金麗萍
(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司煉油事業(yè)部, 200540)
工業(yè)化應(yīng)用
常減壓裝置電脫鹽的工藝優(yōu)化
金麗萍
(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司煉油事業(yè)部, 200540)
脫后原油鹽的質(zhì)量濃度與塔頂?shù)蜏馗g有非常重要的聯(lián)系,而中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司煉油事業(yè)部常減壓裝置脫后原油鹽的質(zhì)量濃度和三頂腐蝕卻缺乏關(guān)聯(lián)。從改變?cè)椭宣}的質(zhì)量濃度分析方法入手,進(jìn)而通過分析影響電脫鹽效率的操作因素及裝置現(xiàn)狀,有選擇地對(duì)原油脫鹽條件,如脫鹽溫度、電場(chǎng)強(qiáng)度、注水量、破乳劑注入量及混合強(qiáng)度等進(jìn)行調(diào)整,使脫后原油鹽的質(zhì)量濃度及塔頂鐵離子合格率都有不同程度提高。
電脫鹽 腐蝕 操作 優(yōu)化
電脫鹽系統(tǒng)是常減壓裝置安全生產(chǎn)、平穩(wěn)運(yùn)行、降低能耗、減少設(shè)備腐蝕、結(jié)垢以及滿足原油深加工需要的重要保障,在煉油廠占據(jù)重要地位,其作為石油加工的第一道工序,從原油中脫除鹽、水和其他雜質(zhì)。它也是防止常減壓裝置塔頂系統(tǒng)腐蝕的有效工藝措施,起到改變腐蝕環(huán)境、減少或抑制腐蝕介質(zhì)的作用。脫后原油鹽的質(zhì)量濃度與塔頂?shù)蜏馗g有非常重要的關(guān)系。原油在蒸餾過程中 HCl生成量和鹽的質(zhì)量濃度之間不是簡(jiǎn)單的算術(shù)函數(shù)關(guān)系,而是對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系。因此,提高電脫鹽效率,嚴(yán)格保證脫后原油中鹽的質(zhì)量濃度達(dá)到小于 3 mg/L的控制指標(biāo)是減緩三頂腐蝕的根本。
操作溫度是原油脫鹽過程的重要工藝參數(shù)之一,對(duì)水滴沉降、聚集及耗電量產(chǎn)生影響,具體作用見斯托克斯定律
式中:u——水滴沉降速度,m/s;
d——水滴直徑 ,m;
ρ1——水的密度 ,kg/m3;
ρ2——油的密度 ,kg/m3;
v——油的運(yùn)動(dòng)黏度,m2/s;
g——重力加速度 ,m/s2。
從公式 (1)中看出,降低油相的黏度,增加油水密度差,增大水滴直徑,可加快水的沉降速度。提高操作溫度可以降低原油的黏度、密度以及乳化液的穩(wěn)定性,有利于水滴的聚集和沉降。而脫鹽效率又與脫水率成正比,因此提高原油進(jìn)罐溫度對(duì)提高脫鹽效率起著積極作用。但是,隨著溫度逐步升高,CaCl2或MgCl2等鹽類開始水解,不但會(huì)降低脫鹽效率,而且使電導(dǎo)率增加,電負(fù)荷顯著上升;再者,溫度過高會(huì)造成水的汽化從而影響到電場(chǎng)的穩(wěn)定性,甚至還會(huì)造成脫鹽罐壓力升高影響到裝置的安全運(yùn)行。一般來說,操作溫度應(yīng)控制在 120~145℃。
操作壓力對(duì)電脫鹽影響不大,控制壓力是為了防止在操作溫度下,罐內(nèi)原油或水氣化而產(chǎn)生氣體,其結(jié)果一是引起油層攪動(dòng),影響水的沉降分離;二是使脫鹽罐壓力升高,給生產(chǎn)操作帶來不安全因素[1]。操作壓力的大小視原油中輕餾分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和加熱溫度而定,理論上講,脫鹽罐操作壓力應(yīng)比預(yù)期最高脫鹽溫度下油水飽和蒸氣壓高出 0.1~0.35MPa,以防止原油在操作溫度下氣化。但電脫鹽罐內(nèi)最大壓力不能超過電脫鹽罐的設(shè)備設(shè)計(jì)壓力。
