申请日2012.05.18
公开(公告)日2012.09.12
IPC分类号C02F1/08
摘要
本发明公开了一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺。把以采出水为主的进水输送至带有盐水分布装置的立式降膜蒸发器，通过蒸发生产用于锅炉给水的蒸馏水;其中，向以采出水为主的进水中或立式降膜蒸发器的循环浓盐水中加入擦洗颗粒形成浆液，通过立式降膜蒸发器对浆液进行蒸发时，利用浆液中的固体粒子防止或减轻蒸发器换热面上的结垢。本工艺把采出水的大部分加工成可用于锅炉产蒸汽以提高重油采出率的高质量的蒸馏水，可直接用于处理采出水，回收量达95%以上,产出用于生产开采重油所需蒸汽的高质量锅炉给水。所述工艺也可用于处理锅炉排污，从而减少工厂的排放量，减轻物理化学处理的要求，增加水处理厂的总水回收量。
权利要求书
1.一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺，其特征在于把以采出水为主的进水 输送至带有盐水分布装置的立式降膜蒸发器，通过蒸发生产用于锅炉给水的蒸馏水;其中，向 以采出水为主的进水中或立式降膜蒸发器的循环浓盐水中加入擦洗颗粒形成盐水浆液，通过立 式降膜蒸发器对盐水浆液进行蒸发时，利用盐水浆液中的固体粒子防止或减轻蒸发器换热面上 结垢。
2.根据权利要求1所述的一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺，其特征在于 所述的擦洗颗粒为不溶于进水的具有磨擦作用的固体颗粒，选自颗粒尺寸大于0且小于100 微米的沙子、砂砾、玻璃珠或其他的金属衍生物颗粒，颗粒密度为0.1~10g/cm3。
3.根据权利要求2所述的一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺，其特征在于 所述的盐水浆液中擦洗颗粒的浓度为0.5%~5%。
4.根据权利要求1所述的一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺，其特征在于 通过补充颗粒系统和颗粒循环回收系统向立式降膜蒸发器加入擦洗颗粒。
5.根据权利要求4所述的一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺，其特征在于 所述的补充颗粒系统包含传统的固体浆料补充设备：使用一个固体进料器贮存和转移擦洗颗粒 到一个浆料混合槽，浆料混合槽把擦洗颗粒和补给水混合后加入立式降膜蒸发器的盐水槽或循 环管道中。
6.根据权利要求5所述的一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺，其特征在于 所述的颗粒循环回收系统是用传统的方法把盐水和悬浮的擦洗颗粒以及由浓缩生成的其他悬 浮成分分离，得到更高浓度的擦洗颗粒回收液、盐水及含有更高浓度的由浓缩生成的其他悬浮 成分的盐水悬浮液;将得到的更高浓度的擦洗颗粒回收液加入到立式降膜蒸发器的循环浓盐水 中，将得到的盐水回流至补充颗粒处理系统;所述的分离可用旋流分离器或者锥形底槽、离心 机或过滤器完成。
7.根据权利要求1所述的一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺，其特征在于 所述的盐水分布装置包括位于立式降膜蒸发器顶部的盐水分布箱和位于每根换热管顶部的液 体分布器。
8.根据权利要求7所述的一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺，其特征在于 所述的液体分布器主要由主体四周呈凹面且其顶盖底面积大于立式降膜蒸发器的换热管管口 面积的导流体，以及将导流体活动或固定支撑于立式降膜蒸发器的换热管内上部相应位置，使 导流体的顶盖底面边缘与立式降膜蒸发器上管板上表面间隔一定空隙形成进液通道的支撑部 件组成;盐水浆液沿所述的进液通道、导流体的凹面进入并分布于换热管内表面;
或者所述的液体分布器主要由四周呈凹面的导流体、将导流体活动或固定支撑连接于立式 降膜蒸发器的换热管内上部相应位置，导流体的上表面露出换热管上口的支撑部件组成;所述 的导流体上表面直径大于换热管的外径，使导流体凹面的上部边缘与立式降膜蒸发器的上管板 上面之间间隔一定空隙形成进液通道，盐水浆液沿所述的进液通道、导流体的凹面进入并分布 于换热管内表面。
9.根据权利要求8所述的一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺，其特征在于 所述的导流体的底面直径大于等于换热管内径的0.3倍，且小于换热管内径。
