含油冷凝水除油除铁系统及其改造

陶卫君

(中国石油克拉玛依石化公司， 834003)

含油冷凝水除油除铁系统及其改造

陶卫君

(中国石油克拉玛依石化公司， 834003)

介绍了某石化公司含油冷凝水除油除铁装置及运行中存在的主要问题，分析了装置除油除铁效果不佳的主要原因。根据装置运行中存在的问题，提出对设备进行改造，增设前置快分离过滤器，更换现有除油除铁设备组件，调整系统运行方式，以改善装置除油除铁效果。

含油冷凝水 除油 除铁 系统改造

某石化公司含油冷凝水除油除铁装置设计处理能力为100 t/h，于2009年9月投产，主要回收炼油装置的含油冷凝水。

含油冷凝水经换热后进入含油冷凝水原水罐，由除油水泵送入除油除铁装置，除完油后进入含油冷凝水净水罐。由于除油除铁之后的冷凝水的含油量和含铁量等各项指标达不到中压锅炉水水质标准，不能直接直接进入除氧器向中压锅炉水供水，只能作为软化水降级使用，用作空冷设备、加氢装置和0.3 MPa低压锅炉用水。文章通过分析该装置运行中存在的问题原因，提出设备改造方案，以改善装置运行状况。

1 含油冷凝水除油除铁系统

改造前工艺流程见图1。含油冷凝水除油除铁系统采用活性分子膜超微过滤和多官能团纤维吸附的组合工艺去除蒸汽凝结水中的油类及高价金属离子。装置主要由在线甄别系统、超微过滤器、纤维吸附罐及自动反洗再生系统等组成。

图1 装置改造前工艺流程

1.1 在线甄别系统

含油冷凝水经在线甄别系统检测，未达到除油除铁装置进水要求的含油冷凝水排入含油污水池;达到进水要求的含油冷凝水进入1#、2#含油冷凝水原水罐，经除油水泵依次进入1#和2#超微过滤器、1#和2#纤维吸附罐进行过滤和吸附。经过处理的净化水经在线甄别系统检测，合格净化水进入3#含油冷凝水净水罐，不合格水返回1#、2#含油冷凝水原水罐重新除油。在线甄别系统含油冷凝水进水及除油除铁处理后出水质量控制标准见表1。

表1 冷凝水处理系统进、出水质量控制标准

1.2 超微过滤器

超微过滤器采用耐高温镀膜陶瓷过滤元件，化学药剂在过滤管表面及微孔内形成多层固化的活性分子膜。通过过滤和吸附作用，可去除机械分散态油和部分乳化油、铁离子等高价金属离子［1］，使水中油含量降低至5～6 mg/L，铁含量降至150 μg/L，为后续纤维吸附罐内的复合碳纤维创造工作条件，延长碳纤维官能团的寿命［2］。

1.3 纤维吸附罐

纤维吸附罐属精密过滤装置，添加了大量相关官能团的复合吸附纤维毡细孔密集，比表面积大，吸附能力强［1］。在复合吸附纤维毡加工过程中，可根据不同凝结水水质情况，选择不同的活化物质，加入相应的官能团，从而进行不同的活化处理。处理加工后的碳纤维具有选择性吸附功能，对凝结水中油类等有机污染物进行有效吸附，使出水含油量不大于1 mg/L，总铁含量不大于 50 μg/L。

1.4 自动反洗再生系统

超微过滤器和纤维吸附罐采用自动反洗再生，根据污染物累积量自动进行再生操作，一般每隔24 h自动反洗一次。用压力0.4～0.6 MPa、温度160～260℃的蒸汽对超微过滤器和纤维吸附罐进行反向清洗，使分子膜和复合纤维毡脱除附着的油污和杂质，活性分子和官能团得以再生。

2 冷凝水除油除铁系统存在的问题

含油冷凝水除油除铁装置开工至今一直存在一些问题，经过多次维护、处理效果仍不理想。

2.1 水质问题

(1)含油冷凝水经过除油除铁后，净水各项水质指标均达不到净水出水水质指标要求。2010年1月份除油除铁装置试运期间，对除油除铁后的净水进行了现场分析，结果表明含油量0.2 ～3.7 mg/L，含铁量50 ～220 μg/L，电导率为7 ～15 μs/cm，硬度2.0 ～6.0 μmol/L，除油、除铁效果不理想，电导率、硬度等指标也不达标。

(2)超微过滤器和纤维吸附罐设备用蒸汽进行约1 h反冲洗再生后，净水分析仪表显示值净水含油量提高到1～2 μg/g，反冲洗期间净水水质不合格，影响了水罐水质。在反冲洗结束后对净水取样分析，发现净水中含有许多黑色块状杂质，最大直径达到0.7 cm，净水浊度达到2.7 FTU(正常运行时，浊度一般小于1 FTU)。

