周 波,尹燕博,梅永芹,趙文蘭,杜章森
(1.吉林石化催化裂化一車間,吉林 132022,2.濟南惠成達科技有限公司,山東 濟南 250101)
工業(yè)石油化工生產(chǎn)中,煉油生產(chǎn)主要采用常減壓蒸餾裝置和深度加工的后續(xù)裝置,如乙烯裂解、催化裂化、延遲焦化、芳烴聯(lián)合、加氫精制等裝置。這些設備在大氣、環(huán)境、生產(chǎn)原料、介質(zhì)、產(chǎn)品、機械油等接觸過程中,由于發(fā)生物理、化學、電化學或生物學的作用[1],在其表面殘留、沉積和生成各種對生產(chǎn)運行、產(chǎn)品質(zhì)量或人身健康有害的污染物或覆蓋層,這就是工業(yè)污垢。因而石化生產(chǎn)中普遍存在油垢和焦垢問題。包括原油罐中沉積淤垢、輸油管道壁黏附油垢、空壓機油路系統(tǒng)等的油泥、結炭結焦等現(xiàn)象[2]。
油垢和焦垢的產(chǎn)生,可使管壁傳導熱阻增加,設備運行過程能耗增加,設備使用壽命縮短,同時,垢層也使設備中的管道內(nèi)徑變小,物料流動壓降增大,收率降低,操作周期縮短,嚴重影響生產(chǎn),為此必須進行清洗除垢。清洗技術對保證石化設備安全、正常、高效運轉(zhuǎn)具有重要現(xiàn)實意義。
吉林石化催化裂化一車間Ⅰ催化裝置重油系統(tǒng)包括原料油系統(tǒng)、回煉油系統(tǒng)、分餾塔底系統(tǒng)和油漿換熱系統(tǒng),往催化停工過程中重油系統(tǒng)退油、置換工作均是難點,退油需要大量的時間,而且需要反復啟停機泵,吹掃置換難度很大,需要反復停汽、給汽,且易造成跑油、竄油等環(huán)保事故。該系統(tǒng)組分復雜且重組分高、換熱流程長且復雜、換熱設備多、停工吹掃難度大、蒸汽消耗量大等問題,在長周期運行后常規(guī)的清洗方法將系統(tǒng)中殘存掛在管壁和沉積在死角的重組分、焦粉等雜物清理干凈的難度較大,因此,在停工檢修過程中存在很大的安全隱患。
根據(jù)我們對系統(tǒng)的了解,結合濟南惠成達科技有限公司的處理經(jīng)驗,采用合適的清洗劑對該系統(tǒng)進行重油清洗,有效脫除系統(tǒng)中的重組分及雜物,消除存在的安全隱患,大大降低停工檢修的工作量。和傳統(tǒng)停工檢修相比,采用重油清洗技術可縮短停工時間,且清洗時溫度和壓力較低,對設備的損害小,清洗后排放的廢液通過常減壓、焦化裝置回煉,即可回收重油成分,避免了污油排放污染環(huán)境。
油垢主要由蠟質(zhì)、膠質(zhì)、焦質(zhì)、瀝青、碳化物、炭分、硫化鐵、氧化鐵、無機鹽、有機聚合物、催化劑等組成。實際上根據(jù)形態(tài)與組成可分為輕油垢、重油垢、膠油垢、焦油垢、焦炭垢、含硫化鐵油垢、含催化劑油垢等。根據(jù)上述組成配比的不同,形成不同類型的油垢,油垢屬于憎水型有機混合物膜狀污垢。實際上石化裝置不同設備中生成的油垢,并不總是上述單一類型油垢,很多是兩種以上類型油垢組成的,如高溫換熱器管壁外層是重油垢,中層是焦油垢,內(nèi)層是焦炭垢。
目前針對油污垢常用的清洗劑有堿性水溶液,但對礦物油污垢清除能力大多較差,只能做日常除油劑;有機溶劑,常用石油類溶劑、鹵代烴溶劑與醇類溶劑等,雖對油垢溶解性好,但易燃、易揮發(fā)且有毒,應慎用。表面活性劑溶液[3],具有減少表面張力、潤濕滲透、乳化分散與增溶等獨特作用,對液態(tài)油垢有良好清除能力,但對固態(tài)油垢去除能力差。且隨著環(huán)保要求的日益提高,常規(guī)清洗劑由于需要排放一定量的含油污水、而這部分含油污水需要破乳后才能外送,難度較大。油基清洗劑只需將污油送入污油罐,等待回煉即可。因此越來越多的煉廠選擇油基全清洗方案。油基清洗劑以表面活性劑為主要成分,添加助劑、穩(wěn)定劑、緩蝕劑、增溶劑等復合而成。但是目前現(xiàn)有的油基清洗劑存在清洗時間長、清洗不徹底、能源消耗大等問題。