根據(jù)電場(chǎng)力下兩個(gè)同樣大小的微滴的聚結(jié)力公式(2)可知,提高電場(chǎng)強(qiáng)度可以強(qiáng)化水滴的聚集作用,有助于改善脫鹽效果。但電場(chǎng)強(qiáng)度過高會(huì)發(fā)生電分散現(xiàn)象,將水滴分散為更小的微小水滴,不利于水滴的聚結(jié)。同時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度過高,耗電量也隨之增加,一般電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)為 500~1 800 V/cm。
兩個(gè)同樣大小的微滴之間的聚結(jié)力為:
式中:F——偶極聚結(jié)力,N;
K——原油介電常數(shù),F/m;
E——電場(chǎng)強(qiáng)度,V/cm;
r——微滴半徑 ,cm;
l——兩微滴間中心距,cm。
原油在脫鹽罐中停留時(shí)間的設(shè)計(jì)因原油品種的不同而不同。一般而言,原油在脫鹽罐中必須要有足夠的停留時(shí)間,對(duì)較重原油在脫鹽罐中停留時(shí)間可設(shè)計(jì)長(zhǎng)些。但停留時(shí)間過長(zhǎng)將產(chǎn)生電分散作用,增加耗電量。據(jù)中國(guó)石化 2010常減壓高級(jí)研修班蔣榮興著的《原油電脫鹽技術(shù)》介紹,要正確地選擇停留時(shí)間和電場(chǎng)強(qiáng)度,應(yīng)綜合分析其與脫鹽率和電耗之間的關(guān)系 (見表 1)。根據(jù)中國(guó)石油化工股份有限公司齊魯分公司勝利煉油廠工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果分析及國(guó)外資料介紹,原油在強(qiáng)電場(chǎng)中的停留時(shí)間采用 2 min較為經(jīng)濟(jì)合理。目前,強(qiáng)電場(chǎng)中原油停留時(shí)間國(guó)外多采用 1~2 min,較長(zhǎng)的為 2.5~6 min;國(guó)內(nèi)一般為 5~9 min。
表 1 強(qiáng)電場(chǎng)中的電場(chǎng)強(qiáng)度、電脫率與電耗的關(guān)系
在電脫鹽過程中需要注入一定量的洗滌水,以溶解無機(jī)鹽并隨水一起排出,因此,洗滌水性質(zhì)及注入量的選擇尤為重要。
1.5.1 注水性質(zhì)
1.5.2 注水量
增加注水量可以破壞原油中原有乳化液的穩(wěn)定性,提高水滴間的凝聚力,同時(shí)縮短水滴間的距離,以利于水滴聚結(jié)。但當(dāng)注水量過大時(shí),不但會(huì)增加用能,還將加重電脫鹽負(fù)荷,造成脫水不及時(shí),水位上升,電極板間電流升高,電壓降低,以致脫鹽、脫水效率顯著下降。
破乳劑的類型和用量對(duì)脫鹽效果影響很大,由于不同原油所需破乳劑的成分不同,因而破乳劑的類型和用量必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室篩選,并通過工業(yè)實(shí)踐確定。
通過靜態(tài)混合器和混合閥將水、破乳劑和原油充分混合,是原油脫鹽得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。理論上混合強(qiáng)度越大,所注入的水分散程度也越好,但是過高的混合強(qiáng)度容易造成水和原油過度乳化,以至于形成穩(wěn)定的乳化層,這樣反而會(huì)增加破乳脫鹽的難度。同時(shí),混合強(qiáng)度的選擇因原油性質(zhì)不同而異,通常密度較高原油 (相對(duì)密度指數(shù) API 15~24)的混合強(qiáng)度采用 0.03~0.08 MPa;密度較低原油(API25~45)的混合強(qiáng)度采用 0.05~0.13MPa。
