締合聚合物對常減壓蒸餾裝置的影響及對策

葛玉龍，潘 巖，晉西潤，薛光亭

(中海油(青島)重質(zhì)油加工工程技術(shù)研究中心有限公司，山東 青島 255434)

聚合物驅(qū)作為高含水油田提高采收率的一項(xiàng)重要技術(shù)，在油田取得了很好的降水增油效果［1］，對提高原油采收率、穩(wěn)定老油田原油產(chǎn)量起到了重要作用［2］。在高溫、高壓、復(fù)雜的生物及化學(xué)條件下，聚合物易于變性而成為堵塞物，是注聚油田普遍存在的難題，特別是某沿海油田應(yīng)用的疏水締合聚合物，與其他油田應(yīng)用的各類改性水解聚丙烯酰胺有很大的不同，它具有黏度高、溶解性略差、溶液中存在締合結(jié)構(gòu)等特性，產(chǎn)生的堵塞物不易解除［3］。不但引起上游系統(tǒng)堵塞，而且對加工同類油品的常減壓生產(chǎn)裝置產(chǎn)生了一系列影響。

1 對煉油生產(chǎn)裝置的影響

近幾年以來，某公司所屬B 公司、C 公司、D公司、H 公司等常減壓生產(chǎn)裝置，受某沿海油田締合聚合物驅(qū)堵塞物的影響出現(xiàn)了一系列問題:(1)換熱器結(jié)垢、堵塞，換熱系數(shù)下降;(2)原油含水量增加、乳化破乳困難，脫水難度增大，脫后含鹽、含水量增大。電脫鹽電流變大、電壓波動(dòng)，能耗升高。電脫鹽罐堵塞，被迫切出系統(tǒng)檢修，增加了裝置運(yùn)行及檢修成本;(3)常減壓塔頂部低溫鹽酸腐蝕加重;(4)污水處理量增大，處理難度及處理成本增加;(5)影響二次加工裝置正常運(yùn)行。

1.1 影響換熱系統(tǒng)

1.1.1 換熱系統(tǒng)結(jié)垢

受締合聚合物驅(qū)堵塞物影響，換熱器結(jié)垢比較嚴(yán)重(見圖1)，導(dǎo)致流型變差，邊界層變厚，影響傳熱效果，這些物質(zhì)只有在加溫的柴油浸泡后才能去除。由于換熱效率下降，原油一、二、三次換熱溫度下降。各家生產(chǎn)裝置換后終溫降低10～30 ℃，電脫鹽溫度降低20～36 ℃。增加了燃料氣消耗量。

圖1 換熱器結(jié)垢

1.1.2 換熱器堵塞

受某沿海油田締合聚合物驅(qū)堵塞物影響，締合聚合物驅(qū)堵塞物黏附在換熱器上，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力上升。

D 公司常減壓裝置受原油某沿海油田締合聚合物驅(qū)堵塞物影響，生產(chǎn)后期系統(tǒng)壓降大，裝置邊界的原油壓力在2.2 MPa(換熱器等級(jí)為2.5 MPa)，系統(tǒng)壓力上升。

壓力上升，一方面增加了機(jī)泵設(shè)備的電力消耗，另一方面泄漏率增大，裝置運(yùn)行超過正常操作壓力，威脅安全生產(chǎn)。換熱器堵塞清理，增加檢修成本。

1.2 影響電脫鹽

1.2.1 電脫鹽破乳難度加大

某沿海原油采用締合聚合物——改性聚丙烯酰胺(AP-P4)驅(qū)油，該注劑為兩性疏水締合聚合物，較普通聚丙烯酰胺有速溶、高效增粘、較好的抗剪切性、良好的傳導(dǎo)性、穩(wěn)定性和驅(qū)油效果，耐溫、耐鹽，但難以溶解。AP-P4 溶液在驅(qū)油過程中有較多聚合物分配進(jìn)入油相，一定條件下使得油水之間更易形成水包油型乳狀液，聚合物與原油相互作用，提高了微觀驅(qū)油效率的同時(shí)，在油水界面增加了乳狀液的穩(wěn)定性［4］，從而增加了常減壓電脫鹽破乳的難度，電脫鹽后含水量高，增加了加熱爐燃料消耗，提高了加工成本。

