電脫鹽切水帶油原因分析及對(duì)策

張 靜 ，李 霄 ，趙金華

(河南油田南陽石蠟精細(xì)化工廠，河南南陽 473132)

1 脫鹽裝置運(yùn)行現(xiàn)狀

南陽石蠟精細(xì)化工廠加工原料油為南陽低硫石蠟基原油。近年來隨著裝置加工量的提高，以及油田在開采、運(yùn)輸過程中添加的化學(xué)助劑的影響，電脫鹽在運(yùn)行過程中，切水帶油現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。2010年1月以前采用沉降罐對(duì)脫鹽裝置切水進(jìn)行二次分離，基本能夠保證脫鹽切水達(dá)到環(huán)保指標(biāo)。隨著常壓—催化聯(lián)合裝置加工量的進(jìn)一步提高，脫鹽系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的改造。受場(chǎng)地限制取消了切水二次分離罐。取消二次分離罐后電脫鹽切水帶油現(xiàn)象嚴(yán)重，切水帶油數(shù)據(jù)見表1。

表1 2010年1～7月電脫鹽切水含油量統(tǒng)計(jì)表 mg/L

2010年8月對(duì)電脫鹽裝置進(jìn)行了改造，新上了容積64.9 m3的一級(jí)脫鹽罐脫701，采用“高頻、方波脈沖”技術(shù)，鼠籠式電極板。二、三級(jí)脫鹽罐脫702、脫703不變，采用交流電脫鹽技術(shù)，垂直電極板、容積分別為34 m3、30 m3。改造后隨著裝置的提量電脫鹽切水帶油問題依然沒有得到解決。

2 造成電脫鹽裝置切水帶油因素分析

造成電脫鹽裝置切水帶油因素是多方面的。我們可以通過仔細(xì)分析，查找造成脫鹽切水帶油的主要原因。

2.1 脫鹽溫度的影響

溫度是影響原油電脫鹽的重要因素，溫度升高，原油黏度降低，油水密度差增加，油水界面張力減弱，熱運(yùn)動(dòng)加快，乳化水滴碰撞機(jī)會(huì)增加，促進(jìn)了水滴聚結(jié)沉降。但是脫鹽溫度升高，也會(huì)帶來負(fù)面效應(yīng)，由于油水界面能減小，導(dǎo)致電分散加劇，電耗增加。對(duì)于水溶性破乳劑，在達(dá)到濁點(diǎn)溫度時(shí)，破乳作用急劇下降。實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)情況選擇脫鹽溫度。一般選擇控制脫鹽溫度在110～130℃，常減壓蒸餾裝置原油電脫鹽在實(shí)際操作中，由于受換熱流程限制，脫鹽溫度最高能達(dá)到110℃。

2.2 注水量的影響

注水的目的是為了洗滌和稀釋原油中的含鹽水滴，并在脫鹽罐中將含鹽水分離出去。注破乳劑、加熱和電場(chǎng)作用只是對(duì)這一過程的強(qiáng)化。同樣大小的球形水滴間的聚結(jié)力可用以下公式［1］表示:

式中:F——偶極聚集力;

K——常數(shù);

E——電場(chǎng)梯度;

r——水滴半徑;

L——兩水滴間距。

由上式可以看出水滴聚集力與(r/L)的4次方成正比，當(dāng)水滴增大或水滴間距變小則水滴聚集力急劇加大。注水量也不能過大，否則造成脫鹽罐內(nèi)水停留時(shí)間過短，影響油水分離。注水量一般最大不超過10%，而且注水pH值不大于8，會(huì)加劇乳化和使排水含油增加。

常減壓蒸餾電脫鹽裝置注水量的控制比例為2% ～3%，能夠滿足油水分離的要求，但使用的催化污水汽提凈化水pH值控制不穩(wěn)定，氨氮含量時(shí)常偏高。而電脫鹽回用的凈化水一般要求pH值在6～8之間，大于8時(shí)，會(huì)加劇乳化并使排水含油增加;NH3含量應(yīng)不高于150 mg/L。而催化裂化裝置的污水汽提裝置由于設(shè)計(jì)、操作等原因凈化水質(zhì)量長(zhǎng)期不合格。

