蒸发水处理系统中的污染物控制系统的制作方法

专利名称：蒸发水处理系统中的污染物控制系统的制作方法
技术领域：
最近，已采用蒸发器作为重油工业中的替换水处理，以处理从SA⑶设施产生的水。本发明介绍用于控制经过SA⑶处理引入的以及/或者SA⑶处理特有的污染物的装置。
背景技术：
在许多工业处理中将水用于各种应用如产生蒸汽、冷却、清洗、稀释、擦洗等等。日益努力通过最大化过程用水的再利用并且因此降低排放的废水的数量和新水补偿来节水，导致经济和环境效益。然而，再用过程用水具有它自己的挑战，因为过程用水通常在它的最初使用中被污染并且需要附加的处理如过滤、沉淀、絮结、蒸发或化学处理之后才能被再用。用于再用的过程用水的净化自身必须是高效并且经济的，并且它的程度由它的意图使用所确定。一种该方法是机械蒸汽压缩(MVC)蒸发，其中利用压缩机来产生压力和温度差，以驱动降膜交换器。压缩机提供压力和温度差，以驱动降膜热交换器产生高纯度蒸馏水产品和浓缩盐水产品。图14中的示意图描述了典型的MVC蒸发器系统。在采矿、制浆和造纸业广泛地使用蒸发器作为用于将固体浓缩成盐水或从废水流回收水的装置。在这些应用中，固体污染物通常可溶于水。但是，由于将蒸汽注入作为具有产品流体的热水而回收的地下蓄水池，SAGD过程可能引入通常不出现或者具有不同浓度的污染物。出现在蓄水池中的可溶于油和水的固体可能在任意给定时刻导致生成水质变化，这可能导致标准蒸发器设计中的操作问题。在SAGD工业中，必须处理从SAGD产出流体回收的产出水和针对损失数量增加的补充水，以去除各种污染物以满足用于锅炉的锅炉给水规范。该污染物包括水硬度、二氧化硅、矿石和残油/浙青。 如果在蒸汽生成之前没有从水中去除水硬度、二氧化硅、矿石，则它们将沉淀到锅炉中，导致降低的热传递、更低的容量、更高的锅炉管道温度以及最终锅炉的故障或者用于清洁和修复的扩大锅炉损耗。如果在蒸汽生成之前不从水中去除残油/浙青，则在锅炉鼓式和管道中将存在泡沫和污垢，再次导致过程烦扰和停工。大部分SAGD生产设施利用与弱酸阳离子(WAC)交换系统结合的热或暖石灰软化系统来处理产出和补偿用水。然而，该过程不产生高质量锅炉给水，并且必须使用直流式蒸汽生成器(OTSG)，其仅部分地煮沸给水(75-80%)以通过维持固体溶解在非沸水中来防止水垢沉淀。这导致无能量效率和过度的水处置率。OTSG是针对油沙工业定制的，使得它们与常规锅炉相比非常高成本。最近，一些SAGD运营商已经采用降膜蒸发器，其产生用于锅炉给水的高质量蒸馏水，这使其能够转用到更加常规的鼓式锅炉。降膜蒸发器与鼓式锅炉的组合导致SAGD设施中更高的多的水循环率，这变成日益关键的环境考虑。然而，运营公司发现SA⑶设施中的当前工业实际和蒸发器系统设计存在许多缺点。对于用于SA⑶水处理的降膜蒸发器设计的当前状态的改进关注在本领域中已观察到的5个最有问题的技术问题:
防止蒸发器污水坑中的碳氢化合物的积聚。 确保二氧化硅、钙和其他可溶于水的污染物保持溶解以防止在蒸发器传热管上生水垢。 选择适用于服务的构造物质，该服务如由于非饮用含盐补充水的使用，蒸发器污水坑中的PH或浓缩盐水以最大化水再循环的需要而导致的蒸发器污水坑中的高水平的氯化物。 最小化水处理单元中的功率消耗，其中在该水处理单元中蒸发并且再凝结所有回收水。 最小化液体携带进入到具有机械蒸汽压缩的设计的的压缩机中的可能性。碳氢化合物积聚的控制当前设计没有解决的一个独特的缺点是残油(包括碳氢化合物、重油和SAGD乳化剂/反乳化剂)在蒸发器污水坑中积聚的趋势。典型的设计在蒸发器再循环泵的出口处回收来自蒸发器污水坑的浓缩盐水流。由于油的较低的密度，油将往往更缓慢地建立在蒸发器污水坑中的储水池的表面上。为了控制蒸发器污水坑中的污染物的积聚，在盐水循环泵的排放处从该系统去除受控水量。然而，积聚在污水坑中的水的表面上的油不能进入盐水再循环泵，因为泵吸管是从该蒸发器污水坑的底部抽出来的。在污水坑中的水的表面上的油的积聚将导致污水坑中的“泡沫”情况，弄脏热交换表面并且需要关停该污水坑以回收积聚的油。需要关停该蒸发器以回收积聚的油的需要降低了 SAGD工厂的总体可靠性并且降低的生产量。本发明的一个 目的在于持续地去除在污水坑的表面上聚集的油以防止泡沫效应。可溶于水的污染物的控制蒸发器的操作是必须在操作之前、之后以及期间高度受控的耗费时间和劳动力的操作。用于蒸发器的典型的控制方案包括以下:.由操作员响应于蒸发器污水坑中的溶质的浓度的实验室分析改变排控流设定点，因此手动地控制溶质(二氧化硅、氯化物等等)的浓度。 响应于污水坑液面的改变由污水坑液面控制器自动地调整蒸发器给水速率。 响应于蒸馏箱中的水的液面，调整压缩机速度和/或导流叶片位置。 响应于下游箱的液面并且在极端情况下响应于给水箱的液面，缓慢地改变来自蒸发器的蒸馏水的生产速率。 