蔡幫偉，侯利國，楊 威，楊洪凱，邊緒亮

（中海油惠州石化有限公司公司煉油一部，廣東惠州516086）

電脫鹽裝置是原油蒸餾的首道處理工序，其原理是通過在原油中注水、破乳劑，將原油中的鹽得以溶解同時破壞原油中乳化水的穩(wěn)定性，利用油水密度差作用，使其在電場中分離［1］。電脫鹽脫水后至污水處理廠通過生化處理、深度處理合格后外排，當(dāng)出現(xiàn)電脫鹽切水發(fā)黑帶油情況需通過膜傳質(zhì)處理將油與油泥分離，剩下污水通過處理后外排。電脫鹽產(chǎn)生黑水將大大提高處理成本。

1 改造背景

某公司常減壓蒸餾設(shè)計加工量1 200×104t/a，操作彈性設(shè)計為60%～110%，裝置采用3 級電脫鹽工藝流程。常減壓裝置所加工原油摻煉劣質(zhì)原油，其中含部分老化油［2］，造成電脫鹽系統(tǒng)紊亂、電脫鹽罐乳化嚴(yán)重、排水頻繁發(fā)黑［3］。排水頻繁發(fā)黑主要產(chǎn)生問題：（1）常減壓裝置電脫鹽外排含鹽污水系列換熱器結(jié)垢嚴(yán)重，該系列共有7 臺換熱器，2017 年共清洗換熱器43 臺，頻繁清洗換熱器給裝置的安全平穩(wěn)運行產(chǎn)生極大影響；（2）產(chǎn)生大量黑水給污水處理場造成較大處理負(fù)擔(dān)及成本壓力。

2 換熱器結(jié)垢原因分析

2.1 蓬萊19-3老化原油性質(zhì)分析

該公司常減壓裝置設(shè)計加工100%蓬萊原油，近幾年原油輕質(zhì)化，蓬萊原油比例降至25%～50%，蓬萊原油仍是主力加工原油。蓬萊原油中含部分老化油，由于老化油性質(zhì)較差易造成原油乳化嚴(yán)重導(dǎo)致排水發(fā)黑，針對加工蓬萊原油期間裝置電脫鹽罐排水頻繁發(fā)黑情況，裝置外委分析蓬萊老化油，具體性質(zhì)見表1。

經(jīng)分析，老化原油20 ℃密度為0.957 5 g/cm3，屬于重質(zhì)原油；含水量為47.5%左右，鹽含量高達(dá)1 013.7 mg/L，同時老化油中的金屬含量遠(yuǎn)高于正常原油。過高的金屬含量導(dǎo)致其沉淀物含量高達(dá)1.88%，灰分含量高達(dá)1.43%。未經(jīng)處理的老化油中P 含量為80.2 mg/L，Ni含量為34.6 mg/L，Al含量為537 mg/L。老化油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)以及S、N和金屬化合物等成為天然乳化劑的存在，有利于在油水界面形成穩(wěn)定的界面膜；另外，老化油的酸值高達(dá)4.6 mgKOH/g，有機酸同含金屬的微小顆粒（如、硫化亞鐵、硫酸鈣等）產(chǎn)生很強的化學(xué)作用，將固體顆粒物分散在油水界面，形成強度更高的界面膜，單純靠重力自然沉降分離不可能實現(xiàn)［4］。

綜上所述，蓬萊老化油密度、粘度、瀝青膠質(zhì)含量高，還含有Fe、Na、Ca、Mg 等金屬元素，這些成分是引起老化油高含水、脫水難的主要因素。

表1 蓬萊19-3老化原油一般性質(zhì)

2.2 蓬萊19-3老化原油性質(zhì)分析

在電脫鹽排水發(fā)黑情況下，采集黑水樣進(jìn)行外委分析，發(fā)現(xiàn)電脫鹽排水中含有大量的污油。將電脫鹽排水水樣，加熱升溫，油水分層后，對水質(zhì)進(jìn)行分析。排水中的電導(dǎo)率、懸浮物、Ca2+、水中含油及總有機碳含量都非常高，分析結(jié)果見表2。

表2 電脫鹽排水（黑水）分析結(jié)果

2.3 排水換熱器結(jié)垢原因

（1）加工原油性質(zhì)較差，雜質(zhì)及瀝青質(zhì)、膠質(zhì)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萊原油期間電脫鹽破乳困難，排水頻繁發(fā)黑，水質(zhì)以1級電脫鹽切水最差。