2.3 混合強(qiáng)度

混合強(qiáng)度反映了油水的混合程度，總體而言，混合強(qiáng)度越高，混合效果就越好。但當(dāng)混合強(qiáng)度過高時(shí)，會(huì)使分散在油中水滴直徑變小，產(chǎn)生過乳化現(xiàn)象，反而降低了水滴的沉降速度，影響油水分離效果。目前常減壓蒸餾裝置電脫鹽混合強(qiáng)度控制:一級(jí)40 kPa、二級(jí)45 kPa、三級(jí)40 kPa，混合強(qiáng)度較低。

2.4 油水界面的影響

一般情況下原油和水的停留時(shí)間取決于原油在罐中的上升速度和油水界位的高低。原油和水在脫鹽罐中的停留時(shí)間，不但影響生產(chǎn)效率，而且會(huì)影響脫鹽脫水效果和排水含油的多少。油水界面控制平穩(wěn)，可以保證脫鹽操作穩(wěn)定。提高油水界面，可以延長(zhǎng)含鹽水在罐中的停留時(shí)間，降低切水帶油量。但同時(shí)也降低了原油的停留時(shí)間。

實(shí)際生產(chǎn)過程中因受原油脫鐵效果的制約，脫鹽罐油水界面控制相對(duì)較低，也是造成切水帶油的一個(gè)重要原因。

2.5 原油破乳劑的影響

破乳劑的作用是破壞油水界面乳化膜，減小水滴聚結(jié)阻力，加快油水分離速度。常減壓蒸餾電脫鹽裝置破乳劑多年來一直使用洛陽某化工廠生產(chǎn)的破乳劑。脫水效率較低，而且質(zhì)量相對(duì)不穩(wěn)定，常常出現(xiàn)乳化層過厚、油水分離不清的現(xiàn)象。這是造成脫鹽切水帶油的主要原因，應(yīng)根據(jù)公司原油性質(zhì)調(diào)整破乳劑型號(hào)，改善破乳效果。

2.6 注脫鹽劑的影響

近年來，隨著河南油田老區(qū)塊原油的二次開采、三次開采酸洗的進(jìn)行，原油中添加了大量助劑，原油性質(zhì)的日趨劣質(zhì)化。從2006年以來進(jìn)廠原油中環(huán)烷酸鐵含量呈逐年上升趨勢(shì)。2006年以前進(jìn)廠原油含鐵大部分在小于20×10-6，2006年8月以后原油含鐵量有較大幅度增加，原油含鐵量對(duì)比見表2。

表2 進(jìn)廠原油含鐵量平均值對(duì)比表

由表3可以看出，河南油田原油含鐵量在2006年7月以前處于比較低的水平。從2006年8月以來，河南油田原油含鐵量呈逐年上升趨勢(shì)。有時(shí)原油含鐵量高達(dá)100×10-6～200×10-6，導(dǎo)致催化裝置催化劑中毒，流化波動(dòng)，甚至不得不停工置換催化劑，對(duì)精蠟廠生產(chǎn)造成相當(dāng)大的影響。從2007年開始在靜態(tài)混合器前注入一定量的脫鹽劑，用來降低鐵離子的危害。裝置使用的是南京萬爾美廠商生產(chǎn)的牌號(hào)WT-4的脫鹽劑，為強(qiáng)有機(jī)酸，對(duì)油水有一定的乳化作用。實(shí)際生產(chǎn)操作人員根據(jù)原油脫后鐵含量來調(diào)整脫鹽劑的用量，并監(jiān)測(cè)切水pH值的變化，使脫鹽劑充分與環(huán)烷酸鐵螯合，可以避免強(qiáng)酸的乳化作用。

2.7 罐區(qū)靜置切水的影響

有關(guān)資料表明有條件的企業(yè)應(yīng)保證原油在儲(chǔ)罐靜止脫水24 h以上，進(jìn)電脫鹽裝置的原油含水量不大于0.5%。在2012年以前，原油罐區(qū)原油靜置可以滿足要求。從2012年起，隨著加工量的增加，罐區(qū)原油靜置時(shí)間不足8 h，原油脫前含水0.5%左右，脫后含水為痕跡，一級(jí)罐切水情況惡化，最下一根看樣口為黑水，總排污口攜帶泥沙狀油泥，尤其是在換罐后，操作未作任何調(diào)整，但切水帶油情況時(shí)有惡化。操作上加強(qiáng)了反沖洗頻率，但僅反沖洗過后的幾個(gè)小時(shí)效果明顯，過后效果不大。