電脫鹽水位的控制非常重要。因?yàn)樵陔娒擕}罐內(nèi)部,水位可以與罐內(nèi)極板的最下端形成弱電場(chǎng),用來脫除原油中較大的水滴。水位過低,一方面會(huì)造成弱電場(chǎng)強(qiáng)度太低,無法脫除較小水滴,另一方面會(huì)減少水相在電脫鹽罐體內(nèi)部的停留時(shí)間,導(dǎo)致排水含油量過高。水位過高,則會(huì)導(dǎo)致電脫鹽罐體運(yùn)行電流升高,如果水層進(jìn)入電極板之間,會(huì)導(dǎo)致電脫鹽設(shè)備完全短路,無法建立電場(chǎng)。通常根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定電脫鹽罐體內(nèi)最佳油水界面高度。對(duì)于交流和交直流電脫鹽罐,水位通??刂圃谶M(jìn)油分配系統(tǒng)上方 100~300 mm;對(duì)于高速電脫鹽罐,水位控制在最下層極板下方 500~800 mm。
中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司煉油事業(yè)部 8 Mt/a常減壓裝置 (以下簡(jiǎn)稱 8 Mt/a常減壓裝置)于 2005年 2月建成投產(chǎn),裝置設(shè)計(jì)加工原油以進(jìn)口油為主,脫后原油中鹽的質(zhì)量濃度一直以來控制在 3 mg/L內(nèi),但三頂鐵離子合格率卻偏低,塔頂換熱器腐蝕嚴(yán)重。
8 Mt/a常減壓裝置加工高含硫低酸原油,2009年混合原油密度為 0.868 7g/cm3,硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá) 1.76%,酸值為 0.26 mg/g,鹽的質(zhì)量濃度一般小于 40 mg/L。加工原油品種主要有巴士拉、沙輕、阿曼、科威特、埃斯科蘭特、烏拉爾、達(dá)連、卡賓達(dá)、榮卡多等。
該電脫鹽裝置 (V-3001AB)采用國(guó)內(nèi)長(zhǎng)江(揚(yáng)中)電脫鹽設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)的 2級(jí)串級(jí)交直流電脫鹽技術(shù),具體數(shù)據(jù)見表 2。
表 2 電脫鹽設(shè)備狀況
8 Mt/a常減壓裝置生產(chǎn)負(fù)荷在 92%左右,原油性質(zhì)、設(shè)備狀況較好,工藝參數(shù)調(diào)節(jié)余地大,具體數(shù)據(jù)見表 3。
公路施工技術(shù)中的摻灰施工即對(duì)道路基底做處理?yè)交遥趯?shí)際實(shí)踐期間要先對(duì)基底異物雜草等進(jìn)行實(shí)時(shí)清理,確認(rèn)所用石灰標(biāo)準(zhǔn)無誤后,在測(cè)量及放樣工作完成后進(jìn)行拌灰作業(yè);合理設(shè)定灰土鋪筑層數(shù)及寬度,架設(shè)控制樁進(jìn)行相應(yīng)施工。
表 3 電脫鹽工藝參數(shù)
目前原油中鹽的質(zhì)量濃度分析方法可以劃分為兩大類,即:抽提 /滴定法和稀釋 /電導(dǎo)法。抽提 /滴定法的代表性方法為 AST M D6470(原油中鹽的質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法)和 SY/T 0536(原油中鹽的質(zhì)量濃度測(cè)定法),其中 SY/T 0536為中國(guó)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法;稀釋 /電導(dǎo)法的代表性方法為 AST M D3230(原油中鹽分試驗(yàn)方法)[2]。三者中 AST M D6470分析法最具權(quán)威性,但因其樣品及試劑用量多、分析速度慢,一般不作為日常分析手段,SY/T 0536分析方法簡(jiǎn)單,且分析相對(duì)偏差在 10%范圍內(nèi)而被廣泛采用。AST M D3230分析方法雖簡(jiǎn)單,但分析結(jié)果受制于原油中 NaCl、MgCl2、CaCl2三種氯化物質(zhì)量濃度比例關(guān)系的影響。
中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司 (以下簡(jiǎn)稱上海石化)檢測(cè)原油中鹽的質(zhì)量濃度的分析方法采用AST M D3230法。因?qū)υ椭宣}的質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)存在質(zhì)疑,2010年 4月分別委托通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)上海有限公司 (以下簡(jiǎn)稱通標(biāo)上海公司)、中國(guó)石油化工股份有限公司高橋分公司 (以下簡(jiǎn)稱高橋分公司)對(duì) 8 Mt/a常減壓裝置脫前、脫后原油中鹽的質(zhì)量濃度進(jìn)行同步分析,分析方法及結(jié)果見表 4、5。