10.根据权利要求9所述的一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺，其特征在于 所述的支撑部件的个数为2~6个，为多边形筋板，其一边与导流体的凹面无缝隙连接，其余各 边中至少有相邻两边相互垂直，支撑部件依靠该相邻的垂直边架于立式降膜蒸发器的管板上， 使导流体活动或固定支撑于立式降膜蒸发器的换热管内上部相应位置，导流体的顶盖底面边缘 与立式降膜蒸发器上管板顶面形成进液通道，或者导流体的顶盖底面边缘与立式降膜蒸发器上 管板顶面形成进液通道;
或者所述的支撑部件由3~6个连接在顶盖底面的成螺旋形的叶片及各叶片后部下端一体向下 连接的支撑片组成，各叶片尖端外缘轨迹形成的圆的直径略大于换热管的外径，使得各叶片的 尖端抵压在换热管的上端口上或上管板上，导流体的顶盖底面边缘与立式降膜蒸发器的上管板 顶面间隔一定空隙形成进液通道，各叶片螺旋部分的高度即为进液通道高度;各支撑片的宽度 与换热管内壁和导流体对应位置外壁之间的距离紧密配合，使得各叶片的支撑片紧靠在换热管 内壁和导流体对应位置外壁之间，从而将导流体活动或固定支撑于立式降膜蒸发器的换热管内 上部相应位置。
11.根据权利要求1所述的一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺，其特征在于 采出水经化学加药处理、预热处理、脱气处理中的一项或多项处理后进入立式降膜蒸发器;所 述的化学加药处理可设置在预热处理、脱气处理之前，也可设置在预热处理、脱气处理之后， 蒸发处理之前。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺， 其特征在于该工艺包括：
(1)进水预处理：以采出水为进水，向其中添加化学药剂进行化学处理，出水经预热后进行 脱气处理;
(2)蒸发处理：经脱气处理的出水进入立式降膜蒸发器底部的盐水槽，同时通过补充颗粒系 统向盐水槽中加入含高浓度的擦洗颗粒的浓浆，使盐水槽中形成擦洗颗粒浓度为0.5%~5%的 盐水浆液;所述的盐水浆液经循环泵泵入立式降膜蒸发器顶部的盐水分布装置中，通过盐水分 布装置的液体分布器分布到每根换热管中，盐水浆液在换热管中蒸发的过程中，所述的擦洗颗 粒与换热管内壁摩擦，擦洗掉换热管内壁的污垢;所得蒸汽和浆液在管内一起向下流动，蒸汽 进入位于蒸发器盐水槽的环形空隙处的除雾系统处理后进入压缩机用于为立式降膜蒸发器提 供热能，或者进入冷凝器冷凝得到冷却的蒸馏水，盐水浆液在立式降膜蒸发器下管板处流出， 进入盐水槽循环使用;颗粒回收系统设置在盐水循环通路上，用于将擦洗颗粒循环回立式降膜 蒸发器;立式降膜蒸发器换热管管外壁的蒸汽放热冷凝后，在立式降膜蒸发器底部汇集，进入 蒸馏水罐，用于进水的预热后得到冷却的蒸馏水。
13.一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理系统，其特征在于包含蒸发系统、补充颗 粒系统、颗粒回收系统;所述的蒸发系统即立式降膜蒸发器，包含盐水槽、权利要求7所述的 盐水分布装置、换热管、循环泵、循环管道以及用于蒸发的能量驱动器，所述的补充颗粒系统 包含固体进料器、浆料混合槽及相应的输送管道，所述的颗粒回收系统主要由选自旋流分离器、 锥底槽、离心机或过滤器中的一种及相应的输送管道组成;采出水输送管道与立式降膜蒸发器 的盐水槽相连，补充颗粒系统的浓浆输出管道与立式降膜蒸发器的盐水槽或循环管道相连，颗 粒回收系统的浓盐水输入端及颗粒输出端分别与立式降膜蒸发器的循环管道相连。
14.根据权利要求13所述的回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理系统，其特征在于所 述的回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理系统还包括进水前处理系统和/或浓盐水的进 一步浓缩或结晶系统，所述的进水前处理系统包括化学处理装置、预热装置及脱气装置中的一 种或多种;所述的浓盐水的进一步浓缩或结晶系统包含浓缩器或结晶器;浓缩的盐水在浓缩器 或结晶器中得到进一步处理。
说明书
一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺
技术领域
本发明属于水处理领域，涉及一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺。
背景技术