手动完成蒸发器的启动和关停，对操作员具有显著的时间压力；在处理工厂中，模式改变并且特别是启动和紧接着差错/故障之后的响应时间是最危险的时间。 操作员对速率进行手动调整，以管理对蒸发器给水的上游产出水箱和保持蒸发器产品蒸馏液的下游锅炉给水箱中的存量。本发明的一个目标在于提供这样一种过程控制方案，该过程控制方案提供在很宽范围的操作条件上提供系统控制而对于操作员干预具有最小的需要。典型的控制方案在操作模式改变期间(启动、关停等等)以及周期性地在操作期间都需要显著的操作员干预，其中对给水流和排污流进行手动调整。改善的控制将降低人工要求而不影响风险或操作成本,并且事实上可以同时降低风险和人工成本并且增加操作效率。污水坑构成的自动控制允许蒸发器最大化水使用或功率的效率，其中最大实际限制依赖于它们。本发明的另一个目标在于连续地去除在污水坑的表面上积聚的油以防止泡沫效应。本发明的另一个目的在于不同的处理单元的协调控制，这将消除对于在线波动箱的需要，与其他过程相比产生资金和操作成本的降低。本发明的另一个目标在于通过降低在最关键时间的操作员工作负担，降低损坏、受伤、生产损失或环境事故的风险。当考虑本发明的以下摘要和本文所示的优选实施方式的更详细的描述时，本发明的另外的和其他的目的将对于本领域的 熟练技术人员变得显而易见。

发明内容
本发明中包括的控制方案和设备设计可以容易地适应市场上可用的各种MVC蒸发器设计。本发明特别地被设计为改善SAGD过程设施中的该技术的性能。 用于泡沫的技术方案是连续地去除在污水坑表面上积聚的油。为了实现这个，将盐水去除点从盐水再循环泵出口移动到与蒸发器污水坑合并的排污污水坑。将垂直分割板或堰增加到蒸发器的底污水坑部分，将其分割成蒸发器或主污水坑以及更小的排污污水坑。本发明的关键特征在于经由排污污水坑持续地从蒸发器去除油并且因此防止泡沫事件的能力。根据本发明的主要方案，提供了一种用于重油回收设施的蒸汽辅助重力泄油系统中的水净化过程，该过程包括蒸发器和控制器组。该蒸发器具有底部。该底部具有在蒸发器的底部提供的污水坑并且包括撇油堰，该撇油堰将该污水坑分割成主污水坑和排污污水坑，其中，包括杂质的水越过该堰从该主污水坑流到该排污污水坑。在正常操作模式中，该蒸发器接收来自该过程的水并且排放蒸馏水，同时排放来自该排污污水坑的废盐水。根据本发明的另一个方案，用于分割该主污水坑和该排污污水坑的该堰应具有在该堰的顶上的V型槽，以允许该主污水坑水平面的变化随着去往该排污污水坑的变化的但是持续的盐水流而在该V型槽的高度之内变化。溢出堰的位置确保在该主污水坑中的水的顶部的任意碳氢化合物漂浮将与废盐水一起从该蒸发器被持续地去除，并且与碳氢化合物相关的泡沫问题和与泡沫问题相关的单元关停的消除。该控制器组包括:籲在蒸发器的排放处提供的蒸馏水流量计； 用于测量来自排污泵排放的排污流量计；籲用于计算蒸馏水流量与排污流量之间的比率的循环计算器以及总流量控制器。在该情况中，该循环计算器向该总流量控制器提供设置点，因此，进入该蒸发器的该水的流量不直接依赖于该主污水坑中的液体的液面。此外，该蒸发器的操作在包含的闭环环境中运行。根据本发明的另一个方案，该过程包括用于接收蒸馏水的蒸馏箱，该蒸馏箱具有用于控制蒸馏水生产的液面控制器。该蒸馏箱是该过程中的唯一主要波动能力。根据本发明的另一个方案，该控制器组还包括硬度控制器、二氧化硅控制器和pH控制器。该硬度控制器操作用于影响进入该过程的补充水的流的该循环控制器的该设置点，以维持该蒸发器污水坑中的目标硬度浓度，并且调整该硬度控制器以解决该蒸发器给水中的硬度浓度的变化。该PH控制器调整到该蒸发器给水的苛性碱流，以实现目标pH规定。基于该控制器中的二氧化硅浓度计算该目标PH规定，其中该二氧化硅浓度确定该pH控制器的该设置点并且调整该二氧化硅浓度以解决由于蒸馏的去除而导致的该污水坑中的浓缩。目标在于将污水坑PH保持在这样一种级别，其中该级别提供距二氧化硅将从溶液沉淀的点的安全裕度。图13示出了二氧化硅溶解性依赖于pH的依赖关系。蒸发器优选地从去油或惰性气体浮选(IGF)单元接收上游水，其中，设置补充水的流量以提供进出该IGF单元的希望的流量。根据本发明的另一个方案，该蒸发器具有两个附加操作模式:I)空闲模式；和2)再循环模式。在该空闲模式期间，不存在进出该蒸发器的流量，并且在该再循环模式期间将该蒸馏水再循环到该蒸发器的入口，其中当启动该蒸发器时、当关停该蒸发器时、当存在流量损失时并且响应于系统中的故障如压缩机故障、泵故障或锅炉故障开始这些模式。在所述模式中可以自动地操作或者由操作员开始该蒸发器。优选地在关停程序期间并且在故障如锅炉故障之后使用该再循环模式，并且在压缩机故障之后使用该空闲模式。根据本发明的另一个方案，该系统的该启动包括以下步骤:当关停时，将该系统切换到空闲模式，然后到再循环模 式并且最后到正常操作模式。这样，谨慎的模式选择降低对系统和人员的操作风险并且与单模式蒸发器相比提供平滑的操作。