2.8 儀表的影響

南陽石蠟精細(xì)化工廠脫鹽裝置經(jīng)過改造以后，控制儀表全面升級(jí)，用進(jìn)口儀表替代了原國(guó)產(chǎn)界面測(cè)量?jī)x表。界面控制比較穩(wěn)定，波動(dòng)范圍不大于2%，已經(jīng)將儀表對(duì)切水帶油的影響降到了最低。

3 解決切水帶油的實(shí)施措施

通過影響切水帶油因素的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)脫鹽操作溫度較低、破乳劑質(zhì)量、油水界面低、凈化水質(zhì)量差和罐區(qū)原油靜置時(shí)間短是造成脫鹽切水帶油的主要原因。針對(duì)造成切水帶油的原因，實(shí)施措施逐條進(jìn)行解決。

3.1 對(duì)原油換熱流程進(jìn)行調(diào)整

利用2011年大檢修的時(shí)間，對(duì)原油換熱流程進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整前后流程見圖1。在原油進(jìn)脫鹽裝置前增加一臺(tái)換熱器與外甩常渣換熱，將脫鹽溫度提高至118℃左右。操作溫度調(diào)整后，由于油水密度差增加，切水含油有一定程度下降。

圖1 原油流程調(diào)整示意圖

3.2 調(diào)整破乳劑型號(hào)，改善破乳效果

首先選派技術(shù)人員赴周邊煉廠調(diào)研原油破乳劑使用情況，選擇產(chǎn)品質(zhì)量較好的破乳劑生產(chǎn)廠商進(jìn)行原油破乳劑配型實(shí)驗(yàn)。

3.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)設(shè)備:①交直流高壓電源(6-12 kV)和高壓脈沖電源(0～1 MHz);②根據(jù)電脫水原理設(shè)計(jì)制造的進(jìn)行溫度、電場(chǎng)強(qiáng)度、破乳劑注量、停留時(shí)間等工藝條件試驗(yàn)的靜態(tài)試驗(yàn)裝置。

圖2 電脫水靜態(tài)試驗(yàn)裝置示意圖

試驗(yàn)方法:①加熱恒溫水浴，保持溫度在選定的脫水溫度。②用特制的不銹鋼罐稱取原油80 g。③用移液管加入選定量的1%破乳劑溶液。④密封不銹鋼罐，將不銹鋼罐放入恒溫水浴中恒溫20 min。⑤取出不銹鋼罐手工振蕩100～500次。⑥將不銹鋼罐放入恒溫水浴中，施加選定的電場(chǎng)強(qiáng)度，加電場(chǎng)時(shí)間為選定的電場(chǎng)停留時(shí)間。⑦打開不銹鋼罐，用移液管吸取20 g左右的原油。⑧進(jìn)行脫后含水、含鹽及鐵含量分析。

3.2.2 試驗(yàn)

參照低溫破乳劑評(píng)選試驗(yàn)方法，選擇了4種破乳劑與我廠現(xiàn)用破乳劑KD-25進(jìn)行低溫脫水試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件:50 g原油+10 mL水，溫度80℃，手振蕩100 次，停留時(shí)間 5 min 、10 min、20 min，破乳劑注入量50×10-6。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 河南油田原油低溫評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

從結(jié)果可以看出，F(xiàn)C961、HS-42的破乳效果較好。選取破乳較好的FC961、HS-42加上脫鐵劑重復(fù)上面試驗(yàn)，試驗(yàn)條件50 g原油+10 mL水，溫度80℃，手振蕩100次，停留時(shí)間5 min、10 min、20 min，破乳劑注入量50×10-6～200×10-6脫鐵劑。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 河南油田原油低溫評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，現(xiàn)用破乳劑KD-25破乳效果基本能夠滿足脫水要求，當(dāng)于脫鐵劑配合使用時(shí)，脫出水出現(xiàn)帶油現(xiàn)象，油水界面增厚。FC961、HS-42破乳效果能夠滿足脫水要求，當(dāng)與脫鐵劑配合使用時(shí)，脫出水較清。

3.2.3 破乳劑工業(yè)試用

制定試用方案，分別對(duì)破乳劑FC961及HS-42進(jìn)行了試用，考察實(shí)際使用效果。試用分為兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段試用洛陽生產(chǎn)的水溶性破乳劑FC961，試用結(jié)果如表5所示。

