常減壓裝置技術(shù)改造

賈中輝（中國(guó)石油大港石化公司）

引言

中國(guó)石油大港石化公司常減壓蒸餾裝置設(shè)計(jì)加工能力為500×104t/a，加工原料主要以大港混合原油為主，原油基屬為低硫中間基；裝置為燃料型常減壓蒸餾裝置，其中電脫鹽部分為2臺(tái)Φ5600 mm×30 000 mm電脫鹽罐串聯(lián)運(yùn)行，采用雙進(jìn)油雙電場(chǎng)高效脫鹽脫水技術(shù)。隨著生產(chǎn)周期延長(zhǎng)罐底淤泥淤積嚴(yán)重，導(dǎo)致原油在電脫鹽罐中的實(shí)際停留時(shí)間大大縮小，電脫鹽運(yùn)行效果變差，電能做了大量的無(wú)用功，不利于煉油廠的節(jié)能[1]。目前原油乳狀液的破乳方法一般可分為化學(xué)破乳、物理破乳、生物破乳和聯(lián)合破乳等。物理法破乳技術(shù)中，超聲波破乳法具有普適性強(qiáng)、破乳效率高等特點(diǎn)，所以可適用于各種類型的乳狀液，而且可以在較低溫度甚至在室溫下就可以實(shí)現(xiàn)破乳，從而達(dá)到節(jié)能的目的[2]。

常壓系統(tǒng)由于隨著油田采油進(jìn)入中后期，管輸過(guò)程中混和原油中含有的泥沙、驅(qū)油劑等聚合物逐年增多，造成原油及塔頂部石腦油中氯化物含量增加，低溫部位發(fā)生HCl-H2S-H2O腐蝕[3]。需要優(yōu)化電脫鹽操作，降低原油鹽含量，同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)及塔內(nèi)設(shè)備構(gòu)件情況，對(duì)塔頂回流分布進(jìn)行合理改造。

現(xiàn)裝置的減壓拔出率不高，減壓渣油含有一定的輕油餾分，減壓側(cè)線產(chǎn)生的催化裂化原料量小，影響了裝置的經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)內(nèi)一般規(guī)定實(shí)沸點(diǎn)切割點(diǎn)溫度在540℃以上就屬于減壓深拔，發(fā)展方向主要有采用低壓降和低溫降的轉(zhuǎn)油線，維持塔頂?shù)母哒婵斩?，采用空塔噴淋傳熱技術(shù)、強(qiáng)化原油蒸餾法等；采用低壓降的新型塔填料和內(nèi)件、開發(fā)新型的進(jìn)料分布器和液體分布器[4]、改進(jìn)洗滌段的設(shè)計(jì)和操作、優(yōu)化塔頂真空系統(tǒng)等。國(guó)外減壓深拔技術(shù)主要包括美國(guó)KBC公司減壓深拔技術(shù)，其特點(diǎn)是嚴(yán)格控制減壓爐爐管在低于結(jié)焦溫度下進(jìn)行，使減壓爐在425℃以下的較高爐出口溫度下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；荷蘭Shell公司減壓深拔技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是減少填料的同時(shí)減低全塔壓降，適用于新建減壓塔裝置的設(shè)計(jì)；美國(guó)Mobil公司減壓深拔技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是保證在最低的壓力和最高的溫度下以提高減壓瓦斯油的收率和瓦斯油的精確分離[5]。針對(duì)以上情況為延長(zhǎng)裝置運(yùn)行周期，提升裝置經(jīng)濟(jì)效益，在2017年檢修時(shí)對(duì)裝置進(jìn)行了技術(shù)改造。

1　技術(shù)改造

1.1　電脫鹽部分

超聲波破乳工作原理：超聲波在傳播過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械作用，帶動(dòng)了原油乳狀液的劇烈振動(dòng)，降低了乳化液界面上的吸附量，削弱了保護(hù)膜，降低了乳化液滴的表面張力，從而有利于液珠的凝結(jié)[6]。