2.2 设备问题

(1)超微过滤器运行压差大，流量60 t/h左右，罐体压力接近0.4 MPa;封头常漏水(水压试验0.7 MPa)。

(2)超微过滤器和纤维吸附罐的蒸汽进口气动阀内漏严重，1#纤维吸附罐进口气动阀更换了2次，内漏问题仍未解决，给装置运行埋下了安全隐患。

(3)超微过滤器进水流量控制阀反应太滞后，阀门开度与流量呈非线性关系，流量控制难度大。

(4)在线甄别系统仪表测量准确度低，在线仪表显示值与实际人工取样测量值之间存在误差;纤维吸附罐出口净水水中油分析仪表精度为1 μg/g，达不到 0.1 μg/g 精度要求，而且这种仪表在维护清洗时，水在表盘上溢流，很容易造成仪表内部电路板烧毁，损坏仪表。

3 冷凝水除油除铁系统失效原因分析

3.1 原水污染超微滤元

从各装置冷凝水质量监测数据来看，正常运行时水中油含量一般在1.2～15.6 mg/L。当用汽设备发生油泄漏时，冷凝水含油量会急剧上升，通过对冷凝水取样分析，最大含油量达100 mg/L。炼油各装置蒸汽冷凝水所含杂质见表2。

表2 含油冷凝水所含杂质及其来源

在含油冷凝水除油除铁装置开工初期，原水罐残留污油对超微过滤器分子膜和纤维吸附罐吸附组件造成污染，虽经过清理，实际滤元内污染现象仍未得到根本杜绝，且原水中的非烃类污染物(胶体)继续累积，造成超微滤元严重污染，非烃类污染物(胶体)吸附在超微滤元外壁，形成“门帘”，导致活性分子膜无法正常工作甚至失效。

3.2 过滤法除乳化油效果不理想

凝结水中的油有游离态油、机械分散态油、乳化态油和溶解态油等4种形态，其中乳化态油和溶解态油是主要存在形态。凝结水中的油经过机械运动，大部分因发生离散、碎解而在水中呈乳化状态(油粒粒径在 0.1 ～0.5 μm 之间)［3］。加之凝结水温较高，油粒在水体中的布朗运动增强，在水体中的溶解性提高，溶解油以分子状态存在于水体。目前石化企业冷凝水除油使用的方法包括过滤法、复合膜阻截除油法、树脂除油法、表面过滤加精密过滤法等，基本上不是阻截法就是过滤法。从机理上讲，阻截、过滤法只能有效处理游离态油、机械分散油，处理乳化油分子和溶解油分子十分困难。

3.3 过滤法除铁效果不理想

要除掉冷凝水中粒径比水分子还小的Fe2+和Fe3+，阻截膜或过滤膜的孔径必须非常细微。高温烧结的陶瓷滤料利用多孔和粗糙的表面密集层结构，将铁离子和细小悬浮物过滤吸附。通过滤料的粒度控制出水铁离子含量［4］。但由于Fe3+为胶状，它会附着在过滤膜的表面，堵塞滤料的孔道，污染滤料，滤膜运行一段时间后其过滤吸附能力会降低［5］。另外，由于冷凝水的温度比较高，滤料会有杂质溶出，出水硬度增大，对冷凝水形成二次污染［6］。

4 含油冷凝水除油除铁系统改造及效果

根据冷凝水除油除铁装置运行中存在的实际问题，决定对现有装置流程进行改造，使装置出水水质指标达到设计标准。

4.1 增设前置快分离过滤器

根据冷凝水除油除铁系统实际运行情况及水质分析，在原流程中超微过滤装置前增设前置快分离过滤器。前置快分离过滤装置滤元采用活性炭纤维球为过滤和吸附的基料，运用北京中能环科公司的专有技术，在反复活化、炭化的同时，添加大量官能团，使之有效阻截、吸附大量非烃类、烃类、胶体及其他杂质，保障后续设备运行条件，使出水指标达到设计标准。改造后工艺流程见图2。

图2 改造后工艺流程

经在线甄别系统检测，符合进水要求的冷凝水直接进入原水箱，经泵提升后进入前置快分离过滤器，去除水中大量非烃类、烃类、胶体及其他杂质。出水依次经过超微过滤器和纤维吸附罐除去冷凝水中大部分的烃类及金属离子。处理后的冷凝水需再次经过在线甄别系统检测，合格冷凝水进入3#含油冷凝水净水罐。一旦出现水质超标，则凝结水通过自控系统返回1#、2#含油冷凝水原水罐重新处理。