表5 FC961工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果

從表5可見，試用FC961期間雖然切水含油能夠達(dá)到排水指標(biāo)要求，但原油含鐵脫除情況受到較大影響，不利于后續(xù)裝置平穩(wěn)生產(chǎn)。第二階段宜興石化助劑廠水溶性破乳劑HS-42，試用結(jié)果見表6。

表6 HS-42工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果

從表6可見，試用HS-42期間脫鹽切水含油能夠達(dá)到排水指標(biāo)要求，且原油鐵脫除情況情況較好，目前裝置使用的破乳劑是HS-42。

3.3 調(diào)整油水界面

實(shí)際生產(chǎn)過程中因受原油脫鐵效果的制約，脫鹽罐油水界面控制相對(duì)較低，切水帶油比較嚴(yán)重。裝置正常一級(jí)罐界位控制在33%，二級(jí)罐界位64%，三級(jí)罐界位46%。從現(xiàn)場(chǎng)看樣口放樣，二、三級(jí)罐下面兩根放出清水，而一級(jí)罐最下面一根放樣口為油水，說明切水帶油主要由一級(jí)罐引起，十天內(nèi)逐步提一級(jí)罐界位至40%，期間密切關(guān)注脫后鐵含量，切水帶油現(xiàn)象大為好轉(zhuǎn)，脫后含鐵上升較快，達(dá)10 mg/L。催化劑鐵中毒是一個(gè)積累的過程，十天后催化劑從操作上看有中毒跡像，經(jīng)送武漢周復(fù)昌電鏡觀察確認(rèn)為鐵中毒。經(jīng)過多次試驗(yàn)，均無法避免鐵中毒現(xiàn)象的發(fā)生，在目前的設(shè)備條件下，不具備提界位的空間。

3.4 對(duì)污水汽提裝置進(jìn)行改造，確保凈化水質(zhì)量合格

2012年精蠟廠對(duì)污水汽提進(jìn)行了改造，更換了新的高效塔盤，對(duì)裝置流程進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，對(duì)進(jìn)裝置的污水質(zhì)量進(jìn)行了控制，改造后污水汽提質(zhì)量合格。凈化水pH值7，氨氮含量正常小于35×10-6，硫含量小于1.5×10-6，完全滿足回用電脫鹽的條件。

3.5 強(qiáng)化原油罐區(qū)靜置切水及換罐的管理

2012年罐區(qū)靜置時(shí)間不足8 h，電脫鹽裝置切水帶油數(shù)值很高，精蠟廠蒸餾崗經(jīng)過多方調(diào)整效果不明顯。經(jīng)過與調(diào)度、罐區(qū)的溝通，原油換罐前，換罐原油的各項(xiàng)分析數(shù)據(jù)通知崗位操作人員，罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)切水必須經(jīng)罐區(qū)與精蠟廠管理干部共同至現(xiàn)場(chǎng)檢查切水情況后方可換罐。采取此項(xiàng)措施后電脫鹽切水帶油情況大有好轉(zhuǎn)，反沖洗頻率也恢復(fù)正常。

4 措施實(shí)施后裝置運(yùn)行效果

對(duì)2012年6月～9月的脫鹽切水帶油情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，電脫鹽切水含油量情況見表7、表8。

表7 電脫鹽切水含油量統(tǒng)計(jì)表 mg/L

表8 措施前后脫水含油比較 mg/L

由表7、表8可看出，電脫鹽切水含油量月平均值分別為 133.4、125.8、140.2、123.8 mg/L，四個(gè)月平均值130.8 mg/L，脫鹽裝置切水效果良好，已達(dá)到環(huán)保指標(biāo)要求。

5 結(jié)論

改善電脫鹽的操作不僅要從工藝操作入手，提高操作人員的技術(shù)素質(zhì)，而且優(yōu)化電脫鹽系統(tǒng)的工藝條件也是很重要的。日常生產(chǎn)管理中要加強(qiáng)對(duì)原油罐區(qū)切水和藥劑的管理，做到合理調(diào)度、優(yōu)化調(diào)配和進(jìn)行嚴(yán)格的藥劑質(zhì)量檢驗(yàn)。只有科學(xué)的管理，加上高質(zhì)量的操作，才能適應(yīng)外部條件的不斷變化，使電脫鹽技術(shù)提高到一個(gè)新的水平。

［1］賈鵬林，婁世松，楚喜麗.原油電脫鹽脫水技術(shù)［M］.北京:中國(guó)石化出版社，2010.4