根据本发明的另一个方案，可以将上文给出的系统安装在用于重油回收的模块化便携式/移动SAGD系统中。由该循环控制器进行的水平衡的直接操作是独特的。其提供工厂的水净化区域的非常快速的集成控制。常规的物质平衡控制将导致更多液面波动并且将降低该过程的总体响应时间。再循环模式是新的并且独特的。其降低启动、关停期间以及错误之后的操作风险。在工厂中的别处的严重事件如锅炉错误之后，可以将该蒸发器置于再循环模式。在压缩机错误之后，可以将该蒸发器置于热空闲模式。类似地，启动将使该蒸发器从关停进入热空闲，然后到再循环，然后到正常操作。这些中间模式降低对操作员的时间压力并且允许更平滑的启动。


图1是水处理单元中的水的示意性流动图。图1A是蒸发器的示意图。图1B是具有V型槽和不具有V型槽的堪的不意图。图2是用于蒸发器污水坑液面控制的方案。图3是用于硬度控制的方案。图4是用于pH控制的方案。图5是用于蒸馏箱液面控制的方案。
图6是用于锅炉给水箱液面控制的方案。图7-10是用于锅炉给水控制的逻辑图。图11是用于排污控制的逻辑图。图12是用于蒸发器污水坑二氧化硅控制的逻辑图。图13是示出了二氧化硅溶解性对pH的依赖关系的图。图14是在现有技术中发现的典型的MVC蒸发器系统的示意图。
具体实施例方式用于污水坑中的油泡沫的技术方案是连续地去除在污水坑表面上积聚的油。为了实现这个，将盐水去除点从盐水再循环泵的出口移动到与蒸发器污水坑合并的排污污水坑。将垂直分割板或堰增加到蒸发器的底污水坑部分，将其分割成蒸发器或主污水坑以及更小的排污污水坑。 该堰优选地具有图1B中所见的V型槽切口。目的在于使盐水或浮油流连续地从主污水坑溢出到排污污水坑。在该堰上的V型槽切口提供排污污水坑液面的更平滑的控制，因为溢出速率将随着液面在V型槽的上下移动而改变，主污水坑中的液面可以略微改变同时维持到排污污水坑的流量。油的连续去除将防止蒸发器中的“泡沫”事件。当油在污水坑的表面上积聚时，其作用与表面活性剂类似，并且导致碳氢化合物弄脏热交换器管道或者在水表面上形成泡沫。泡沫增加了携带液滴进入蒸发器水蒸气压缩机吸管的可能性并且这可能松动或损坏水蒸气压缩机。当泡沫发生时，操作员将增加额外的防泡沫化学物质。然而这最多是临时修理，并且最终蒸发器必须被关停以便去除积聚的油和/或蒸发器清洁。关停蒸发器的定期的需要降低SAGD设施的可靠性并且降低生产量。通过实施油和盐水到排污污水坑的连续的溢出，当前设计将防止油在主污水坑中的积聚。连续溢出将处理由于蒸发器给水中的少量残余油导致的随时间慢慢积聚的油。其还将立即处理当上游产出水去油系统中存在混乱时可能在蒸发器给水中出现的更大油量。如上所述，当前设计向蒸发器的底部起伏部分增加图1A中所示的垂直分割板或堰，其将蒸发器分割成蒸发器或主污水坑和较小的排污污水坑。积聚在主污水坑的表面上的油将连续溢出到排污污水坑中并且作为该排污流的一部分从该系统被去除。主污水坑液面在固定点不受控制并且基于蒸发器入口和盐水出口流量在V型槽高度的范围内轻微“浮动”。非常密切地控制排污污水坑液面，以便提供从主蒸发器污水坑进入排污污水坑的流量的直接指示。蒸发器控制器:蒸发器速率的控制相对常规。由蒸馏箱液面控制器操作压缩机工作。蒸馏液箱液面是该过程中的主要起伏容量，并且因此必须被谨慎地管理以提供在蒸发器与锅炉之间的最大波动。该液面控制器将不是常规PID算法，而将是具有速率限制的非线性控制器。给水控制是非常规的。蒸发器污水坑液面不直接操作给水速率。事实上，不直接控制或者甚至不必要测量污水坑。取而代之，蒸发器污水坑液面是下文所述的控制方案的结果。非常密切地控制排污污水坑液面。这提供从主蒸发器污水坑到排污污水坑的流量的直接指示。还测量到蒸馏液箱的蒸馏液的流量。这两个流量允许蒸发器循环的直接计算，蒸发器循环是蒸馏液流量与排污流量的比率。可以从排污流量间接地推断污水坑液面，因为从主污水坑进入排污污水坑的流量是主污水坑液面的函数。由用于污水坑pH、污水坑二氧化硅和污水坑硬度的软件传感器使用蒸发器循环的计算。当实验结果可用时由实验结果修正软件传感器。污水坑硬度控制器使用污水坑硬度计算来操作循环控制器的设置点。更少的循环将导致污水坑中的硬度的更低的浓度，而更多的循环将升高硬度的级别。污水坑二氧化硅浓度将用于确定污水坑pH控制器的设置点。污水坑pH控制器因而将确定入口 PH控制器设置点，入口 pH控制器设置点将调整蒸发器污水坑的苛性碱流。循环控制器将通过设置用于进入工厂的水净化部分的总流量的设置点，直接操纵工厂水平衡。总流量控制器将直接在正常条件下调整到上游IGF的补充水流量，并且仅在混乱条件下才向或从生成水箱引导水。该配置消除了对于在线波动能力的要求。通过调整进入蒸发器的流量，非常密切地控制IGF中的液面。这将在由总流量控制器做出的调整之后立即有效地通过它们。