重油开采包括把蒸汽注入含油层和从油井回收油-水混合物。油从水中被分离出来，分离 后的水就是采出水。为了循环使用采出水生产蒸汽，采出水必须经过处理以满足蒸汽发生器或 锅炉产蒸汽的要求。
蒸汽注入重油层是广泛运用的提高石油采收率的方法。通常每产出1吨重油需要几吨蒸 汽，蒸汽/油比经常被称作油回收比(SOR)。因为SOR值一般在2~4，用水量高，所以环保 和经济方面鼓励把采出水处理成满足锅炉的给水，用于生产注入含油层的蒸汽。
采出水需经过处理才能满足锅炉使用。目前常用的处理工艺分为两种：一种是通过(物理) 化学方法处理，另一种是通过蒸发进行处理。视处理对象的水质情况，两种方法即可单独使用， 也可组合使用。
化学水处理可除去硬度和硅石，使处理过的水能用于一次通过蒸汽发生器(OTSG)。用来 处理采出水使之适合用于OTSG的化学方法典型地包括热石灰处理、过滤和离子交换，其中硬 度被除去达到低于检出限，硅石被除去达到低水平。
OTSG可用近乎零硬度、低硅石且总溶解固体(TDS)含量高达12000ppm的低质量给水 产出高压蒸汽。在蒸汽从盐水中蒸出时，OTSG基本上要求水被浓缩5倍左右时给水要维持盐 的溶解度，及具有低水平的硬度和硅石。
OTSG产生多达80%的水蒸气和20%盐水(或锅炉排污)的混合物。在OTSG内水流程让 所有换热表面有液体润湿，产蒸气时使污垢问题最少。在具有更多样的液体流程的锅炉内存在 更多的污垢问题。OTSG排污是否和蒸汽分开取决于重油层所需的蒸汽质量。
在处理采出水时，与传统的锅炉或汽包锅炉相比较OTSG被认为是可靠的锅炉。OTSG优 于传统的锅炉或汽包锅炉的主要优势是能够从高TDS给水产出高压蒸汽。另一个优势是OTSG 可用管线清管方法清洗。如果高质量水被用于OTSG，通常长时间内不必清洗。
在从采出水生产高质量蒸馏水用作锅炉给水方面，蒸发处理工艺优于化学处理工艺。来自 采出水的蒸发器蒸馏水已成功用于1000psig汽包锅炉和1500psig OTSG。当用蒸发器向OTSG 提供给水，使用蒸馏水使OTSG获益，很少清洗。
蒸发通常情况下能回收约95%的采出水作为高质量的蒸馏水。回收水平随化学成分和现场 需求而变化。一般而言，最高效节能的蒸发器系统把采出水从TDS 0.2～2.0%浓缩到TDS 10～15%。 高达25%的总溶解固体含量可以在蒸发系统内实现，但是这通常需要考虑经济性，因为处理的 盐水越浓，蒸发所需能量越高。
生产中物理化学工艺比蒸发工艺运用得多，因为物理化学系统操作费用较低，已被用于提 高石油采收几十年了。蒸发器需要大量的能量从盐水中蒸发水，在选择蒸发工艺时操作费成为 重要的经济因素。蒸发器虽已被用于提高石油采收10年左右，相对于物理化学工艺而言蒸发 器是相对较新的技术。
当人工成本不高时，安装费也倾向于用物理化学系统。随着安装人工费增加，蒸发器最终 可以比大型物理化学系统便宜，因为蒸发器系统在运抵现场前可以做成模块。
采出水的TDS 一般不高，但是补充水的需求可能导致处理过程要处理比采出水高得多的 TDS。岩石层内水损失、油处理水损失、锅炉排污处理、排汽、浓缩的盐水废物等要求系统补 充一定水平的水来维持水平衡和蒸汽生产。
有些地方，例如加拿大阿尔伯塔省北部，发现应用蒸汽采油需要补充大量的水。如果使用 的是淡水，通常硬度和硅石含量极少，与盐、硬度和硅石含量高的苦咸水相比TDS很低，需要 水处理工艺处理的TDS很少。但是，淡水在阿尔伯塔油砂的使用是受限制的，当地政府通过限 制使用淡水和限制工厂盐水排放水平来保护淡水资源。这就要求工厂使用高TDS的盐水，水中 钙、镁、硅等结垢成分含量高。
根据阿尔伯塔法律，使用化学处理法(如热石灰软化法)的工厂必须考虑增加处理过程来 处理补充水和锅炉排污水，以满足法定的补水和排放要求。这就使蒸发成为首选的处理采出水 的主要工艺，或者需要在下游增加蒸发过程来减少工厂的总排放量，如OTSG排污。
一旦在用蒸汽开采重油的地方出现环境限制的法规，蒸发工艺就开始变得在经济上更具吸 引力了。因为减少废弃物和限制使用淡水是大势所趋，更多的蒸发系统将被用于处理采出水。
与物理化学处理工艺相比，应用蒸发器具有优势和劣势。
蒸发器的主要优势在于回收水的质量高。锅炉给水的不挥发物小于2ppm，这种水在锅炉 内产生很少的排污量。目前在采用蒸发器处理采出水的装置中，把得到的蒸馏水作为给水直接 送进锅炉，锅炉的排污量低于2%。
传统的或汽包型锅炉应用蒸发器产出的更高质量的蒸馏水，工作压力已高达1000psig。现 在有很多关于把蒸发器蒸馏水直接用于超过1000psig的传统的或汽包型锅炉的讨论，许多组 织推荐用更高的锅炉水质。为了达到更高压力下的水质，需要对从采出水得到的蒸馏水进行额 外的水处理。