為克服目前現(xiàn)有技術的缺點,濟南惠成達科技有限公司的重油清洗劑是一種高效、無污染、操作工藝簡單、并且清洗后的廢油可重復利用的、無廢水廢液產(chǎn)生的油基清洗劑。并且與現(xiàn)有石化設備裝置兼容,清洗運行費用更低。
2.3.1 重油清洗劑除油污垢試驗
將配制的清洗劑倒入1000 mL的燒杯中,將涂有油污垢的掛片(掛片及涂垢后分別稱重)浸入清洗劑中,用攪拌器攪動清洗劑,繼續(xù)攪拌清洗5 h。取出掛片,稱重,計算除垢率。
除垢率=(掛片涂油后質(zhì)量-清洗后質(zhì)量)×100/掛片涂油質(zhì)量
表1 重油清洗劑除油污垢效果
由表1可以看出,配方3除油污垢率最高。
2.3.2 重油清洗劑緩蝕效果試驗
根據(jù)國標GB/T 18175-2014 《水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉(zhuǎn)掛片法》,配制一定濃度的清洗劑溶液,待溶液達到指定溫度時,掛入試驗用掛片——20#碳鋼掛片和304不銹鋼掛片,啟動旋轉(zhuǎn)系統(tǒng),使掛片按規(guī)定旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動,試驗開始計時。達到指定時間時,停止旋轉(zhuǎn),取出試片并進行后處理。再做未加水處理劑的空白試驗。最后計算腐蝕速率和緩蝕率。
表2 重油清洗劑緩蝕率
由表2可以看出,配方3對20#碳鋼和304不銹鋼的緩蝕率都是最高的。綜合重油清洗劑配方的選擇試驗,最終選擇除油污垢率和緩蝕效果最好的配方3作為重油清洗劑,應用于工業(yè)設備的檢修清洗。
2.3.3 重油清洗劑的使用方法
重油清洗劑的具體使用方法如下:
(1)退出設備內(nèi)物料。
(2)隔離與待洗設備(塔、罐、換熱器等)相連而又不清洗的系統(tǒng)。
(3)向待清洗設備中引入足量FCC柴油,置換系統(tǒng)。
(4)系統(tǒng)逐步升溫至130℃±10℃。
(5)置換結束后,建立系統(tǒng)閉路循環(huán)。
(6)經(jīng)過臨時管線,向藥劑注入點注入清洗劑,循環(huán)清洗10~16h,中途每隔1h進行取樣。
(7)通過測定清洗液中鐵離子含量及密度的變化來確定清洗是否完成。當鐵離子含量和密度變化趨于穩(wěn)定,變化率小于等于0.1%時,表示清洗結束。
(8)清洗殘液排入污油罐,待后續(xù)回煉回收FCC柴油。
吉林催化裂化一車間Ⅰ催化裂化裝置在2018年停工大檢修[4]過程中,首先,合理利用現(xiàn)有流程,在停工前配備臨時管線,做好收油流程的準備。利用裝置柴油油運線配DN80收油線至常壓熱蠟線(一常熱蠟流量計前,便于收油過程有流量顯示)。裝置于5月11日14∶00切斷進料,在反應切斷進料,系統(tǒng)重油基本退凈后,于5月12日14∶30開始重油清洗過程,通過臨時線引柴油進入原料系統(tǒng)。初期控制收油量較小,約20 t/h,人隨油走,確認沿線無漏項后,加快收油速度,收油量約80 t/h,建立塔內(nèi)三路循環(huán)(開路循環(huán)),以最大能力用柴油置換油漿、回煉油、原料油系統(tǒng)。同時采取連續(xù)監(jiān)測密度的方式,直至系統(tǒng)油品密度不發(fā)生變化,確保重油置換合格。
圖1 清洗流程示意圖
重油置換合格后改閉路循環(huán),倒引中壓蒸汽緩慢升溫,達到120 ℃后加注重油清洗劑,置換溶解管壁、設備的重油。同時每隔1小時對系統(tǒng)油品進行密度分析,直至油品密度不再發(fā)生變化,則重油清洗合格,于5月13日13∶00完成重油清洗過程,之后再對重油系統(tǒng)進行退油、吹掃置換工作。14日14∶00檢查重油系統(tǒng)排凝,見汽,無存油,實施過程中三級確認,無跑冒現(xiàn)象發(fā)生,效果明顯。