模式改变将定义用于启动、关停、对压缩机错误、盐水泵错误、锅炉/HRSG错误和工厂给水损失的响应的自动程序。虽然不是该程序中的全部步骤都可以被自动化，但是它们中的多个步骤将被自动化并且其他步骤将被仪器自动地验证以确保操作员已经执行了合适的手动步骤。具体地，蒸发器具有在关停和正常操作之间可以被不确定地维持的两个操作模式。如果操作员需要检修工厂的其他方面，则这两个操作模式提供用于蒸发器的安全停靠点。它们是热空闲模式和再循环模式。热空闲模式在该模式中，关闭进出蒸发器的流动，再循环盐水，压缩机关闭、增加低压蒸汽以保持蒸发器热度。大部分控制与在备用中类似，很大程度上是自动化的，但是具有零流量。再循环模式在该模式中，蒸发器自身正常地操作。给水和排污流动是正常的，压缩机运行并且产生蒸馏液。将蒸馏液从锅炉给水泵的输出再循环回到产出水箱。从产出水箱汲取蒸发器给水。该控制方案的主要好处是:a)流经波动箱的水的冷却和再加热导致的降低的操作成本；b)另外，控制方案的不同方案具有附加好处；c)操作的热空闲模式和再循环模式:风险降低，因为在工厂/过程混乱的周期期间存在降低的工作负担和压力；d)自动化的程序:由于相同的原因，风险降低；e)在污水坑中的溶液的浓度的闭环控制:可靠性、运转时间和操作成本:工厂可以始终更接近极限地运行而在交换器上没有固体的沉积；以及f)工厂水平衡的直 接操作:可操作性，因为工厂将在正常操作期间不会水多或水少。仅在混乱或异常操作模式期间将需要波动能力。在线波动能力的去除是该过程特有的，并且该过程需要水平衡的直接操作来高速操作。没有它，在工厂的液面和流量中将存在持续的波动。控制方案(图2、3、4)工厂的该部分接收来自工厂的产出水去油部分的去油水和来自水井的补充水。产出水去油部分的目的在于:a)增加到过程的补充水的需要量；b)将产出水中的碳氢化合物的浓度从500ppm降低到30ppm ；c)提供到蒸发器的给水的需要的流速；d)处理产出水(降低二氧化硅、硬度和碳氢化合物浓度)；以及e)产生高纯度锅炉给水。主要设备:a)产出水闪蒸槽，13-V-03 (优选地CS)b)感应气体浮动(IGF)组件，13-X-01 (优选地打湿部分:Duplex SS器皿:CS)c)产出水箱，13-T-01 (优选地CS)d) IGF 排放泵，13-P-02A/B (外壳:CS 打湿部分:Duplex SS)e)PW 箱传递 泵，13-P_04(外壳:CS 打湿部分:Duplex SS)f)蒸发器组件，14-X-01，其包括:g)在线给水混合器，14-MX-01h)蒸发器，14-V-01，优选地由Duplex SS或AL6XN制造i)盐水循环泵，14-P-01A/B，优选地由Duplex SS或AL6XN制造j)蒸发器水蒸气压缩机，14-C-01k)蒸馏液箱 14-V-02I)水处理化学物质组件，14-X_02(苛性碱、防泡沫以及水垢抑制剂)m)蒸馏液产品泵，14-P-02A/Bη)盐水泵，14-Ρ-03Α/Β，优选地由 Duplex SS 或 AL6XN 制造ο)蒸发器排污冷却器，14-E-01P)效用水冷却器，14-E-02该部分的意图在于:a)提供产出水去油和水处理系统的成分的高级过程概况。b)解释如何向系统增加补充水，以维持到感应气体漂浮单元和蒸发器的恒定的水流。c)解释如何确定给水和排污速率，以维持蒸发器中的硬度的希望的浓度(将防止设备积垢)。d)解释在蒸发器中将如何控制pH以保持溶液中的二氧化硅。工厂的该部分的总体目的在于维持工厂水平衡并且最大化蒸发器水中的杂质的浓度，这将最小化蒸发器排污流量和补充水流量，但是保持浓度低于盐分将开始在蒸发器和冷却器中沉淀出来并且导致水垢问题的点。在该叙述中详细讨论四个主要的控制器:a)排污污水坑液面控制(图2)_该控制的目标将是通过操纵离开该污水坑的盐水的流量，维持该污水坑中的液面；
b)硬度控制(图3)_该控制的目标将是维持盐水浓度处于正确的设置点-足够低的点，以防止在蒸发器内部的硬度的沉淀，并且又是足够高的点，以优化蒸发器的性能。将在该过程的详细的工程和初始操作期间确定用于设置点浓度的希望值；c)补充水控制-该控制的目标将是维持到IGF的稳定水流并且维持工厂水平衡。在异常操作条件期间，该控制器将从产出水箱13-T-01汲取水或向其推入水；d)pH控制(图4)-该控制的目标将是维持蒸发器盐水pH处于足够高的点以防止在蒸发器内部上的二氧化硅的沉淀。在工厂的该部分中存在将不讨论的其他基本控制回路。产出水闪蒸槽来自除砂/FWKO/处理器器皿的产出水进入产出水去油系统。该流与来自补充水泵(42-P-01/02)的补充水和来自转储冷凝器(15-E-02)的产出气液体混合。该混合流然后与来自组件锅炉(15-B-01)的锅炉排污和来自HRSG闪蒸槽(40-V-01)的排污一起进入产出水闪蒸槽(13-V-03)。