為提高破乳效果，只能加大破乳劑注入量，增加了破乳劑消耗量。2013 年檢修D(zhuǎn) 公司新投用電脫鹽罐，運(yùn)行3 個(gè)月后，破乳劑注入量最大增加25 μg/g(見表1 和表2)。

1.2.2 脫后含鹽上升，排水中含油量上升

2013 年7 月初檢修D(zhuǎn) 公司新投用電脫鹽罐，運(yùn)行3 個(gè)月后，脫后含鹽量翻一番。排水含油量由2.9～4.5 mg/L 上升到12.1～14.8 mg/L(見表1～2)。

表1 D 公司新電脫鹽運(yùn)行初期部分測試數(shù)據(jù)(2013 年)

表2 新電脫鹽運(yùn)行三個(gè)月后的數(shù)據(jù)(2013 年)

1.2.3 電脫鹽電壓波動(dòng)

近年某公司各家常減壓生產(chǎn)裝置電脫鹽因締合聚合物驅(qū)堵塞物附著在電極板上，引起電壓波動(dòng)，電流變大，妨礙了正常運(yùn)行(見圖2)。

C 公司因原油性質(zhì)變化，電脫鹽運(yùn)行時(shí)電流持續(xù)從90 A 上升至200 A 以上，電脫鹽電耗較高，日電耗 3 000 kW · h 以 上(相當(dāng)于1.2 kW·h/t原油)，不僅影響電脫鹽正常運(yùn)行，而且增加了運(yùn)行成本。全年運(yùn)行電脫鹽，按增加電耗0.8 kW·h/t 原油計(jì)算，740 kt 原油增加電耗60 ×104kW·h，增加成本約48 ×104RMB￥。

圖2 B 公司2013 年10 月電脫鹽罐附著締合聚合物驅(qū)堵塞物

1.2.4 電脫鹽反沖洗用水量增加

因某沿海油田締合聚合物驅(qū)堵塞物，電脫鹽罐短期積存大量締合聚合物驅(qū)堵塞物，電脫鹽反沖洗次數(shù)由一周一次，被迫增加到到一天一次，水的消耗量大幅度增加。

1.2.5 堵塞電脫鹽罐

B 公司常Ⅰ裝置原料為某沿海原油，2013年4 月裝置完成消缺后開工運(yùn)行正常，7 月份開始，裝置一級(jí)電脫鹽罐堵塞，無法正常運(yùn)行。被迫于2013 年10 月將一級(jí)電脫鹽罐切出系統(tǒng)進(jìn)行檢查，打開人孔后，發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)存有大量締合聚合物驅(qū)堵塞物粘稠狀物質(zhì)(見圖4)，已堆積到人孔下方100 mm 位置，清理后電脫鹽電流正常，此次停工8 d 利潤損失加能耗、檢修費(fèi)用合計(jì)損失約500 ×104RMB ￥ 。此后原油性質(zhì)變化影響，電脫鹽罐每2 個(gè)月切除出來清理一次。

D 公司2014 年4 月消缺，發(fā)現(xiàn)電脫鹽罐內(nèi)有大量締合聚合物驅(qū)堵塞物粘稠狀物質(zhì)，共清理60桶(圖3)。

圖3 某公司電脫鹽罐內(nèi)締合聚合物驅(qū)堵塞

1.3 常減壓蒸餾裝置腐蝕加重

1.3.1 常減壓塔頂設(shè)備腐蝕加重

因某沿海油田締合聚合物驅(qū)堵塞物，致使電脫鹽效果變差，大量鹽類進(jìn)入常減壓塔頂，造成常減壓塔頂系統(tǒng)鹽酸腐蝕加劇。

2014 年4 月份D 公司消缺，發(fā)現(xiàn)材質(zhì)為耐氯離子腐蝕的2205 雙相鋼常壓塔上部六層塔盤、浮閥、塔壁，腐蝕加劇(見圖4)。

2014 年5 月份C 公司檢修鑒定發(fā)現(xiàn)常壓塔上部316L 塔盤、浮閥應(yīng)力腐蝕嚴(yán)重，浮閥踩踏或用手一捏開裂，塔盤局部開裂(見圖5)。