4.2 更换现有除油除铁设备组件

(1)更换现有的2台超微过滤器组件，并重新进行预膜处理;更换现有的2台纤维吸附罐组件，以解决活性分子膜超微过滤器在污堵后工作状态不佳，无法保持较高活性，吸附效果下降，甚至无法吸附杂质等问题，同时解决碳纤维吸附装置出水有黑色杂质的问题。

(2)更换存在泄漏问题的4台气动阀，新供阀门改换了密封形式，以适应现场存在较大温差工况。更换流量调节阀，以满足实际流量变化的要求，提高反应速度。

(3)更换在线甄别系统检测仪表，仪表测量准确度和精度符合技术协议要求，尤其是水中油检测仪表精度达到0.1 μg/g。

4.3 调整系统运行方式

鉴于原水罐残留污油对超微过滤器分子膜和纤维吸附罐吸附组件造成污染，对冷凝水除油除铁装置运行方式加以调整。

(1)含油冷凝水进入1#冷凝水原水罐，蓄满7 m左右溢流10 min以上，充分溢流掉冷凝水中的游离态油和机械分散态油。

(2)含油冷凝水停止进入1#冷凝水原水罐，改入2#冷凝水原水罐。

(3)启动除油装置，抽1#冷凝水罐冷凝水运行，合格净水进3#冷凝水净水罐外供，不合格净水返回1#原水罐。

(4)1#冷凝水罐抽到1.5 m左右时，若2#冷凝水罐已蓄满7 m左右并溢流10 min以上，可切换到2#冷凝水罐;若2#冷凝水罐未蓄满，可直接把无油冷凝水切换到1#冷凝水罐，关闭3#冷凝水罐阀，进入1#冷凝水罐循环运行，直到2#冷凝水罐已蓄满7 m左右并溢流10 min以上，再切换到2#冷凝水罐。

4.4 改造后运行效果

通过在除油除铁装置流程中增设前置快分离过滤器，有效阻截、吸附含油冷凝水中的大颗粒非烃类、烃类、胶体及其他杂质，改善了后续超微过滤器和纤维吸附罐等设备的运行条件。更换超微过滤器和纤维吸附罐组件后，提高了超微过滤器和纤维吸附罐分子膜和官能团的活性。除油除铁装置及其运行方式经过改造和调整，出水水质有了明显改善，基本达到了装置出水水质设计指标。装置改造前后水质情况对比见表3。

表3 除油除铁装置改造前后水样分析结果

5 结论

(1)含油冷凝水除油除铁装置出水水质指标达不到设计标准，主要原因是含油冷凝原水中的大颗粒油滴污染了超微过滤器和纤维吸附罐的分子膜，使其丧失了过滤和吸附的功能，另外过滤法除乳化油、溶解油和Fe3+的效果也不理想。

(2)通过对冷凝水除油除铁装置增设前置快分离过滤器、更换超微过滤器和纤维吸附罐组件等流程和工艺设备的改造，以及调整系统运行方式，除油除铁效果得到了明显改善。

(3)目前装置改造之后运行时间不长，装置能否长周期运行还有待考验。值得注意的是装置出水软化处理效果不理想，如何控制陶瓷滤料在高温冷凝水中溶出，避免冷凝水受到二次污染是应该进一步研究的问题。

［1］ 周丽莉，郑黎，吕国辉，等．高温凝结水精处理技术的应用实践［J］．工业锅炉，2011(4):25－27．

［2］ 高登山．冷凝水回收处理技术［J］．河南化工，2008，25，(11):27－30．

［3］ 冷树成．凝结水的净化技术［J］．工业水处理，2010，30(3):64－67．

［4］ 徐佳，张宇舟．蒸汽冷凝水回收中的除铁技术［J］．工业锅炉，2008(6):40－41．

［5］ 高如龙，肖建国，郭建国．蒸汽冷凝水的两种除铁工艺的比较［J］．工业水处理，2002，22(8):41 －43．

［6］ 王胜利，刘继勇，张宇舟．蒸汽冷凝水回用过滤技术探讨［J］．工业水处理，2007，27(9):75 －77．

Oil and Iron Removal System of Oil－condensate Water and its Improvement

Tao Weijun
(PetroChina Karamay Petrochemical Company，834003)

The oil and iron removal device of oil－condensate water in a petrochemical company and main problems in operation of the device was introduced．The main causes of poor oil and iron removal effect were analyzed．Based on the actual problems in oil and iron removal device of condensate water，device process transformation scheme was proposed to add a lead fast separation filter，replace the existing oil and iron removal equipment assembly，and adjust system operation mode to improve the operation effect．

oil－ condensate water，oil removal，iron removal，system reconstruction

1674－1099 (2012)04－0045－05

TE09

A

2012-06-25。

陶卫君，男，1980出生，2010年毕业于华北电力大学技术经济及管理专业，硕士，助理工程师，现从事设备管理工作。