 1.5.1 机械压汽蒸馏(MVC)22-23
• 1.5.2 多级闪蒸(MSF)23-24
• 1.5.3 多效蒸发(MEE)24-26
• 1.6 本文研究内容26-28
• 2 多效蒸发系统的Aspen Plus热动力分析28-58
• 2.1 多效蒸发系统的典型流程28-34
• 2.1.1 不同进料方式的MEE流程29-31
• 2.1.2 不同预热方式的MEE流程31-32
• 2.1.3 多效蒸发与压汽蒸馏耦合流程32-34
• 2.2 多效蒸发系统的Aspen Plus模型34-39
• 2.2.1 MEE模型基本单元的建立34-35
• 2.2.2 MEE-TVC耦合模型建立35-38
• 2.2.3 MEE-TVC系统的Aspen Plus模型验证38-39
• 2.3 多效蒸发系统热力性能分析39-57
• 2.3.1 效数及有无TVC引射对系统性能的影响40-43
• 2.3.2 TVC引射位置对MEE系统性能的影响43-48
• 2.3.3 蒸汽压力对MEE-TVC操作性能的影响48-57
• 2.4 本章小结57-58
• 3 多效蒸发系统的优化模型58-70
• 3.1 MEE-TVC耦合系统优化模型的建立58-65
• 3.1.1 过程描述58-59
• 3.1.2 模型假设59
• 3.1.3 目标函数59-60
• 3.1.4 约束条件60-64
• 3.1.5 其他约束64-65
• 3.2 多效蒸发系统优化模型验证65-66
• 3.3 MEE-TVC耦合系统优化与分析66-69
• 3.3.1 等温差法优化设计66-68
• 3.3.2 等面积法优化设计68-69
• 3.4 本章小结69-70
• 4 多效蒸发系统的实验研究70-89
• 4.1 六效顺流油田污水净化系统设计70-77
• 4.1.1 实验设备71-75
• 4.1.2 测量仪表75-76
• 4.1.3 气密性检验76-77
• 4.2 实验核心问题的解决方案77-78
• 4.2.1 真空系统的稳定实现77-78
• 4.2.2 末效排水方式的改进78
• 4.3 实验操作流程78-79
• 4.3.1 试验准备78-79
• 4.3.2 实验步驟79
• 4.4 实验结果与分析79-82
• 4.4.1 进料流量对各效真空度的影响79-80
• 4.4.2 进料流量对造水比的影响80
• 4.4.3 原料液浓度对各效真空度的影响80-81
• 4.4.4 原料液浓度对造水比的影响81-82
• 4.4.5 产品水质分析82
• 4.5 实验系统模型预测82-87
• 4.5.1 过程描述82-84
• 4.5.2 模型建立84-87
• 4.5.3 模型预测87
• 4.6 本章小结87-89
• 结论89-90
• 展望90-91
• 参考文献91-95
• 附录A 符号说明95-97
• 创新点摘要97-98
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况98-99
• 致谢99-100

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