常减压装置减压塔在线水洗实践

徐旭杰 王龙 段升权 赵培辉 孙殿杰 张玉坤

山东京博石油化工有限公司基质沥青材料运行部 山东 博兴 256500

随着轻质原油资源日益紧张，高硫高盐的劣质原油加工已成为越来越多炼化企业选择。劣质原油经过脱盐后，仍有相当比例盐类及杂质（如有机、无机氯化物及含氮化合物等）无法除去。后续加工过程中，含氮化合物在高温条件下分解生成NH3，在塔内上升过程与含氯化合物水解生成的HCl反应生成NH4Cl[1]。当塔顶冷回流导致塔内温度低于水蒸气的露点时，会产生液态水（可称之为“露点水”）。随着油气继续上升的NH4Cl溶于下降的露点水形成溶液并随之下降，由于下方温度升高，露点水蒸发，导致铵盐在最上层塔盘结晶[2]。NaCl结盐过程与之类似，电脱盐未脱除的NaCl等盐类上升过程与液态水接触溶解，水分挥发后在塔盘上结晶。NH4Cl及NaCl等盐类的不断积累逐渐堵塞塔盘甚至管线[3]。在减压塔内，化学反应生成的铵盐及常压塔未送出的钠盐在减压蒸馏过程随着油气在上升形成NH4Cl、NaCl等盐类结晶堵塞减一集油箱形成结盐现象。

对减压塔顶盐类样品进行分析，其主要元素组成主要为N、O、Na、S、Cl、Fe。说明除NH4Cl、NaCl外，还有大量含Fe、S及O元素组成盐。根据文献[4-5]，在减压塔内高温条件下，含硫化合物如硫醚和噻吩分解生成H2S等含“活性硫”的化合物。HCl及活性硫化合物在塔顶温度降低时与水接触会腐蚀塔壁、塔盘及填料生成铁盐。氧元素一般以酚类、酯类、脂肪酸及环烷酸形式存在于原油中，成熟的原油以酚氧为主，不成熟原油以羧基氧较多[6]。高温条件下，部分酯类及沸点较高的大分子酸高温裂解生成低沸点酸，与水蒸气接触水解生成低沸点酸和醇，到达塔顶后与金属或铵根离子结合最终在塔顶结盐。此外，H2S在含氧化合物作用下形成SO2[7-8]，SO2进一步与Na+、NH4+等反应生成亚硫酸盐。以NH4+为例，SO2与NH3反应生成 （NH4）2SO3，（NH4）2SO3在含氧化合物的作用下氧化成（NH4）2SO4。与NH4Cl类似，（NH4）2SO4随油气上升后最终部分在塔盘上形成结晶成盐[9]。

NaCl、FeCl3、 （NH4）2SO4等大量盐类晶体的累积堵塞减压塔集油箱、填料甚至管线，最终引起减压塔减一线外送及回流量降低、减顶温度及真空度波动、减一泵抽空等问题。

为解决这些问题，结合常压塔及分馏塔水洗溶解除盐经验[10]，在装置运行情况下对减压塔顶进行了水洗。

1 水洗前准备

1.1 减压塔水洗方案

随着温度升高，盐类溶解性显著增加（0℃时氯化铵溶解度为29.4g，50℃时约为50g），故为提高水洗效率，采用热媒水管网的热媒水进行水洗。热媒水由工业水与油品换热得到，其温度约65℃。为防止水洗过程热媒水大量汽化造成塔顶压力剧烈变化（水的沸点随着压力降低而降低，减压塔内绝对压力通常低于5kPa，此时水沸点约33℃远小于65℃），需提前将减压塔内压力升高至30kPa（即真空度降低至71.325kPa）以上（见表1）。

表1 压力与水沸点的关系

真空度降低以后，减压塔即准备进行水洗。水洗流程如下：

减一泵出口阀门关闭，热媒水通过减一泵入口放空经减一泵抽出管线靠自压逆流打入减一集油箱，流程为：热媒水→减一泵入口放空→减一抽出管线→减一集油箱。热媒水进入减一集油箱后接触并溶解NH4Cl、NaCl及 （NH4）2SO4等盐类。热媒水进入减一集油箱补充液位达到70%后静置溶解洗涤其中盐类。约30min后打开减一泵出口，启动减一泵，水洗污水经过污油线外送。

水洗持续4个阶段，为确保可溶性盐大多去除，水洗需持续至现场观察水洗污水颜色明显清澈后停止水洗，恢复原流程。本装置减压塔于2022年5月和2023年3月分别进行2次水洗，脱盐效果均十分显著，本文主要以第2次水洗过程为例进行介绍。水洗过程涉及流程调整，本装置减压塔流程简图见图1（设3条侧线和3个中段回流）。