与热石灰软化法相比，蒸发器的主要缺点在于需要能量蒸发含盐的采出水。水从液态变成 气态气化潜热较高，需要的能量高。如果没有便宜的蒸汽可用，应用机械蒸汽压缩作为能源一 般是经济的选择。调整蒸发器的设计可以减少能源成本，但增加了设备投资。
最近10年之内，传统的热石灰软化和离子交换被利用蒸汽压缩机驱动的降膜蒸发器的蒸 发工艺替代了。两个有竞争力的蒸发工艺目前正在应用，其中一个蒸发工艺已经上了几套装置， 而另一个蒸发工艺将在2012年的下半年首次商业化应用。已应用的几个蒸发工艺都使用了相 同的降膜蒸发器设计，仅仅在防止结垢形成的化学方法有所不同。除了化学药品添加系统，进 料的化学成分、蒸发器内的盐水的化学成分和蒸发器都是相同的。
任何一个蒸发处理工艺都必须克服在浓缩高溶解硅含量的采出水时遇到的困难。所有提高 原油采出的系统一般都产生高硅含量的采出水，因为蒸汽在岩层内冷凝时硅会从岩石中溶出。 有些采出水不仅含有容易形成硬垢的硅石，而且还含有其他化合物，如溶解或不互容的硬度、 有机物等。世界上不同地区的油藏的化学特性是不同的。采出水中导致蒸发器换热面结垢的主 要成分最终会使蒸发器无法工作而停车。
易结垢的无机组分如碳酸钙、硫酸钙、氢氧化镁及其它重金属的化合物必须在蒸发工艺中 去除，以使系统运行的更有效，延长使用寿命。热石灰软化工艺去除废水中的硅石及其它易结 垢组分，而不会浓缩其余组分;蒸发工艺脱去浓盐水中的水分，会引起易结垢组分形成悬浮固 体，一旦形成将在传热面上生成污垢。应用在加拿大阿尔伯塔的两种采出水蒸发工艺采用不同 的处理结垢方法，以实现蒸发系统的可操作性。
目前应用于加拿大阿尔伯塔北部的蒸发工艺相对于热石灰软化工艺而言是比较新的。至少 有一种蒸发工艺还未商业化运行。两个主要的采出水蒸发工艺如下：
(1)高pH工艺：通过加碱使废水的pH值大于12，从而使硅石溶解于水中，不会在蒸 发表面结垢。此工艺需要消耗大量的碱。当高硬度存在时，高pH蒸发工艺无法避免高硬度组 分在蒸发表面结垢。如果用添加剂如螯合剂或分散剂抑制硬组分结垢，那么系统需要更高的化 学药品成本。目前在阿尔伯塔投用的几套高pH蒸发装置除了消耗大量碱外，需要经常清洗或 添加大量化学药剂，以避免硬组分结垢。
(2)吸附浆液工艺：通过加入氧化镁和少量碱调节采出水的pH在10~11。利用镁使硅组 分沉淀，并起到晶种作用防止硅和其他硬组分结垢。由于盐水碱度较高(碳酸盐含量高)，产 生的蒸馏水的pH较低(盐水中重碳酸盐分解产生CO2)。低品质的蒸馏水需要额外的设施脱 除CO2，或在蒸汽锅炉中添加碱以提高蒸馏水(锅炉给水)的pH。但加碱会引起锅炉排污量 增大。因为锅炉排污最终循环回到蒸发器，所以会导致更高的操作费用。在加拿大阿尔伯塔正 在建设几套吸附浆液蒸发装置，到2012或2013年竣工，还未商业化运行。
以上两种蒸发工艺均会产生废液(浓缩液)，废液必须进行后续处理或以不危害环境的方 式排放。浓缩液的量取决于采出水的化学成分及系统补水的品质及水量。相对于传统热石灰软 化工艺，蒸发工艺产生的浓缩液体积少得多，水的回收率更高，因为蒸发工艺锅炉排污更少， 要处置的浓缩液浓度更高。
图1和图2分别为热石灰软化和蒸发工艺的主要设备布置图。
如果蒸发系统产生的浓缩液去处理井，必须先除去悬浮固体，以免造成处理井堵塞。由于 悬浮固体及溶解硅含量高，以上两种蒸发工艺在处理浓缩液时存在问题，一旦浓缩液进入含有 较低pH天然水的处理井，便会发生沉淀。
高pH工艺中高pH盐水含有数千ppm的溶解硅，在浓缩液进入深井处置前必须去除。如 果高含量的硅未被去除，浓缩液会与污水井中的天然水反应，短时间运行后，沉淀出来的硅就 会堵塞处理井。要去除溶液中的硅，需要加酸，这是另一项主要的运行成本。向高pH蒸发工 艺产生的浓缩液中添加酸，会产生非常细小的硅的悬浮颗粒，很难沉降或过滤。
吸附浆液工艺通过向蒸发器中加镁，使硅析出。当浓缩液出蒸发器时，浓缩液含有几万 ppm的悬浮固体(主要是氢氧化镁和硅化合物)。
以上两种蒸发工艺的盐水中均含有细小且难以去除的悬浮固体。一般需要较长的停留时间 以使悬浮固体沉降。利用反应澄清器(上升速度慢，并带有污泥循环)浓缩悬浮固体以形成浓 缩的污泥。即便悬浮固体适度地浓缩，用过滤方式处理产生的浓浆液仍没有商业化运行。如果 悬浮固体可以成功分离，产生的澄清液被排入污水井，产生的固体送到地上垃圾填埋场。
为解决蒸发器浓盐水中悬浮固体难以分离的问题，很多处理公司采用盐洞来沉降浓盐水。 盐洞提供了沉降悬浮固体的大容积。盐水浆液被注入盐洞的底部。从盐洞的顶部排出的盐水去 深井处理。盐洞为浓盐水中的悬浮固体提供分离及储存的空间。