表 4 上海石化與通標(biāo)上海公司同步分析結(jié)果對(duì)比 mg/L
表 5 上海石化與高橋分公司同步分析結(jié)果對(duì)比
從表 4、5可以發(fā)現(xiàn),上海石化采用 AST M D3230法得到的分析數(shù)據(jù)明顯偏低,也就說明8 Mt/a常減壓裝置實(shí)際電脫鹽效果并不理想,脫后原油中鹽的質(zhì)量濃度實(shí)際長(zhǎng)期超過控制指標(biāo)。經(jīng)與上海石化檢測(cè)部門多次溝通后,4月 29日起將分析方法由AST M D3230改為中國(guó)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法 SY/T 0536,為電脫鹽進(jìn)一步操作調(diào)整提供可靠分析依據(jù)。改變分析方法后,脫后原油中鹽的質(zhì)量濃度合格率由之前的 100%急速下降至32%,電脫鹽優(yōu)化調(diào)試勢(shì)在必行。
在現(xiàn)有的電脫鹽裝置流程及電脫鹽設(shè)備的情況下,優(yōu)化調(diào)整電脫鹽各操作參數(shù)、掌握它們之間的關(guān)系是提高電脫鹽裝置脫鹽效率的關(guān)鍵。從改變?cè)椭宣}的質(zhì)量濃度分析方法入手,進(jìn)而通過分析影響電脫鹽效率的操作因素及裝置現(xiàn)狀,從中有選擇地對(duì)原油脫鹽條件,如脫鹽溫度、電場(chǎng)強(qiáng)度、注水量、破乳劑注入量及混合強(qiáng)度等進(jìn)行了調(diào)整。
8 Mt/a常減壓裝置電脫鹽設(shè)備設(shè)計(jì)操作溫度為 130℃,調(diào)整前電脫鹽設(shè)備操作溫度偏低,在115℃左右,不利于水滴的聚集和沉降。通過熱量前移,調(diào)整后電脫鹽設(shè)備操作溫度提高至 115~120℃,但由于受換熱流程的限制及原油性質(zhì)的影響,仍不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。要進(jìn)一步提高電脫鹽設(shè)備操作溫度,則必須對(duì)換熱流程重新優(yōu)化。
8 Mt/a常減壓裝置電脫鹽罐的設(shè)計(jì)壓力是1.6 MPa,目前的操作壓力為 0.8~1.0 MPa,從常減壓高研班對(duì)中國(guó)石化集團(tuán) 27家煉廠電脫鹽系統(tǒng)調(diào)查結(jié)果得知,電脫鹽罐的操作壓力大多在0.7~1.5 MPa。因此,維持目前操作壓力。
8Mt/a常減壓裝置設(shè)計(jì)變壓器輸出交變電壓采用的是 5檔 13~25 kV可調(diào)電壓輸出,變壓器輸出交變電壓設(shè)置在 19 kV,為了提高微滴間聚集作用,將變壓器輸出交變電壓由 19 kV調(diào)至22 kV檔,電場(chǎng)強(qiáng)度即由 760 V/cm提高到 880 V/cm。
原油在電脫鹽罐的停留時(shí)間受制于裝置加工負(fù)荷的變化,8 Mt/a常減壓裝置設(shè)計(jì)原油在脫鹽罐中停留時(shí)間為 32 min,現(xiàn)生產(chǎn)負(fù)荷在 92%左右,原油性質(zhì)比設(shè)計(jì)略重,原油在整個(gè)脫鹽罐中停留時(shí)間約為 35 min,強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度約在 4 min左右,停留時(shí)間比較合理,能滿足脫鹽與低電耗要求。
3.5.1 注水性質(zhì)