以-5kPag的恒定压强骤沸这些流，以冷却该流并且确保在下游设备中不发生骤沸。感应气体漂浮该液体流然后进入IGF组件。IGF的目的在于将产出水的油浓度从(来自入口冷却和分离系统的)500ppm降低到(水处理系统所需要的)30ppm。期望入口油浓度在500-1150ppm的范围内波动。500ppm的入口油浓度将表示正常操作，其中，1150ppm的油浓度将是设计混乱情况。IGF通过使用天然气的微泡将油漂浮到IGF器皿13-V-01中的室的顶部来工作，其中，油被撇去并且发送到撇油蒸槽13-V-02。使用油/水泵13-P-03A/B，将撇去的油再循环到除砂/FWKO/处理器器皿的入口。在IGF内部的多个连续的室中完成去油。 如果需要附加的子冷却，则存在用于向IGF入口增加补充水的能力。如果向该流增加补充水，则将降低向产出水闪蒸槽供给的等效的补充水量，以保持质量平衡恒定。蒸发器给水离开IGF的清洁的去油的水分成两个流:主流和35%再循环流。再循环流用于提供用于IGF的气泡的源并且被再循环回到IGF入口和室。向IGF排放泵13-P-02A/B发送去油产出水。去油产出水然后流到蒸发器组件14-X-01。产出水箱(PWT) 13-T-01仅在异常操作状况期间用于波动能力。用于向或从PWT传递水的信号将来自水平衡控制器。如果箱中的液面变得过高，则PWT中的控制将降低生
产速率。蒸发器蒸发器组件处理包括溶解的固体的给水流并且产生质量足以用于组件锅炉中的蒸馏液。该单元还生成浓缩废水流。由IGF排放泵13-P-02A/B在组件边界处提供产出水。将各种化学品添加到蒸发器给水中。添加苛性碱(NaOH)以控制pH，以确保二氧化硅类物质仍然在溶液中。使用苛性碱泵14-P-04A/B/C，从苛性碱存储箱14-T-01供给苛性碱。添加防沫剂，以降低蒸发器中的泡沫并且降低到水蒸气压缩机的液体携带。使用防沫剂泵14-P-05A/B从防沫剂箱14-T-02提供供给防沫剂。可以添加水垢抑制剂，以最小化蒸发器交换器中的水垢形成。水垢抑制剂被存储在水垢抑制剂箱14-T-03中并且使用水垢抑制剂泵14-P-06A/B来供给。期望防沫剂和水垢抑制剂箱是可去除的提箱。在线给水混合器14-MX-01用于确保化学药品被充分地混合到给水中。然后向蒸发器污水坑发送给水。盐水循环泵14-P-01A/B将盐水从蒸发器污水坑循环到蒸发器交换器的顶部。盐水作为降膜流经蒸发器交换器的管道侧面，其中小的质量部分被蒸发。剩余的液体排放回到污水坑。从降盐水脱离的水蒸气被导向蒸发器水蒸气压缩机14-C-01。蒸发器水蒸气压缩机增加水蒸气的温度和压强，并且将需要可变频率驱动(VFD)马达。压缩水蒸气浓缩到蒸发器交换器的外壳侧面上，同时从管道侧面上的降膜生成水蒸气。由重力向蒸馏液箱14-V-02排放来自蒸发器交换器的外壳侧面的蒸馏液，蒸馏液还将用于薄雾消除器的清洗用水。蒸馏液的滑动流将在效用水冷却器14-E-02中被冷却到 48°C并且被发送到效用水总管。将由用于控制流经交换器的冷却乙二醇的量的温度回路控制该温度。浓缩的盐水将溢出堰到排污污水坑。由盐水泵14-P-03A/B抽吸排污物质经过蒸发器排污冷却器14-E-01并且传递到处置水箱43-T-01。温度控制器将通过调节经过冷却器的乙二醇流来维持处置水的温度。该过程被设计为使得蒸发器具有一个热空闲模式和一个再循环模式。该热空闲模式涉及再循环该盐水经过该蒸发器同时蒸发器水蒸气压缩机不操作。效用流用于偏移任意热量损失，以便保持蒸发器温暖。来自冷凝效用流的水将去向蒸馏液箱。再循环模式涉及利用处于操作中的蒸发器水蒸气压缩机产生蒸馏液并且将全部蒸馏液路由回到蒸发器污水坑。蒸馏液将从HP BFW泵15-P-01A/B的出口被路由到产出水箱并且经过蒸发器给水线路回到污水坑。需要来自产出水箱和/或蒸发器压缩机排放的通风口，以防止蒸发器温度和压强增加。将添加盐补充水以补偿通风口流的水损失。下文的章节关注与蒸发器相关联的控制:a)排污污水坑液面控制(图11)b)硬度控制 c)补充水控制d) pH 控制。蒸发器给水控制是非常规的。蒸发器污水坑液面不直接操纵给水速率。事实上，污水坑不被直接控制或者甚至无需被测量。蒸发器污水坑液面改为是以下控制方案的结果。排污污水坑液面控制(图2)在蒸发器污水坑中，液体将从循环部分到蒸发器的排污部分溢出堰。液体高度对越过直边堰的流量比率是非常狭窄的并且难以控制。因此“V型槽”堰将用于帮助该控制。经由液面控制器14-LC-001 (或XXX)维持排污污水坑中的液面。来自该控制器的输出将操纵去向废水处置箱43-T-01的排污线路上的液面控制阀。非常密切地控制排污污水坑液面。这提供了从主蒸发器污水坑到排污污水坑的流量的指示，并且因此提供了主蒸发器污水坑液面的方向指示。启动、关停和错误该控制的启动应该与该液面控制器一起处于自动化模式。不应该启动盐水泵，直到在蒸发器污水坑中建立了一个液面为止。液面控制器然后可以对于大部分情况停留在自动化模式中。硬度控制(图3)