替代深井处理蒸发器浓缩液的另一种方法是用额外的蒸发设备分离可处理的固体。在水处 理行业中，这被叫做零排放。对于高pH浓缩液，零排放已经实现，但据报道设备维护要求很 高。吸附浆液工艺还未在大规模装置上投用，所以零排放设备的应用尚且未知。
在其他工业有几种蒸发工艺，如硫酸钙盐种浓盐水，可能被用于回收采出水，并将回收的 水用作OTSG锅炉和传统锅炉(汽包式锅炉)给水。不管采用何种工艺，采出水蒸发工艺要克 服的困难是硅组分和硬组分易结垢，从而影响蒸发系统的运行。另外由于存在易挥发组分，如 有机物和碳酸盐，蒸发产生蒸馏水需要更多的生产成本，因为这需要设置额外的水处理设施， 锅炉的给水化学成分要求更高，锅炉排污量更高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的 水处理工艺。
本发明的另一目的是提供该工艺中使用的立式降膜蒸发器用盐水分布器
本发明的又一目的是提供回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理系统。
本发明的目的可通过如下技术方案实现：
一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺，把以采出水为主的进水输送至带有 盐水分布装置的立式降膜蒸发器，通过蒸发生产用于锅炉给水的蒸馏水;其中，向以采出水为 主的进水中或立式降膜蒸发器的循环浓盐水中加入擦洗颗粒形成盐水浆液，通过立式降膜蒸发 器对盐水浆液进行蒸发时，利用盐水浆液中的固体粒子防止或减轻蒸发器换热面上的结垢。
在本发明中，采出水蒸发处理工艺与含有擦洗颗粒的盐水浆液结合，所述盐水浆液在降膜 蒸发器内循环流动。本工艺被命名为ShaVap工艺，发明点在于蒸发系统包括有擦洗功能的盐 水浆液、降膜蒸发器以及盐水分布装置。
图5给出了悬浮于沿管壁向下流动的浆液中的擦洗颗粒和污垢颗粒。ShaVap工艺把擦洗 颗粒加入到循环盐水中形成盐水浆液，颗粒摩擦换热面，硅石、硬度、有机物等在管壁上沉积 前就被除去，保持换热管表面清洁，盐水降膜浓缩时没有污垢成分沉积在管壁上。加入的颗粒 除了具有擦洗作用之外，盐水中析出的物质可粘附在所加入的颗粒上，而不是粘附在蒸发器换 热面上。所述的擦洗颗粒为不溶于进水的具有磨擦作用的固体颗粒，颗粒材料的选择受浓缩盐 水析出物的特性影响，选自颗粒尺寸大于0且小于100微米的沙子、砂砾、玻璃珠或其他的金 属衍生物颗粒，颗粒密度为0.1~10g/cm3。选择沙子(也是硅氧化物)作为加入颗粒，不仅能 够擦洗换热表面而且沙子也作晶种用。
所述的盐水浆液中擦洗颗粒的浓度优选0.5%~5%(“%”表示质量百分比)。
ShaVap蒸发工艺包括把擦洗颗粒加入系统的两个子系统。一个是补充颗粒系统，把补充 颗粒连续地加入系统;在蒸发器开车时加入一部分颗粒。另一个子系统是颗粒循环回收系统， 把颗粒循环回蒸发器，可以节省连续添加的颗粒数量。
补充颗粒系统包含传统的固体浆料补充设备，取决于系统大小，这种系统使用一个固体进 料器(如螺杆进料器)贮存和移动固体颗粒到一个浆料混合槽。浆料混合槽把擦洗颗粒和清澈 的液体(冷却的蒸馏水或清澈的盐水)混合，形成的浆液流可以通过循环线或者蒸发器水槽直 接加入蒸发器。这种设备存在多种选择，在许多工业有应用。
补充颗粒系统能够生产擦洗颗粒含量高达50%的浆料，根据所选择颗粒的物理性质决定。 颗粒循环回收系统用传统的方法把盐水和悬浮的擦洗颗粒以及由浓缩生成的其他悬浮成分分 离。分离可用旋流分离器或者锥底槽、离心机、过滤器等完成。擦洗颗粒被循环系统优先除去， 因为所选用的擦洗颗粒的密度比进水中生成的沉淀物高。循环物流含有更浓的擦洗颗粒，排出 的盐水物流或盐水混合物流含有更多由进料浓缩生成的其他悬浮成分。
本发明提供的盐水分布装置包括位于立式降膜蒸发器顶部的盐水分布箱和位于每根换热 管顶部的液体分布器。
作为本发明的一种优选方式，所述的液体分布器主要由主体四周呈凹面且其顶盖底截面积 大于立式降膜蒸发器的换热管管口截面积的导流体，以及将导流体活动或固定支撑于立式降膜 蒸发器的换热管内上部相应位置，使导流体的顶盖底面边缘与立式降膜蒸发器的上管板上表面 间隔一定空隙形成进液通道的支撑部件组成;液体沿所述的进液通道、导流体的凹面进入并分 布于换热管内表面。
其中，所述的导流体的底面直径大于等于换热管内径的0.3倍，且小于换热管内径。
所述的导流体的上表面露出换热管上口的高度为换热管内径的0.3～3倍。
所述的导流体沿立式降膜蒸发器的换热管的中心轴对称分布.