图1 减压塔流程简图

1.2 减压塔水洗前准备

（1）流程确认：水洗前，首先对水洗流程进行确认（如减一泵入口放空接热媒水线，出口放空接胶管至暗井，便于观察水洗效果；常三线油回流至减一线、减一线进污油线流程等）。确保热媒水及外送线等流程畅通。确认无误后进行下一步操作。

（2）降低真空度：通过降低真空泵变频、减少抽真空蒸汽量等方法将减压塔顶真空度降低至70kPa以下。完成后，准备引入热媒水进行水洗。真空度降低后，安排专人加强对减压塔及重油换热器进行巡检，防止因真空度变化引起装置异常。

为有效遏制围标，要对参加投标的单位数量进行限制。大型水利工程项目由于资金数额巨大、施工技术复杂，投标单位数量一般不多，而越小的项目，投标单位越多，竞争越激烈，增加了发生多种违规的可能。因此对于中小型水利工程项目，要根据投资金额、招标费用合理确定投标单位数量，减少企图围标者的围标机会。

（3）水洗过程注意事项：①水洗产生污水外送所用泵应为变频泵（工频泵出口压力过大外送热媒水时易导致泵气缚不上量），外送时由慢至快，防止外送污水杂质过多导致减一泵入口堵塞；②向减一集油箱补充热媒水速度不可过快，防止真空度出现大幅度波动；③为防止热媒水溢流至下一段填料，需控制减二线油品抽出温度150℃以上。接近此温度或出现温度快速下降时，暂停热媒水注入，污水及时外送；④水洗期间，减顶压力可能出现大幅度波动，装置出现泄漏的风险增加，需要加强对减压塔各侧线、塔底馏程至减底泵及换热器的巡检，发现泄漏等异常情况及时报告、处理或撤离。

2 水洗阶段

2.1 水洗流程

真空度降低至70kPa以下时装置开始水洗。水洗共耗时约7.5h（第1次水洗耗时9.5h），水洗过程主要分为4个阶段。

通过减一泵入口放空阀，将热媒水沿减一抽出线逆向打入减一集油箱，补充集油箱液位。当减一液位上涨至约70%时，关热媒水阀门，停止补水。静置溶解（水洗）约30min后启动减一泵，通过污油线外送将减一集油箱中污水外送。

根据样品可看出水洗过程样品逐阶段好转，水洗效果显著。水洗时现场观察发现：第1阶段水洗水为黑褐色黏稠状溶液，同时有固体物质间断排出；第2阶段为黑色微黏稠状溶液；第3阶段为黑色水溶液，第4阶段颜色明显较前三阶段明显清澈。

水洗结束后逐步恢复减压塔正常操作。首先提高减压塔真空度，再根据工艺参数以及产品质量逐步恢复侧线回流及外送。

2.2 水洗过程工艺参数控制与调整

2.3 水洗数据分析

减压塔水洗4个阶段污水样品全盐分析数据见表2。

表2 两次水洗水盐含量对比

由表2数据可以看出，水洗过程盐含量大幅度降低，污水含盐由第1阶段的15.925g/L（11.225 g/L）降低至第4阶段的3.750g/L（1.000 g/L），水洗脱盐效果显著。同时，将第1阶段所取样品烘干后做元素分析，所得结果见图2。

图2 EDS对盐类元素分析谱图

①能谱仪（EDS，Energy Dispersive Spectrometer）是用来对材料微区成分元素种类与含量分析。

表3结果表明：减一集油箱内结盐元素主要由N、O、Na、S、Cl、Fe等元素组成。由结盐机理[2-3，7-8]可知，减压塔顶盐类主要为NaCl、NH4Cl、FeCl3、KCl等含氯盐以及Na2SO4、（NH4）2SO4、和Fe2（SO4）3等硫酸盐。此外，水洗后减一泵流量、减顶温度和真空度数据频繁波动等问题得到改善。取水洗前后数据作图如图3～图6（图中横坐标代表时间/日期，其中水洗时间为19日，水洗后恢复时间为20日）：

图3 减一冷回流量水洗前后变化（纵坐标：流量/t/h）

图4 减一外送量水洗前后变化

图6 水洗前后减顶真空度变化趋势（纵坐标：绝对压力/kPa）

表3 减一集油箱结盐元素分析结果

由图6可以看出，水洗后减一线回流量及外送量显著增加，常压柴油总收率提高，减压塔顶温度、减压塔顶压力波动数值、波动频率均减小。水洗效果显著。

3 结束语

通过减压塔在线水洗，在对装置持续生产影响最小前提下顺利解决减压塔潜在运行隐患，减压塔恢复结盐前状态，装置平稳性加强同时调整更加便捷，水洗达到预期目的。

（1）用热媒水对减压塔进行在线水洗对装置整体影响较小，具备操作性。

（2）通过减压塔水洗，减顶结盐、减一泵不上量、减顶温度和真空度波动等问题得到解决，水洗效果显著。

（3）水洗后减一外送量恢复结盐前，常柴收率提高2.49%，水洗操作使装置整体盈利能力得到提高。