圖4 D 公司2205 常壓塔上部六層塔盤、浮閥、塔壁腐蝕圖

圖5 常壓塔上部塔盤、浮閥應(yīng)力腐蝕開裂

1.3.2 塔頂油氣線及循環(huán)系統(tǒng)管線腐蝕加重

因某沿海油田締合聚合物驅(qū)堵塞物，常減壓塔頂油氣管線及塔頂循環(huán)系統(tǒng)管線設(shè)備腐蝕加重，近幾年碳鋼換熱器、碳鋼管線多次出現(xiàn)過腐蝕穿孔問題，威脅某公司各家常減壓蒸餾裝置的安全運(yùn)行。腐蝕嚴(yán)重的設(shè)備、管線被迫更換或材質(zhì)升級(jí)。

受某沿海油田締合聚合物驅(qū)堵塞物，H 公司2011 年、2013 年兩次檢修發(fā)現(xiàn)常減壓塔頂油氣及塔頂循環(huán)換熱器E104/1-2，E127，E128，E129 和E125/1-2 結(jié)垢腐蝕嚴(yán)重，被迫更新管束(見圖6)。

圖6 2011 年消缺H 公司常減頂換熱器腐蝕

1.3.3 增加了塔頂注劑及管線、設(shè)備檢維修費(fèi)用

為減緩常減壓塔頂腐蝕，某公司各常減壓蒸餾裝置加大了塔頂緩蝕劑、堿、氨、水注入量，增加了生產(chǎn)成本。

因嚴(yán)重腐蝕，被迫更換管線及設(shè)備或材質(zhì)升級(jí)，增加了設(shè)備維修費(fèi)用。

1.4 影響二次加工裝置正常運(yùn)行

1.4.1 影響潤滑油裝置正常運(yùn)行，催化劑失去活性B 公司因某沿海原油中締合聚合物驅(qū)堵塞物的存在，嚴(yán)重影響電脫鹽運(yùn)行效果，造成潤滑油原料含鹽高。這些金屬元素沉積于催化劑表面或孔道中，造成催化劑永久性失活，影響催化劑的活性，并影響潤滑油產(chǎn)品質(zhì)量(見表3)。

表3 2014 年3 月份B 公司潤滑油原料金屬離子含量對比 μg/g

1.4.2 影響加氫裝置正常運(yùn)行

B 公司常二線、減二線、減三線等是后續(xù)加氫裝置所需原料，鹽含量超標(biāo)，無法進(jìn)下游裝置加工;B 公司加氫脫酸裝置因締合聚合物驅(qū)堵塞物附著，精密過濾器反沖洗頻繁，催化劑表面積碳嚴(yán)重，催化劑使用壽命大幅縮短。

1.5 影響儲(chǔ)運(yùn)和污水等系統(tǒng)的正常運(yùn)行

1.5.1 儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)脫水難度加大

由于某沿海油田締合聚合物驅(qū)堵塞物，2010年開始，各家油水分離效果差，原油脫水逐漸變差，即使有足夠的溫度以及沉降時(shí)間，通過切水閥脫除的水含油量增加，后期脫出的水含大量締合聚合物驅(qū)堵塞物，呈灰黑色的。同時(shí)由于明水未能及時(shí)脫除，造成向裝置所供原油含水量增加，增加了裝置燃料、電能消耗。

D 公司向裝置所供原油水質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從原來的0.25%上升到目前0.60%左右，裝置能耗也因此增加。

因原油含水過高，原油罐切換過程中，原油中水迅速汽化，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力上升，換熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及生產(chǎn)裝置長時(shí)間大幅度波動(dòng)。C 公司因某沿海油田締合聚合物驅(qū)堵塞物，原油罐每次切換時(shí)，因原油含水量上升、脫除困難，裝置原油系統(tǒng)壓力上升0.2～0.3 MPa，換熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及裝置操作波動(dòng)4～6 h，嚴(yán)重威脅裝置安全生產(chǎn)。國內(nèi)煉油裝置曾出現(xiàn)過因原油帶水，裝置波動(dòng)，引發(fā)換熱器泄漏著火的次生事故。

1.5.2 原油罐加溫脫水及清罐費(fèi)用增加

D 公司每年因某沿海油田締合聚合物驅(qū)堵塞物，原油升溫脫水年增加蒸汽消耗94.8 ×104RMB￥。每年產(chǎn)生的2 000 t 罐底油回?zé)捹M(fèi)用達(dá)64.4 ×104RMB￥，清罐費(fèi)用為39.4×104RMB￥。