所述的顶盖为半球状、板状，或任意一种底面为平面，且底面积大于换热管管口面积的形 状。
所述的导流体的主体四周呈光滑凹面;或者所述的导流体的主体自上而下依次由倒圆台 体、圆柱体、正圆台体无间隙连接形成四周呈凹面的整体，倒圆台体底面连有与底面直径相同 的圆柱体，圆柱体底面连有正圆台体，圆柱体底面直径与正圆台体顶面直径相同;正圆台体底 面直径大于等于换热管内径的0.3倍，且小于换热管内径。
所述的支撑部件的个数为2～6个，为多边形筋板，其一边与导流体的凹面无缝隙连接，其 余各边中至少有相邻两边相互垂直，支撑部件依靠该相邻的垂直边架于立式降膜蒸发器的上管 板上，使导流体活动或固定支撑于立式降膜蒸发器的换热管内上部相应位置，导流体的顶盖底 面边缘与立式降膜蒸发器的上管板顶面形成进液通道。
或者所述的支撑部件由3～6个连接在顶盖底面的成螺旋形的叶片及各叶片后部下端一体 向下连接的支撑片组成，各叶片尖端外缘轨迹形成的圆的直径略大于换热管的外径，使得各叶 片的尖端抵压在换热管的上端口上或上管板上，导流体的顶盖底面边缘与立式降膜蒸发器的上 管板顶面间隔一定空隙形成进液通道，各叶片螺旋部分的高度(即螺旋部分的尖端距导流体顶 盖底面的垂直距离)即为进液通道高度;各支撑片的宽度与换热管内壁和导流体对应位置外壁 之间的距离紧密配合，使得各叶片的支撑片紧靠在换热管内壁和导流体对应位置外壁之间，从 而将导流体活动或固定支撑于立式降膜蒸发器的换热管内上部相应位置。
作为本发明的另一种优选方式，所述的液体分布器主要由四周呈凹面的导流体、将导流体 活动或固定支撑连接于立式降膜蒸发器的换热管内上部相应位置，导流体的上表面露出换热管 上口的支撑部件组成;所述的导流体上表面直径大于换热管的外径，使导流体凹面的上部边缘 与立式降膜蒸发器的上管板顶面之间间隔一定空隙形成进液通道，液体沿进液通道、导流体的 凹面进入并分布于换热管内表面。
所述的导流体的底面直径大于等于换热管内径的0.3倍，且小于换热管内径。
所述的导流体的上表面露出换热管上口的高度为换热管内径的0.3～3倍。所述的导流体沿 立式降膜蒸发器的换热管的中心轴对称分布。
所述的导流体四周呈光滑凹面;或者所述的导流体自上而下依次由倒圆台体、圆柱体、正 圆台体无间隙连接形成四周呈凹面的整体，倒圆台体上表面直径大于换热管的外径，倒圆台体 底面连有与底面直径相同的圆柱体，圆柱体底面连有正圆台体，圆柱体底面直径与正圆台体顶 面直径相同;正圆台体底面直径大于等于换热管内径的0.3倍，且小于换热管内径。
所述的支撑部件的个数为2～6个，为多边形筋板，一边与导流体的凹面无缝隙连接，其余 各边中至少有相邻两边相互垂直，支撑部件依靠该相邻的垂直边架于立式降膜蒸发器的上管板 上，使导流体活动或固定支撑于立式降膜蒸发器的换热管内上部相应位置，导流体的顶盖底面 边缘与立式降膜蒸发器的上管板顶面形成进液通道。
盐水浆液通过盐水分布箱分布到立式降膜蒸发器的上管板上，并浸过导流体顶部，并从顶 盖的底面边缘与立式降膜蒸发器的上管板上面之间形成进液通道或者从导流体凹面的上部边 缘与立式降膜蒸发器的上管板顶面之间形成进液通道以向内的放射线状进入液体分布器，沿导 流体的四周凹面流下，到达导流体底部时，液体以向外的放射线状流向换热管内表面。当盐水 通过分布器均匀地分布在所有换热管中，来自压缩机的蒸汽或外供蒸汽在换热管外冷凝对换热 管进行加热，管内浆液开始蒸发(图5)。液体浆料(图5)和水蒸汽(图5)在管内一起向 下流动，在下管板处流出后进入盐水槽，与输入盐水槽的进水一起经循环泵再次泵入盐水分布 装置。蒸汽与降落的浆液分离，进入位于蒸发器水槽的环形空隙处的除雾系统。
除雾系统可由几种除雾形式组成，包括叶片、丝网、液体接触装置、洗涤系统或者是它们 的组合。图4中的除雾装置是可用于蒸发器系统的除雾设备。其他安排布置是可能的，不完全 是除雾装置，不影响本发明的实施方案。
蒸汽离开除雾系统，被吸入压缩机。如果直接应用蒸汽加热蒸发盐水，蒸汽离开除雾系统 进入冷凝器。在使用压缩机的情况下，为了管内沸腾的浆液和管外冷凝的蒸汽有一个温度差， 蒸汽被压缩至更高的温度。如果直接应用蒸汽，其必须在蒸发器壳侧具有足够高的压力来实现 同样的换热。一般而言，压缩系统比直接应用蒸汽具有更高的能效，除非用几个蒸发器多效蒸 发。