测量到蒸馏液箱的蒸馏液流量以及排污流量，以允许蒸发器循环的直接计算。蒸发器循环的计算进而用于推断污水坑硬度连同给水导通性，14-ΑΙ-χχχ0当实验室结果可用时由该实验室结果修正该推断值。污水坑硬度计算14-AY-XXX用作污水坑硬度控制器14-AC-xxx的过程值，以操纵循环控制器14-FFC-023的设置点。更少的循环将导致污水坑中的硬度的更低的浓度，而更多的循环将升高硬度级别。循环控制器14-FFC-023将操纵总流量控制器13-FC-037A的设置点。启动、关停和错误存在到排污比率控制方案的大量输入。在使系统进入服务之前，操作将必须确保全部关联仪器正确地运转。默认值将被编程到DCS中以处理不正确地指示的仪器。只要全部正确运转并且蒸发器污水坑被填充，该控制器就可以进入自动化模式。在关停或错误时，建议该控制方案退出自动化模式。补充水控制循环控制器将通过对用于进入到工厂的水净化部分13-FC-037A的总流量的设置点设置，直接操纵工厂水平衡。总流量控制器将直接在正常条件下调整补充水流量，并且仅将在混乱条件下向或从产出水箱导向水。补充水流量设置点将等于总流量控制器设置点减去产出水和锅炉排污。总流量控制器因此控制进入工厂的水净化部分的总流量。第一水净化单元是感应气体漂浮单元或IGF。将通过调整进入蒸发器的流量，非常密切地控制IGF中的液面。这将由总流量控制器做出的调整之后立即有效地通过该调整。在IGF中不存在有意义的波动能力。将仅在两个例外情况下使用产出水箱(PWT):a)由于锅炉或蒸发器错误或者其他短期混乱，存在比将要作为蒸发器给水被净化以用于锅炉给水所需要的更多的水 进入该过程。在该情况中，水将被发送到产出水箱。b)来自FWKO的水不合规格并且不能从井汲取足够的水。在该情况中，将从产出水箱汲取水。如果PWT中的液面变得太高，则液面控制器13-LC-018将通过增加入口分离器(10-V-01)压强，开始降低来自补充源的生产。在低液面的情况中，警告将通知操作员通过在PW箱传递泵13-P-04错误之前降低锅炉点火速率来相应地响应。pH 控制(图 4)蒸发器给水pH将是用于防止具有二氧化硅的蒸发器内部积垢的关键参数。只要维持器皿中的PH足够高，二氧化硅就将停留在溶液中。将使用污水坑二氧化硅浓度来确定污水坑PH控制器的设定点。将以与污水坑硬度计算类似的方式计算污水坑二氧化硅浓度和污水坑pH。污水坑pH控制器14-AC-xxx将进而确定入口 pH控制器14-AC-002的设置点，入口 pH控制器14-AC-002将调整到蒸发器污水坑的苛性碱的流量。基于控制器中的二氧化硅浓度计算目标pH规范，该二氧化硅浓度确定用于pH控制器的设置点并且调整该二氧化硅浓度以解决由于蒸馏液的去除导致的污水坑的浓度。目标在于保持污水坑PH处于这样一种级别，其中该级别提供距二氧化硅将从溶液沉淀的点的安全的裕度。图13示出了二氧化硅溶解性对pH的依赖关系。启动、关停和错误如同排污比率控制，存在大量到该控制方案的输入。在使系统进入服务之前，操作将必须确保全部关联仪器正确地运转。默认值将被编程到DCS中以处理不正确地指示的仪器。只要全部正确运转并且蒸发器污水坑被填充，该控制器就可以进入自动化模式。在关停或错误时，建议该控制方案退出自动化模式。水处理单元的优选操作模式在工厂的这些区域中并且因此被覆盖在该控制叙述中的设备包括:(BFW代表 锅炉给水)a)蒸馏液箱 14-V-02b)蒸发器水蒸气压缩机14-C-01c)蒸馏液产品泵14-P-02A/Bd)蒸汽生成:e)BFW 箱 15-T-01f)HP BFW 泵 15-P-01A/Bg)BFW 增压泵 15-P-02h)转储冷凝器15-E-02i)组件锅炉15-X-01，包括:j)蒸汽鼓 15 -V-01k)锅炉 15-B-01I)空气预加热器15-E-01该章节的意图在于:a)提供BFW供应系统的高级过程概况。b)解释如何使用BFW箱作为体积缓冲器直接从蒸馏液箱向锅炉供给BFW。工厂的该部分将按需从蒸馏液箱汲取水，其中直接向锅炉供给水。在小的、突然的需求增加或减小的情况中，该系统将通过调整蒸发器水蒸气压缩机的入口导向叶片(IGV)的速度来响应。如果需要的改变快于蒸发器压缩机能够响应的速度，则系统将从BFW箱发送或汲取水，直到压缩机赶上为止。通过缓慢地从系统发送或取得水，箱上的控制将最终使它的液面回到设置点。与蒸发器14-V-01中和上游的设备相关联的控制将调整，以维持蒸馏液的可靠的供应。工厂的该部分的总控制目标在于向锅炉供应必要的BFW，以便其产生蒸汽以满足希望的注入要求。存在两个详细讨论的主要控制器:蒸馏液箱液面控制和泵最小流量控制(图5):该控制的目标在于对于全部混乱条件(大或小)维持蒸馏液箱处于希望的设置点同时确保用于泵的最小流量。