1.5.3 污水處理負(fù)荷難度及成本增加

因某沿海油田締合聚合物驅(qū)堵塞物，原油罐切水、電脫鹽切水含油高、脫水量大，排水中夾雜一些膠狀締合聚合物驅(qū)堵塞物，影響污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行，導(dǎo)致污水處理難度和處理成本增大。

C 公司脫水期間，污水處理系統(tǒng)氣浮困難;BAF 效率下降，中水COD 上升，顏色發(fā)黃。為提高氣浮效果，增加PAC 絮凝劑30%以上(大約10 kg/d，增加約1 t/a);有時(shí)采取中水循環(huán)稀釋手段，增加15%污水循環(huán)處理(1～2 t/h)。相應(yīng)增大了污水處理難度及污水處理成本。

2 生產(chǎn)應(yīng)對措施

2.1 罐區(qū)升溫脫水

原油儲(chǔ)存溫度提高到60～65 ℃，并延長靜置時(shí)間。以此來提高油水分離的效果，并使AP-P4隨水沉降。(D 公司、C 公司應(yīng)用過此方案)

油水分離困難，切水頻率高。罐底油很難處理。(以D 公司為例:2 000 t 罐底油，含油在60%左右，如果這部分罐底油按污油處理，處理費(fèi)需400 ×104RMB￥，同時(shí)會(huì)造成1 200 t 原油損耗，費(fèi)用約500×104RMB￥。)

2.2 增加在線清洗和反沖洗次數(shù)

采用常一線或輕燃料油對換熱器和電脫鹽進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間48 h(B 公司、D 公司公司和C公司現(xiàn)場進(jìn)行了應(yīng)用)。清洗用的燃料油或常一線以污油的形式回?zé)挕Ｇ逑催^程需要升溫，攪拌或采用泵循環(huán)，能耗增加。在線清洗過程中產(chǎn)生約5%的清洗用油損耗。

2.3 清除換熱器及電脫鹽罐內(nèi)堵塞物

某公司內(nèi)各加工某沿海原油的企業(yè)由于換熱器堵塞、設(shè)備及管線腐蝕嚴(yán)重、電脫鹽堵塞等原因，不得不頻繁消缺，甚至停工檢修，造成檢維修費(fèi)用加大。

2.4 常減壓塔頂系統(tǒng)材質(zhì)升級(jí)

由于常壓塔6 層塔盤以上內(nèi)構(gòu)件，常、減壓塔塔頂油氣管線、塔頂回流系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重，設(shè)備不得不更換、材質(zhì)升級(jí)。(如2012 年和2013 年D 公司對塔頂系統(tǒng)進(jìn)行材質(zhì)升級(jí)，升級(jí)為22-05 雙相不銹鋼材質(zhì)。)

2.5 加大絮凝劑使用量

原油罐切水、電脫鹽切水由于含油高等問題導(dǎo)致污水處理難度加大，各公司加大了絮凝劑使用量。如C 公司脫水期間，污水處理系統(tǒng)氣浮困難;中水COD 上升，顏色發(fā)黃。為提高氣浮效果，增加PAC 絮凝劑30%以上;有時(shí)采取中水循環(huán)稀釋手段，增加15%污水循環(huán)處理。相應(yīng)增大了污水處理難度及污水處理成本。

3 結(jié)束語

某沿海油田締合聚合物驅(qū)堵塞物的加入在上游采油增產(chǎn)的同時(shí)，引發(fā)了下游常減壓蒸餾裝置設(shè)備堵塞、腐蝕加重、電耗水耗加大、生產(chǎn)周期縮短、檢修成本增加等一系列問題，擾亂了生產(chǎn)秩序，采取應(yīng)急措施只能暫時(shí)減緩問題影響。締合聚合物驅(qū)堵塞問題，是采油和生產(chǎn)企業(yè)必須面對的難題，需共同協(xié)作解決。

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［3］宋愛莉，孫林.某沿海油田締合聚合物驅(qū)堵塞物形成機(jī)理分析［J］.石油鉆采工藝，2011，33(6):83-84.

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