来自压缩机的蒸汽或者外供蒸汽，在壳侧内的换热管外壁冷凝。冷凝水在壳侧的底部汇集 后流入蒸馏水罐。
压缩机驱动产生的热蒸馏水或使用蒸汽加热产生的热蒸馏水从蒸馏水罐被蒸馏水泵输送。 热蒸馏水在进水预热器被进来的进水冷却，如前所述，同时进水被加热。
冷却后的蒸馏水被送至锅炉系统，可能需要进一步处理或者直接用于锅炉。表2和表3 分别给出了汽包锅炉和一次通过锅炉(OTSG)的给水要求。
ShaVap蒸发工艺中采出水优选经化学加药处理、预热处理、脱气处理中的一项或多项处 理后进入立式降膜蒸发器;所述的化学加药处理可设置在预热处理、脱气处理之前，也可设置 在预热处理、脱气处理之后，蒸发处理之前，还可以直接加入蒸发器盐水槽(图4)。进水预 热器(图4)和脱气器(图4)可以被设计成可进浆料，或者蒸发器系统设计调整为不要这些 预处理设备，根据图3中所示的整个工厂的集成需求而定。
添加的化学药品根据进水的化学组成而定。化学药品包括但不限于以下种类：
(1)污垢抑制剂，用于防止可能变成污垢的物质生成，预防进水预热器、脱气器和蒸发器结 垢。常用的污垢抑制剂为硝酸钠、磷酸钠等。
(2)分散剂，用于防止沉淀物粘附在进水预热器、脱气器的表面而形成污垢。分散剂也用于 防止固体颗粒在降膜蒸发器的换热表面及其他表面上沉积，防止生成污垢。常用的分散剂有磷 酸脂、聚乙二醇等。
(3)消泡剂，用于防止在包括进水预热器、脱气器和蒸发器的系统内生成泡沫。
(4)酸，用于调低PH值。常规的做法是在进水槽中加入酸，把碱性的碳酸盐和重碳酸盐转化 成二氧化碳，生成的二氧化碳可在脱气器内除去。这种技术通过除去化合物的某个元素来排除 碳酸钙类化合物在蒸发器表面上的结垢的可能。
(5)碱，用于调高PH值。现有技术应用加碱提高PH值来溶解硅石化合物。
(6)可溶性镁化合物，如溶于水的氯化镁，在降膜蒸发器浓缩盐水时为硅石析出提供镁源。 这个工艺被叫做吸附浆液工艺。
为改善下游处理过程的性能，其他的化学药品可以按一定比例加入到蒸发器内除去所有的 碳酸盐(CaCO3)。形成的CaCO3固体颗粒帮助钙及其他硬度成分粘附在添加熟石灰所形成的晶 种上。除了用CaCO3晶种控制结垢之外，把重碳酸盐转化成固态的碳酸盐，消除了可挥发到蒸 馏水中的CO2生成，CO2使蒸馏水不适合直接用于锅炉。
所述的一种回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理工艺优选包括以下步骤：
(1)以采出水为进水，向其中添加化学药剂进行化学处理，出水经预热后进行脱气处理;
(2)经脱气处理的出水进入立式降膜蒸发器底部的盐水槽，同时通过补充颗粒系统向盐水槽 中加入含高浓度的擦洗颗粒的浓浆，使盐水槽中形成所述的不溶固体颗粒的浓度为0.5%~5% 的浆液;所述的浆液经循环泵泵入立式降膜蒸发器顶部的盐水分布装置中，通过盐水分布装置 的液体分布器分布到每根换热管中，浆液在换热管中蒸发的过程中，所述的不溶固体颗粒与换 热管内壁摩擦，擦洗掉换热管内壁的污垢;所得蒸汽和浆液在管内一起向下流动，蒸汽进入位 于蒸发器盐水槽的环形空隙处的除雾系统处理后进入压缩机用于为立式降膜蒸发器提供热能， 或者进入冷凝器冷凝得到冷却的蒸馏水，浆液在立式降膜蒸发器下管板处流出，进入盐水槽循 环使用;颗粒回收系统设置在盐水循环通路上，用于将不溶固体颗粒循环回立式降膜蒸发器; 立式降膜蒸发器换热管外壁用于提供热能的蒸汽放热冷凝后，在立式降膜蒸发器底部汇集，进 入蒸馏水罐，用于进水的预热后得到冷却的蒸馏水。
一种适用于ShaVap工艺的回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理系统，包含蒸发系 统、补充颗粒系统、颗粒回收系统;所述的蒸发系统即立式降膜蒸发器，包含盐水槽、盐水分 布装置、立式换热管、循环泵、循环管道以及用于蒸发的能量驱动器(可以是压缩机，或者是 外加蒸汽附带冷凝器)，所述的补充颗粒系统包含固体进料器、浆料混合槽及相应的输送管道， 所述的颗粒回收系统主要由选自旋流分离器、锥底槽、离心机或过滤器中的一种及相应的输送 管道组成;以采出水输送管道与蒸发系统中立式降膜蒸发器的盐水槽相连，补充颗粒系统的浓 浆输出管道与立式降膜蒸发器的盐水槽或循环管道相连，颗粒回收系统的浓盐水输入端及颗粒 输出端分别与立式降膜蒸发器的循环管道相连。