BFW箱液面控制(图6):该控制的目的在于维持该箱中的液面而不影响系统的其他部分。过程描述在蒸发器组件14-X-01中产生蒸馏液。冷凝水重力流入蒸馏液箱。主要由蒸发器水蒸气压缩机的速度、IGV的位置以及向系统增加的热量确定蒸发和随后的蒸馏液的生产的速率。使用两组串联的泵，蒸馏液产品泵和高压(HP)锅炉给水泵，将水从蒸馏液箱抽吸到锅炉。HP BFW泵将BFW压强升高到5790kPaG并且抽吸蒸馏液经过入口冷却器10-E-01A/B以便热量回收。离开入口冷却器的正常BFW温度将近似145°C。基于由汽包液面控制阀设置的需求，预加热HP BFW将被直接发送到组件锅炉。随着锅炉需求相对于由蒸发器的传递而升高或下降，将向并且从BFW箱导向水。BFW箱液面将被维持处于液面范围的近似80 %。锅炉是鼓形配置，其产生处于4200kPag并且过热25°C的蒸汽，以防止去往井场的蒸汽管道中的凝结。通过从空气预加热器15-E-01中的乙二醇返回流回收热量，将燃烧空气加热到90°C。蒸汽鼓具有2%的平均排污率，其经过闪蒸槽13-V-03被再循环回到该过程。
使4200kPaG蒸汽的一部分下降到500kPaG并且利用HPBFW去除过热以用作效用蒸汽。该蒸汽的大部分用于水处理系统中用于蒸发器的启动。蒸汽管集箱还接收来自热量回收蒸汽生成器(HRSG)40-X-01的蒸汽，热量回收蒸汽生成器(HRSG)40-X-01从用于产生现场功率要求的燃气轮机回收热量。控制理念本章节关注以下控制:a)蒸馏液箱液面和泵最小流量控制b) BFW 箱液面蒸馏液箱液面和泵最小流量控制(图5)锅炉控制将是标准的并且被供货商与供应的套件包括在一起。将由蒸汽鼓的液面阀控制到蒸汽鼓的BFW流量。将直接从蒸馏液箱经过一系列泵向锅炉供给BFW。锅炉需求的改变将对于蒸馏液箱中的液面具有直接影响。将经由两个液面控制器14-LC-042和
14-LC-043控制该箱中的液面。来自第一控制器14-LC-042的输出将在从蒸馏液产品泵的排放到BFW箱的线路上，被联系到蒸发器水蒸气压缩机速度控制器14-SC-044和15-FV-007(经过高选择
15-FY-007)。将剧烈地调谐14-LC-042，因为蒸馏液箱小并且对于干扰的响应必须快速。压缩机将不能够非常快速地调整它的速度。如果BFW要求突然地减小，则蒸馏液箱中的液面将开始升高。在升高的液面上，14-LC-042将要求压缩机减缓。如果压缩机响应不够快速，则来自14-LC-042的输出然后要求15-FY-007打开以便可以向BFW箱发送蒸馏液。如果BFW要求突然增加，则蒸馏液箱中的液面将开始下降。在下降的液面上，
14-LC-042将要求压缩机加速。如果液面持续下降，则14-LC-042上的低-低警告将激活。这将用信号通知BFW调压泵启动。第二液面控制器14-LC-043然后在从BFW调压泵的排放到HP BFW泵的抽吸的线路上，将开始打开15-LV-027(经过高选择15-LY-027)。将由14-FC-008维持经过蒸馏液产品泵的最小流量。来自该控制器的输出将控制14-FV-008，14-FV-008将允许蒸馏液从蒸馏液产品泵的排放循环回到蒸馏液箱。将由
15-FC-007维持经过HPBFff泵的最小流量。来自该控制器的输出将控制15-FV-007 (经过高选择块15-FY-007)，15-FY-007将允许BFW(蒸馏液)从HP BFff泵的排放流到BFW箱。BFW箱液面控制(图6，7-10)将维持BFW箱中的液面处于近似80%。如果液面下降，则来自液面控制器的输出将缓慢增加以打开阀以向该箱发送BFW。为了不扰乱BFW系统，该控制器将被解调谐，以匹配蒸发器水蒸气压缩机的动态。如果该液面升高85%以上，则该控制器将用于启动BFW调压泵以缓慢向下拉动该箱中的液面。
来自15-LC-027的输出将分别经过高选择块15-FY-007和15-LY-027，去往
15-FV-007和15-LV-027。15-LC-027将被调谐，以便不允许进出BFW箱的流速改变超过蒸发器水蒸气压缩机速度控制的反应时间。当测量液面处于设置点时，来自15-LC-027的输出将处于50%并且因此将不要求15-FV-007和15-LV-027打开。如果该箱中的液面高于设置点5%，则BFW调压泵将自动启动，来自15-LC-027的输出将开始增加，并且15-LV-027 (经过高选择15-LY-027)将开始打开。这将允许BFW从BFW箱流到HP BFW泵的抽气机。在BFW箱中的液面减少到设置点的1%以内之后，BFW调压泵将自动被关闭。如果该箱中的液面低于设置点，则来自该控制器的输出将减小并且