智能響應(yīng)工作原理：把電脫鹽工藝中油水聚集沉降的脫鹽工藝過(guò)程與電力電子技術(shù)和自控技術(shù)結(jié)合起來(lái)，電脫鹽設(shè)備與電脫鹽工藝工況形成智能調(diào)壓，使設(shè)備和工藝工況優(yōu)化配合，改變了單一高壓輸出的情況，使各種原油都達(dá)到了較好的脫鹽脫水效果[7]。

1）增加超聲波破乳。在原油進(jìn)電脫鹽罐之前、混合器與混合閥之后管路上增加一條副線，將超聲波作用區(qū)安裝在副線上（一、二級(jí)分別安裝2個(gè)超聲波作用區(qū)）。

2）增加電脫鹽強(qiáng)適應(yīng)性成套電脫鹽控制技術(shù)。取消上部進(jìn)料及上部反沖洗管線，拆除電脫鹽罐內(nèi)雙進(jìn)油雙電場(chǎng)結(jié)構(gòu)；重新布置垂掛式交直流電極板，提高罐內(nèi)極板高度，充分利用上部電場(chǎng)空間；每個(gè)罐電極板主要包括軸向4根平行的電極主梁，125塊垂掛式電極板以及72個(gè)高壓絕緣吊掛；每個(gè)罐設(shè)計(jì)3臺(tái)160 kVA的智能響應(yīng)專用變壓器，保護(hù)電流按照290 A整定，同時(shí)新增3臺(tái)智能響應(yīng)控制柜。

3）水沖洗系統(tǒng)進(jìn)行改造。拆除罐內(nèi)現(xiàn)有水沖洗系統(tǒng)，每臺(tái)電脫鹽罐新上一套V型噴嘴新型水沖洗系統(tǒng)，改造后每臺(tái)電脫鹽罐共有水沖洗噴嘴240只。

1.2　常壓系統(tǒng)

原因分析：原油中無(wú)機(jī)鹽水解、硫化物分解反應(yīng)生成的HCl、H2S等揮發(fā)性氣體隨著原油輕組分及水汽一起揮發(fā)，在塔頂冷凝系統(tǒng)的冷凝區(qū)域出現(xiàn)液體水后，即溶于水生成鹽酸和氫硫酸，形成強(qiáng)腐蝕性的HCl-H2S-H2O電化學(xué)腐蝕體系；常頂空冷器的分配方式為單側(cè)進(jìn)料，入口介質(zhì)流動(dòng)存在嚴(yán)重的偏流現(xiàn)象，出口彎頭較多，腐蝕部位處于一種干濕交替的狀態(tài)，腐蝕產(chǎn)物被不斷沖刷掉。

1）改造常壓塔頂油氣冷凝冷卻系統(tǒng)。采用常頂油氣與原油換熱，調(diào)整原油電脫鹽前換熱流程，使原油進(jìn)常頂油氣換熱器的換后溫度維持較高溫度，保證常頂油氣的換后溫度調(diào)節(jié)較為靈活；增設(shè)常頂熱回流罐、熱石腦油泵及相關(guān)流程。

2）取消常頂循系統(tǒng)。

3）將原有常頂空冷后至水冷器前管線全部升級(jí)為雙相鋼，空冷與水冷器管束材質(zhì)為鈦材，提高抗腐蝕能力。

4）調(diào)整空冷出口管線走向，減少?gòu)濐^，優(yōu)化布局，防止出現(xiàn)偏流。

1.3　減壓系統(tǒng)

裝置采用SEI減壓深拔技術(shù)進(jìn)行減壓深拔技術(shù)改造，主要包括減壓深拔減壓塔的整體設(shè)計(jì)，減壓深拔減壓爐的整體設(shè)計(jì)，減壓深拔減壓轉(zhuǎn)油線設(shè)計(jì)，高負(fù)荷高真空減壓抽真空系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)。