8 Mt/a常減壓裝置采用凈化水作為電脫鹽注水,同時(shí) 2級(jí)排水回注 1級(jí)。酸性水汽提裝置提供凈化水氨氮、pH值等指標(biāo)時(shí)常超標(biāo),大大影響電脫鹽設(shè)備的脫鹽效率。通過監(jiān)控凈化水分析數(shù)據(jù)、監(jiān)控三頂排水在線 pH值以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試凈化水 pH值三者相結(jié)合的辦法,在發(fā)現(xiàn)凈化水質(zhì)量超標(biāo)的情況下改用純水,能一定程度緩解凈化水水質(zhì)問題對(duì)電脫鹽設(shè)備脫鹽效率的影響,但仍存在滯后及勞動(dòng)強(qiáng)度大等不利因素。為了同時(shí)滿足凈化水回用率和脫鹽效率的要求,裝置安排在凈化水總管上安裝在線 pH分析儀并引入 DCS(分散控制系統(tǒng)),使凈化水質(zhì)量完全處于受控狀態(tài)。
3.5.2 注水量
國(guó)內(nèi)各煉廠電脫鹽注水量一般為原油脫鹽處理量的 4%~8%,8 Mt/a常減壓裝置原注水量35 t/h,為原油量的 3.8%,注水量偏小不利于水滴聚結(jié),因此將注水量提高到 46 t/h,即原油量的 5%。
由于 8 Mt/a常減壓裝置所加工原油品種多達(dá)二、三十種,原油配比更換又很頻繁,要對(duì)破乳劑進(jìn)行篩選以適應(yīng)不斷變化的原油性質(zhì),實(shí)際上這一點(diǎn)很難實(shí)現(xiàn)。8 Mt/a常減壓裝置設(shè)計(jì)加工沙輕、阿曼及中東原油,自 2005年開車至今一直使用上海益?zhèn)惢び邢薰旧a(chǎn)的 YL-AB復(fù)配型油溶性破乳劑,該破乳劑具有破乳、脫鹽及緩蝕作用,適用于中東地區(qū)原油。在綜合考慮加工成本及脫鹽效率的基礎(chǔ)上,本次裝置調(diào)整僅將破乳劑的注入量由 4 mg/L提高到 5 mg/L。
8 Mt/a常減壓裝置所加工原油 API在 31左右,混合強(qiáng)度通常設(shè)置在 0.05 MPa。從裝置脫后原油含水分析值為小于 0.01%,而根據(jù)脫鹽效果不佳的情況分析,原油和水混合程度顯然不夠。因此,裝置將混合強(qiáng)度由 0.05 MPa逐步提高至0.07 MPa。
8Mt/a常減壓裝置油水界位控制在第 3根放樣孔,即距離進(jìn)油分配系統(tǒng)上方 250~300 mm,認(rèn)為還是較合理,故本次不做調(diào)整。如果今后進(jìn)一步提高加工負(fù)荷,則在滿足排水中油質(zhì)量分?jǐn)?shù)指標(biāo)要求的情況下適當(dāng)降低油水界位以增加原油在電脫鹽罐弱電場(chǎng)中的停留時(shí)間。
除了對(duì)部分工藝參數(shù)優(yōu)化調(diào)整以外,還定期對(duì)電脫鹽底部進(jìn)行反沖洗作業(yè),加強(qiáng)防腐管理,提高防腐意識(shí),尤其是根據(jù)原油性質(zhì)和生產(chǎn)負(fù)荷的變化及時(shí)調(diào)整好各電脫鹽操作參數(shù)都顯得尤為重要。
3.9.1 調(diào)整前后工藝參數(shù)對(duì)比
通過對(duì)電脫鹽現(xiàn)狀的認(rèn)識(shí)并結(jié)合理論分析,裝置有選擇的對(duì)原油脫鹽條件,如脫鹽溫度、電場(chǎng)強(qiáng)度、注水量、破乳劑注入量及混合強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,調(diào)整變化如表 6。
表 6 電脫鹽調(diào)整前后工藝參數(shù)對(duì)比
3.9.2 調(diào)整前后合格率對(duì)比
通過對(duì)電脫鹽參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,將每月脫后含鹽與含水合格率繪制成圖 1,圖 2是調(diào)整前后三頂水鐵離子合格率的變化趨勢(shì)。
從圖 1、2可以看出,調(diào)整前 (1-4月)由于分析的偏差,脫后含鹽合格率為 100%,改變分析方法后,5月脫后原油含鹽合格率急速下降,至 6月降至 32%。電脫鹽工藝參數(shù)優(yōu)化調(diào)整后,含鹽合格率顯著提高至 90%左右,同時(shí)常頂水鐵離子合格率也同步上升。但由于常頂水水質(zhì)的控制還受到原油性質(zhì) (10月原油硫質(zhì)量濃度、酸值波幅大)、加工負(fù)荷、pH值、塔頂注水、藥劑等其他因素的影響,10月的數(shù)據(jù)不甚理想。
