电脱盐切水换热器结垢技术改进

2020-08-22蔡帮伟侯利国杨洪凯边绪亮

炼油与化工 2020年4期

蔡帮伟，侯利国，杨威，杨洪凯，边绪亮

（中海油惠州石化有限公司公司炼油一部，广东惠州516086）

电脱盐装置是原油蒸馏的首道处理工序，其原理是通过在原油中注水、破乳剂，将原油中的盐得以溶解同时破坏原油中乳化水的稳定性，利用油水密度差作用，使其在电场中分离［1］。电脱盐脱水后至污水处理厂通过生化处理、深度处理合格后外排，当出现电脱盐切水发黑带油情况需通过膜传质处理将油与油泥分离，剩下污水通过处理后外排。电脱盐产生黑水将大大提高处理成本。

1 改造背景

某公司常减压蒸馏设计加工量1 200×104t/a，操作弹性设计为60%～110%，装置采用3 级电脱盐工艺流程。常减压装置所加工原油掺炼劣质原油，其中含部分老化油［2］，造成电脱盐系统紊乱、电脱盐罐乳化严重、排水频繁发黑［3］。排水频繁发黑主要产生问题：（1）常减压装置电脱盐外排含盐污水系列换热器结垢严重，该系列共有7 台换热器，2017 年共清洗换热器43 台，频繁清洗换热器给装置的安全平稳运行产生极大影响；（2）产生大量黑水给污水处理场造成较大处理负担及成本压力。

2 换热器结垢原因分析

2.1 蓬莱19-3老化原油性质分析

该公司常减压装置设计加工100%蓬莱原油，近几年原油轻质化，蓬莱原油比例降至25%～50%，蓬莱原油仍是主力加工原油。蓬莱原油中含部分老化油，由于老化油性质较差易造成原油乳化严重导致排水发黑，针对加工蓬莱原油期间装置电脱盐罐排水频繁发黑情况，装置外委分析蓬莱老化油，具体性质见表1。

经分析，老化原油20 ℃密度为0.957 5 g/cm3，属于重质原油；含水量为47.5%左右，盐含量高达1 013.7 mg/L，同时老化油中的金属含量远高于正常原油。过高的金属含量导致其沉淀物含量高达1.88%，灰分含量高达1.43%。未经处理的老化油中P 含量为80.2 mg/L，Ni含量为34.6 mg/L，Al含量为537 mg/L。老化油中的胶质、沥青质以及S、N和金属化合物等成为天然乳化剂的存在，有利于在油水界面形成稳定的界面膜；另外，老化油的酸值高达4.6 mgKOH/g，有机酸同含金属的微小颗粒（如、硫化亚铁、硫酸钙等）产生很强的化学作用，将固体颗粒物分散在油水界面，形成强度更高的界面膜，单纯靠重力自然沉降分离不可能实现［4］。

综上所述，蓬莱老化油密度、粘度、沥青胶质含量高，还含有Fe、Na、Ca、Mg 等金属元素，这些成分是引起老化油高含水、脱水难的主要因素。

表1 蓬莱19-3老化原油一般性质

2.2 蓬莱19-3老化原油性质分析

在电脱盐排水发黑情况下，采集黑水样进行外委分析，发现电脱盐排水中含有大量的污油。将电脱盐排水水样，加热升温，油水分层后，对水质进行分析。排水中的电导率、悬浮物、Ca2+、水中含油及总有机碳含量都非常高，分析结果见表2。

表2 电脱盐排水（黑水）分析结果

2.3 排水换热器结垢原因

（1）加工原油性质较差，杂质及沥青质、胶质含量及水含量高，且水以高度乳化形式存在［5］，造成加工含老化油的蓬莱原油期间电脱盐破乳困难，排水频繁发黑，水质以1级电脱盐切水最差。

（2）因电脱盐破乳效果不好，导致电脱盐切水带油，大量污油进入换热器，污油附着换热器管束内表面形成油垢。同时在20%的无机盐中，碱式硫酸铁（Fe（OH）SO4）是1 种水处理絮凝剂，能将固体颗粒物包裹形成絮凝状态，在管束内粗糙表面沉积，形成垢物。换热器结垢样品分析见表3。

表3 换热器垢样分析

3 解决方案对比

针对以上2种主要造成换热器频繁结垢原因，装置经过多方筛选，可行方案有3 种。（1）优化原油质量。但上游开采原油难度大，老化油不可避免，研究老化油加工方案是长期过程；（2）增加助剂，缓解换热器结垢。对于助剂筛选需要做大量研究实验，且助剂加注需要高额成本；（3）流程上做简易改动缓解换热器结垢。

原油先经过1 级电脱盐罐然后至2 级、3 级脱盐罐，故1级电脱盐罐切水水质最差，2级切水水质较好。经过讨论，决定将2 种水质分开，分别换热出装置，减少换热器污染。故决定实施第3 种方案，该方案成本最低，见效最快。

4 工艺流程变更前后对比

改造前，电脱盐1 级、2 级切水至换热器E01～E07 等7 台换热器，冷却后至污水处理厂。当电脱盐切水发黑时，1 级、2 级切水同时进入事故罐，但是实际情况表现为1级切水发黑，2级切水正常，受流程限制将导致大量污水进入事故罐，同时经过流动过程介质的混合造成油与水过度乳化，难以分成，需要至膜传质单元进行处理。

改造后，将切水流程由串联改为并联。将水质较差的1 级切水通过E-03、E-04 换热后至污水处理厂，并增加1 路至事故罐流程。水质较好的1级切水通过E-01、E-02、E-05、E-06、E-07 换热后与1级切水合并至污水处理厂，避免该流程换热器受污染。1 级切水增加单独至事故罐流程，保证2级切水正常至污水处理厂调节罐，避免事故罐超负荷，同时降低污水处理费用。改造前的工艺流程见图1，改造后工艺流程见图2。

图1 改造前工艺流程

图1 改造后工艺流程

5 实际应用效果与效益

5.1 实际应用效果

（1）该流程于2018年1月投用，下半年清洗含盐污水换热器3 台，2019 年4 月18 日开工后至9 月20 日含盐污水换热器只清洗1 台（E503A），同时出装置混合温度控制在≤45 ℃，较2017 年清洗43 台明显下降。按目前控制可以实现含盐污水换热器清洗台数控制在8台以内，较2017年下降81.4%。

（2）以2018 年电脱盐排水发黑35 次计算，利用该改造流程将电脱盐1 级切水单独走事故罐流程，B 罐切水走调节罐流程可降低黑水量12 250 t（以每次排黑水过程5 h，B罐切水以70 t/h计算）。