1）減壓爐：減壓爐進(jìn)料由6管程改造為4管程，對(duì)急彎彎管和爐內(nèi)轉(zhuǎn)油線進(jìn)行改造，將減壓爐出口轉(zhuǎn)油線由2.2 m改造為1.2 m；輻射爐管每管程由 φ168 mm（11根）/φ219 mm（1根）/φ273 mm（1根）/φ325 mm（1根）改為每管程為φ168 mm（19根）/φ193 mm（1根）/φ219 mm（1根）/φ273 mm（1根），增加輻射段注汽，共計(jì)1000 kg/h；將對(duì)流段部分釘頭管爐管更換為翅片管，同時(shí)將對(duì)流段過(guò)熱蒸汽爐管位置上移；12臺(tái)燃燒器全部更換為低NOx氣體燃燒器；新增36支熱電偶，監(jiān)測(cè)爐管表面溫度；加熱爐主煙道擋板由氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)改為液壓控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置液壓控制柜；拆除減壓爐燃料油流程，同時(shí)增加機(jī)械清焦功能；將空氣預(yù)熱器更換為組合鑄鐵板式空氣預(yù)熱器，形式由原臥式改為立式布置。

2）減壓塔本體及內(nèi)件：減壓塔塔徑由φ5200 mm/φ7400 mm/φ8200 mm/φ5000 mm改為 φ5200 mm/φ7400 mm/φ9800 mm/φ8200 mm/φ5000 mm，共更換筒體16.42 m，減三段、過(guò)氣化油段塔體局部擴(kuò)徑，降低減三段及過(guò)氣化油段操作線速；塔內(nèi)件及填料材質(zhì)升級(jí)，由317L升級(jí)為鉬6，塔筒體襯板由316L升級(jí)為625；加高減一下抽出集油箱4根DN80降液管，實(shí)現(xiàn)液體全抽出，降低減頂氣相負(fù)荷；減二線及減一中集油箱（床層3）、減二中及減三線抽出集油箱（床層4）采用帶膨脹環(huán)的新型熱補(bǔ)償式集油箱，減二中換熱段采用復(fù)合填料層，回流液體分布器采用新型導(dǎo)板連通槽式液體分布器，與多點(diǎn)變孔徑進(jìn)料預(yù)分布管配合布置；洗滌段（床層5）采用復(fù)合填料層，其中頂部利舊0.6 m原TUPAC2.0A填料；洗滌油液體分布器采用新型導(dǎo)板連通槽式液體分布器，與多點(diǎn)變孔徑進(jìn)料預(yù)分布管配合布置；過(guò)汽化油抽出集油箱采用帶膨脹環(huán)的熱壁式集油箱（集液槽、升氣帽、集液渠均為傾斜機(jī)構(gòu)），集油箱的集液槽向集液渠傾斜，集液渠底板向抽出斗傾斜；將汽提段原液體收集盤全部拆除，改為立環(huán)收集器；拆除原2層固閥塔盤，更換為6層固閥塔盤，更換塔盤下方的汽提蒸汽分布管，新增急冷油分布管。

3）減壓工藝流程：新增汽提蒸汽分布管，增加流量控制系統(tǒng)，塔底設(shè)計(jì)汽提蒸汽量為1000 kg/h；新增減渣急冷油流程，增加急冷油2個(gè)開口及分布管，設(shè)計(jì)急冷油量為67 955 kg/h；

過(guò)汽化油自床層5下集油箱自流入減壓過(guò)汽化油罐，過(guò)汽化油罐增設(shè)急冷油系統(tǒng)；新增減頂氣脫硫設(shè)施。

2　實(shí)施效果及存在問(wèn)題

2.1　電脫鹽系統(tǒng)