圖 1 脫后含鹽與含水合格率變化趨勢(shì)
圖 2 三頂水鐵離子合格率變化趨勢(shì)
(1)8 Mt/a常減壓裝置電脫鹽系統(tǒng)在脫鹽效率差的情況下,主要通過對(duì)電脫鹽罐的操作溫度、電場(chǎng)強(qiáng)度,注水性質(zhì)和注水量、破乳劑用量,混合強(qiáng)度等工藝參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整,配以防腐管理,使電脫鹽系統(tǒng)運(yùn)行狀況明顯改善,運(yùn)行穩(wěn)定,脫鹽合格率提高,同時(shí)常頂水鐵離子合格率也同步上升。
(2)由于加工原油與設(shè)計(jì)工況的差別,以及隨著原油性質(zhì)的重質(zhì)化、劣質(zhì)化的不斷發(fā)展,僅靠電脫鹽操作參數(shù)優(yōu)化調(diào)整也將難以滿足防腐管理要求,對(duì)電脫鹽系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)是十分必要的。如破乳劑的改良、提高原油進(jìn)電脫鹽溫度及“三劑”注入系統(tǒng)自動(dòng)化控制手段、有選擇地引進(jìn)脈沖電脫鹽技術(shù)、超聲波電脫鹽技術(shù)等等。
[1] 李彬,楊森.原油性質(zhì)變化與電脫鹽裝置操作條件優(yōu)化[J].煉制技術(shù)與工程,2008,38(7):16-17.
[2] 楊德鳳,何沛.原油鹽含量分析方法的選擇及應(yīng)用[J].石油煉制與化工,2009,40(12):39-42.
Opt im ization on Electric Desalting Process in Atmospheric and Vacuum D istillation Un it
Jin Liping
(Refining D ivision,SINOPEC Shanghai Petrochem ical Co.,L td.200540)
The mass concentration of salt in desalted crude oil has essential connection with the low temperature corrosion of tower top,but it is not true for atmospheric and vacuum distillation unit in S INOPEC Shanghai Petrochemical Co.,Ltd.Starting from changing the analyzing method for mass concentration of salt in crude oil,the operating factors and unit situation affecting efficiency of electric desalting were analyzed,based on which the desalting conditionswere selectively adjusted,such as desalting temperature,electrical field strength,water injecting rate,emulsion splitter injection rate,and mixing intensity,so that the mass concentration of salt in desalted crude oil and percent of pass of iron ion in the tower top were increased to certain extent.
electric desalting,corrosion,operation,optimization
1674-1099 (2011)02-0037-06
TE624
A
2011-02-14。
金麗萍,女,1973年出生,2006年畢業(yè)于上海電視大學(xué)會(huì)計(jì)學(xué)專業(yè),工程師,從事工藝管理工作。