所述的盐水分布装置包括位于立式降膜蒸发器顶部的盐水分布箱和位于每根换热管顶部 的液体分布器。
所述的回收重油开采采出水作为锅炉给水的水处理系统还包括进水前处理系统和/或浓盐 水的进一步浓缩或结晶系统，所述的进水前处理系统包括化学处理装置、蒸发器进水泵、预热 装置及脱气装置中的一种或多种;所述的浓盐水的进一步浓缩或结晶系统包含浓缩器或结晶 器;浓缩的盐水在浓缩器或结晶器中得到进一步处理。
所述的化学处理装置包含进水槽、进水槽搅拌器、化学药品添加装置，但化学药品添加装 置的数量不限于2个，视进水的化学组成而定。
在图4中，混合进水以稳定的流量和组成进入进水槽。进水包括采出水(典型的组成见表 1)、补充水(两个组成示例于表1)、锅炉排污、以及可能的其他的工厂废水，流量必须控 制，各个成分应用传统方法进行混合(如在带有混合器的大沉淀槽中混合)。
进水槽提供了一个带有搅拌器的混合场所。进水槽的尺寸一般按约10分钟的停留时间计 算，但是应由所发生的化学反应具体确定。
混合进水经添加化学药品调整后，被进水泵从进水槽输送至进水预热器，进水在进水预热 器内被来自蒸馏水泵的热蒸馏水加热。被加热的进水进入脱气器的顶部。脱气器用向上流动的 蒸汽脱除向下流动的进水中的不凝气。热水中的一些挥发成分如轻组分有机物、硫化物、氨化 合物等被脱除。最重要的是进水中的可导致蒸发器腐蚀的氧气被脱除了。
经化学处理和脱气的进水进入立式降膜蒸发器盐水槽。根据设备布置，可以选择加一个泵 输送进水到立式降膜蒸发器盐水槽。在现有的技术吸附浆法中，为了减少水的硬度和除去硅石， 输送泵被安装在此处，在进入蒸发器盐水槽之前把氧化镁浆料与脱气的进水混合。在此处加入 化学药品的目的在于避免浆料经过进水预热器和脱气器时造成设备堵塞。
当ShaVap蒸发系统运行时，加入的颗粒擦洗作用和所选择的盐水分布装置的作用变得很 显然。图5给出了ShaVap工艺中的立式降膜蒸发器某根换热管顶部的液体分布器。位于立式 降膜蒸发器顶部的盐水分布箱以及特殊设计的插在每根换热管上的液体分布器一起，以湍流形 式把盐水浆液均匀地分布在立式降膜蒸发器的上管板和换热管内。液体分布器的盐水浆液360 度进入的设计在分布箱内提供了薄层湍流。这种湍流保持所有擦洗颗粒悬浮在盐水中。
本发明提供了一种处理来自提高重油开采的采出水和减少水处理厂排放的关键工艺。所述 工艺可直接用于处理采出水，回收量达95%以上,产出用于生产开采重油所需蒸汽的高质量锅 炉给水。所述工艺也可用于处理锅炉排污，从而减少工厂的排放量，减轻物理化学处理的要求， 增加水处理厂的总水回收量。本工艺包含一个特别的降膜蒸发系统，在浓缩采出水的同时控制 污垢形成，把采出水的大部分加工成可用于锅炉给水以提高重油采出率的高质量的蒸馏水。
表1采出水处理系统的化学组成
表2汽包锅炉给水要求
表3 OTSG锅炉给水要求
有益效果：
本发明ShaVap蒸发工艺可以克服采出水中的硅石、硫酸钙、碳酸钙、氢氧化镁以及其他 金属、硬度化合物等无机盐形成硬垢，也可以克服蒸发浓缩时盐水中分离或析出的有机物形成 的污垢。悬浮在液体中的颗粒抛光蒸发换热表面，防止污垢颗粒粘附在管壁上，颗粒的这种摩 擦效果防止了蒸发器结垢。价格便宜的沙子、砂砾、玻璃珠及其他的金属衍生物颗粒可以用于 抛光换热表面。此外，所加入的悬浮摩擦颗粒还可以提高有机物含量高的采出水的传热效率。
ShaVap工艺减少了化学药品成本，生产高质量蒸馏水用于提高采油率的锅炉产蒸汽。所 得到的蒸馏水被直接用于压力高达1000psig的快装锅炉蒸汽发生设备，也可被直接用于压力 高达1500psig的一次通过式蒸汽发生器(OTSG)或循环管式锅炉。
本发明中使用特殊结构的液体分布器将盐水浆液均匀分布与换热管内壁，由于该液体分布 器可使浆液从液体分布器的360°方向水平流入，设备中液流特性可避免悬浮固体在换热器管 板处沉积。
本发明液体分布器导流体的构造一方面缩小了液体低速区的面积，从而可以减少悬浮固体 的沉积;另一方面促使换热管内壁形成光滑的液流，夹带的气泡量极少，更易形成均匀液膜。
本发明液体分布器导流体底部的凹面可减少落入换热管中心的液滴量，使液体能够更多的 分布到换热管内壁，提高蒸发效率。