（2）因電脫鹽破乳效果不好，導(dǎo)致電脫鹽切水帶油，大量污油進(jìn)入換熱器，污油附著換熱器管束內(nèi)表面形成油垢。同時在20%的無機鹽中，堿式硫酸鐵（Fe（OH）SO4）是1 種水處理絮凝劑，能將固體顆粒物包裹形成絮凝狀態(tài)，在管束內(nèi)粗糙表面沉積，形成垢物。換熱器結(jié)垢樣品分析見表3。

表3 換熱器垢樣分析

3 解決方案對比

針對以上2種主要造成換熱器頻繁結(jié)垢原因，裝置經(jīng)過多方篩選，可行方案有3 種。（1）優(yōu)化原油質(zhì)量。但上游開采原油難度大，老化油不可避免，研究老化油加工方案是長期過程；（2）增加助劑，緩解換熱器結(jié)垢。對于助劑篩選需要做大量研究實驗，且助劑加注需要高額成本；（3）流程上做簡易改動緩解換熱器結(jié)垢。

原油先經(jīng)過1 級電脫鹽罐然后至2 級、3 級脫鹽罐，故1級電脫鹽罐切水水質(zhì)最差，2級切水水質(zhì)較好。經(jīng)過討論，決定將2 種水質(zhì)分開，分別換熱出裝置，減少換熱器污染。故決定實施第3 種方案，該方案成本最低，見效最快。

4 工藝流程變更前后對比

改造前，電脫鹽1 級、2 級切水至換熱器E01～E07 等7 臺換熱器，冷卻后至污水處理廠。當(dāng)電脫鹽切水發(fā)黑時，1 級、2 級切水同時進(jìn)入事故罐，但是實際情況表現(xiàn)為1級切水發(fā)黑，2級切水正常，受流程限制將導(dǎo)致大量污水進(jìn)入事故罐，同時經(jīng)過流動過程介質(zhì)的混合造成油與水過度乳化，難以分成，需要至膜傳質(zhì)單元進(jìn)行處理。

改造后，將切水流程由串聯(lián)改為并聯(lián)。將水質(zhì)較差的1 級切水通過E-03、E-04 換熱后至污水處理廠，并增加1 路至事故罐流程。水質(zhì)較好的1級切水通過E-01、E-02、E-05、E-06、E-07 換熱后與1級切水合并至污水處理廠，避免該流程換熱器受污染。1 級切水增加單獨至事故罐流程，保證2級切水正常至污水處理廠調(diào)節(jié)罐，避免事故罐超負(fù)荷，同時降低污水處理費用。改造前的工藝流程見圖1，改造后工藝流程見圖2。

圖1 改造前工藝流程

圖1 改造后工藝流程

5 實際應(yīng)用效果與效益

5.1 實際應(yīng)用效果

（1）該流程于2018年1月投用，下半年清洗含鹽污水換熱器3 臺，2019 年4 月18 日開工后至9 月20 日含鹽污水換熱器只清洗1 臺（E503A），同時出裝置混合溫度控制在≤45 ℃，較2017 年清洗43 臺明顯下降。按目前控制可以實現(xiàn)含鹽污水換熱器清洗臺數(shù)控制在8臺以內(nèi)，較2017年下降81.4%。

（2）以2018 年電脫鹽排水發(fā)黑35 次計算，利用該改造流程將電脫鹽1 級切水單獨走事故罐流程，B 罐切水走調(diào)節(jié)罐流程可降低黑水量12 250 t（以每次排黑水過程5 h，B罐切水以70 t/h計算）。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）減少換熱器清洗35 臺/a，按照檢修費用2×104元/臺計算，可節(jié)約檢修費用70×104元；

（2）減少污水產(chǎn)生12 250 t/a，正常污水處理費用26 元/t，黑水處理費用700 元/t（沉降后），每t 黑水大約有40%水可以脫除至正常調(diào)節(jié)罐，污水處理費用節(jié)約：（700-26）×12 250=482.6×104/a，總經(jīng)濟(jì)效益：70+482.6=552.6×104元/a。

6 結(jié)論

電脫鹽排水換熱流程的變更可以降低黑水產(chǎn)量12 250 t/a。通過電脫鹽排水換熱器流程的變更可節(jié)約施工費及污水處理費用總計622×104元/a。換熱器檢修頻次降低可以減少設(shè)備檢修造成的安全風(fēng)險，同時降低員工勞動強度。