3.2.1 緩蝕效果
重油清洗過程中,每6 h取出一個20#碳鋼掛片和一個304不銹鋼掛片,檢測腐蝕速率,監(jiān)督清洗過程中的設備腐蝕情況。
表3 設備清洗過程中的掛片腐蝕速率
由掛片腐蝕速率可以看到,重油清洗劑使用時對碳鋼設備和不銹鋼設備幾乎無腐蝕。遠低于清洗行業(yè)標準(HG/T2387-2007 《工業(yè)清洗質(zhì)量標準》)。
3.2.2 重油清洗過程中鐵含量隨時間的變化
清洗開始3~5h后每隔1h取樣一次,測定排出液的密度,當排出液的密度達到一定值并保持相對穩(wěn)定時,清洗接近尾聲。
圖2 油品密度隨時間的變化趨勢
由圖2可以看到,油品密度最初有上升趨勢,之后有微小波動,然后趨于穩(wěn)定。這是因為最初進行柴油置換時,設備里面有其他油種,使混合油品密度有波動,當柴油置換差不多時,油品密度就趨于穩(wěn)定了。
3.2.3 重油清洗過程油品密度隨時間的變化
清洗開始3~5h后每隔1小時取樣一次,測定排出液的鐵離子含量,當排出液的鐵含量變化趨于穩(wěn)定,變化率小于等于0.1%時,表示清洗結束。
由圖3可以看到,鐵離子含量先增高,然后趨于穩(wěn)定。這是因為隨著清洗過程的進行,油污垢逐漸被溶解,其中的鐵離子被逐漸釋放出來,溶解在清洗液中,當系統(tǒng)設備中的油污垢被清洗完畢,則排出液中的鐵離子含量也慢慢趨于穩(wěn)定,不再增加,清洗結束。
圖3 鐵含量隨時間的變化趨勢
3.2.4 勞動強度以及設備外觀
實施重油清洗后,大幅度降低了勞動強度,以往掃線置換過程中平均要每4~5 h停汽沉降一次,本次停工過程僅停汽沉降1次,同時重油清洗后掃線22 h即完成重油掃線工作。
分餾系統(tǒng)人孔打開后,發(fā)現(xiàn)原料罐、回煉油罐均清潔無雜物,分餾塔底部僅有少量淤泥;其它包括油漿上、下返塔及攪拌蒸汽環(huán)管、油漿抽出口過濾器(傘帽過濾器)等均無明顯雜物,能清晰觀看到環(huán)管和過濾器細孔;油漿系統(tǒng)、原料系統(tǒng)換熱器打開后,除油除垢效果也比較顯著,也沒有明顯的腐蝕情況,實現(xiàn)了安全環(huán)保清潔停工。清洗后部分設備圖片如圖4、圖5所示。
圖4 分餾塔底清洗后
通過濟南惠成達科技有限公司重油清洗劑的工業(yè)化應用效果,可以得出如下結論:
(1)該重油清洗劑的清洗能力強。將油性清洗劑添加到FCC柴油中進行裝置清洗,清洗溫度高,使用少量的清洗劑就能獲得較好的清洗效果。添加高效滲透劑,使得復配劑迅速的深入到有惡臭味的無機垢層內(nèi)部,使其能在短時間內(nèi)被復配劑絡合,從而轉(zhuǎn)化為無味的絡合物被清除。添加特效兩性表面離子活性劑,將黏附于設備上的有機垢轉(zhuǎn)化為水溶物而被復配劑分解洗脫。
(2)無廢水、廢液產(chǎn)生。沒有廢水產(chǎn)生,不存在廢水處理問題。清洗廢油可以與原油混合在常壓蒸餾裝置里進行回煉利用,也可以進焦化裝置回煉。不含酚類(如烷基酚乙氧基化合物),無磷酸鹽化合物,無游離胺,環(huán)境友好。
(3)設備腐蝕減少、操作人員勞動強度降低、操作失誤減少、安全風險降低。
(4)裝置檢修工期縮短、檢修費用降低。打開清掃熱交換器(除必須檢查)的臺數(shù)大大減少。對于不需要打開檢查的裝置,清洗后立即開工,能提高煉油廠的整體經(jīng)濟效益。清洗過程達到環(huán)保、節(jié)能、高效的目的。
(5)重油清洗劑不含有強氧化劑和影響污油回煉的重金屬離子。污油可以直接送入污油罐,等待回煉即可。
(6)本重油清洗劑,對裝置中油垢多、粘度大、常規(guī)方法難清洗的系統(tǒng)和設備,如:常減壓(重油部位)及附屬換熱器、催化分餾塔(塔底重油部位)及附屬換熱器、焦化分餾塔(塔底重油部位)及附屬換熱器、乙烯裝置急冷油系統(tǒng)等、乙烯裂解、催化裂化、延遲焦化、芳烴聯(lián)合、加氫精制等裝置,取得理想清洗效果。