15-FV-007(经过高选择15-FY-007)将开始打开。这将允许BFW从HP BFW泵的排放流向BFW箱。15-LC-027然后将在该箱中的液面处于设置点之后关闭该阀。启动、关停和错误/故障在锅炉错误的情况中将发生以下事件:a)最小流量编程将向BFW箱发送BFW。b)蒸馏液箱中的液面将升高，导致蒸发器水蒸气压缩机减速。c)蒸发器中的液面将升高。这将导致系统收回补充水并且向产出水(PW)箱发送产出水。d)操作必须观察BFW箱中的液面，因为它将有可能是第一个到达它的高液面限制的箱。在此时，必须将蒸发器置于再循环模式并且应该直接向PW箱发送产出水。在启动之后，应该在再循环模式中启动蒸发器，其中BFW将从蒸馏液产品泵和HPBFW泵被循环到BFW箱并且随后回到HPBFW泵的抽气机。在锅炉已经启动之后，应该在将蒸馏液摆动到HPBFW泵之前向下拉BFW箱液面。在此时，应该将全部控制器置于自动化模式并且系统将随着锅炉的需求的增加而缓慢地提升它自己。所公开的系统和它的部分的那些以及其他好处以及不必要的加热器、冷却器和存储箱的具体的排除使其适用于在设备的尺寸极为重要的移动模块化SAGD系统中。由于在不脱离本发明的范 围的前提下，可以对本发明的优选实施方式做出许多修改，所以意图将本文包括的全部事物认为是对本发明的说明而不是限制。
权利要求
1.一种用于重油回收设施的SAGD (蒸汽辅助重力泄油)系统中的用于蒸发水净化过程的污染物控制系统，所述系统包括蒸发器和控制器组； 所述蒸发器具有底部，所述底部具有在蒸发器的底部提供的污水坑并且包括撇油堰，所述撇油堰将所述污水坑分割成主污水坑和排污污水坑，其中，包括杂质的水越过所述堰从所述主污水坑流到所述排污污水坑； 在正常操作模式中，所述蒸发器接收来自所述过程的水并且排放来自蒸馏水箱的蒸馏水，并且排放来自所述排污污水坑的废盐水； 所述控制器组包括: 在蒸发器的排放处提供的蒸馏水流量计； 用于测量从主污水坑向排污污水坑的流量的排污流量计； 用于计算蒸馏水流量与排污流量之间的比率的循环计算器以及总流量控制器； 其中，所述循环计算器向所述总流量控制器提供设置点，因此，进入所述蒸发器的所述水的流量不直接依赖于所述主污水坑中的液体的液面；其中，所述蒸发器的操作在所包含的闭环环境中运行。
2.如权利要求1所述的过程，进一步包括用于接收蒸馏水的蒸馏液箱，所述蒸馏液箱具有用于控制向所述蒸发器提供的能量和蒸馏水生产的液面控制器，其中，所述蒸馏液箱是所述过程中的唯一主要波动能力。
3.如权利要求1所述的过程，其中，所述控制器组还包括硬度控制器、二氧化硅控制器和pH控制器，其中，所述pH控制器调整到所述蒸发器污水坑的苛性碱流量，所述二氧化硅控制器确定用于所述PH控制器的设置点，并且所述硬度控制器操纵用于影响进入所述过程的补充水的流量的所 述循环控制器的所述设置点。
4.如权利要求1所述的过程，其中，所述蒸发器从水净化单元接收上游水，其中，设置补充水的流量以提供进出所述水净化单元的希望的流量。
5.如权利要求1到4中的任意一个所述的过程，其中，所述蒸发器具有两个附加操作模式:空闲模式和再循环模式；其中，在所述空闲模式期间，不存在进出所述蒸发器的流，并且在所述再循环模式期间将所述蒸馏水再循环进入所述蒸发器的入口 ；当启动所述蒸发器时、当关停所述蒸发器时、当存在流量损失时，并且响应于系统中的故障如压缩机故障、泵故障或锅炉故障时，开始所述这些模式；其中，在所述这些模式中可以自动地操作或者由操作员操作所述蒸发器。
6.如权利要求5所述的过程，其中，在关停程序期间并且在故障如锅炉故障之后使用所述再循环模式，并且在压缩机故障之后使用所述空闲模式。
7.如权利要求5所述的过程，其中，所述系统的启动包括以下步骤:当关停时，将所述系统切换到空闲模式，然后切换到再循环模式并且最后切换到正常操作模式，谨慎的模式选择降低对系统和人员的操作风险并且与单模式蒸发器相比提供平滑的操作。
8.如权利要求1所述的过程，其中，用于分割所述主污水坑和所述排污污水坑的所述堰应具有在所述堰的顶部的V型槽，以允许所述主污水坑液面的变化随着去往所述排污污水坑的变化的但是持续的盐水流而在所述V型槽的高度之内变化，所述溢出堰的位置确保漂浮在所述主污水坑中的所述水的顶部的任意碳氢化合物将与废盐水一起从所述蒸发器被持续地去除，以及与碳氢化合物相关的泡沫问题的消除和与泡沫问题相关的单元关停的消除。
9.如权利要求1到4中的任意一个所述的过程，其中，将所述单元安装在用于重油回收的移动/便携式模块化SAGD 系统中。
全文摘要
一种在用于重油回收设施的蒸汽辅助重力泄油系统中布置的蒸发水净化过程的污染物控制系统。该污染物控制系统具体地被设计为同时地控制出现在蒸发器给水中的二氧化硅、硬度和油污，以防止热交换表面的污垢并且改善系统可靠性并且可以应用于在市场上可用的许多蒸发器设计。
文档编号B01D1/30GK103180250SQ201180051228
公开日2013年6月26日 申请日期2011年3月29日 优先权日2010年8月24日
发明者K·詹姆斯 申请人:凯梅克斯有限公司