檢修改造前脫鹽后鹽質(zhì)量濃度平均值為2.03 mg/L，改造后在停用油溶性破乳劑情況下脫鹽后鹽質(zhì)量濃度為1.22 mg/L，較之前降低39.9%（表1）；改造前電脫鹽切水中油質(zhì)量濃度平均值為89 mg/L、COD質(zhì)量濃度平均值為942 mg/L，改造后切水中油質(zhì)量濃度平均值為75 mg/L、COD質(zhì)量濃度為1303 mg/L（表2）。從表1、表2可以看出，在超聲破乳與智能響應(yīng)技術(shù)聯(lián)合作用下，電脫鹽運(yùn)行效率得到提升，脫鹽后含鹽量、切水含油下降明顯。但是在原油換罐或者是摻煉污油情況下水質(zhì)較差，水中含有黑色細(xì)小顆粒，對(duì)下游污水場(chǎng)操作帶來(lái)一定難度，需要進(jìn)一步優(yōu)化混合壓差與超聲波強(qiáng)度、整定電脫鹽罐油水界位、調(diào)整注水水質(zhì)以及降低污油摻煉比例等措施來(lái)改善水質(zhì)情況。

表1　改造脫鹽后含鹽量

表2　改造后切水

改造前電脫鹽使用100%全阻抗的變壓器，輸出電壓為19 kV，而智能響應(yīng)電脫鹽技術(shù)所采用的變壓器能輸出0～25 kV連續(xù)可調(diào)整的高壓電，變壓器輸出曲線有效工作區(qū)域從30%擴(kuò)展到90%，可以減少無(wú)用功消耗（表3）。從表3可以看出，智能響應(yīng)電場(chǎng)能根據(jù)原油含水情況及時(shí)調(diào)整電壓，同時(shí)超聲波作用區(qū)根據(jù)電流變化調(diào)整輸出功率，在消減乳化層和穩(wěn)定運(yùn)行上優(yōu)于常規(guī)電場(chǎng)和加注破乳劑的工況。改造后電耗僅為0.104 kWh/t，較改造前的1.121 kWh/t降低了90.7%，節(jié)能效果明顯。

表3　改造前后電耗對(duì)比

2017年7月21日投用超聲波后停用原油破乳劑，按照每年500×104t/a加工負(fù)荷，注入比例為8×10-6，破乳劑每噸30 000元計(jì)算，一年節(jié)省120萬(wàn)元；同時(shí)在8月30日停注脫鈣劑，停注后脫鈣率由之前平均52.2%提高至74.8%（表4）。由表4可知，超聲破乳及智能響應(yīng)技術(shù)不僅能脫鹽脫水，還對(duì)大港混合原油中有機(jī)鈣具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可以有效降低三劑成本，有效減緩對(duì)下游裝置腐蝕。

表4　脫鈣效率對(duì)比

2.2　常壓系統(tǒng)

改造后常頂回流罐操作溫度為110℃，油氣經(jīng)空冷后出口溫度維持在75～80℃之間，出口溫度分布比較均勻，露點(diǎn)腐蝕相變區(qū)上移至空冷器管束中，而常頂空冷管束材質(zhì)為耐腐蝕性能的鈦材，可以明顯減緩腐蝕速度，保證裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。同時(shí)生產(chǎn)操作過(guò)程中將常壓塔底吹汽由之前的6.2 t/h降低至4.5 t/h，既避免了常頂油氣換熱器內(nèi)出現(xiàn)游離水而腐蝕常壓塔頂冷凝系統(tǒng)的設(shè)備和工藝管道，又節(jié)約了裝置的蒸汽消耗。

但由于常壓系統(tǒng)壓力控制在55 kPa，較之前33 kPa提高較多，造成在原油換罐或者分層嚴(yán)重時(shí)常頂氣壓縮機(jī)能力受限，調(diào)節(jié)困難；同時(shí)當(dāng)常頂回流罐內(nèi)出現(xiàn)游離水問(wèn)題時(shí)啟動(dòng)熱石腦油泵將其送至常頂產(chǎn)品罐，而常頂產(chǎn)品罐汽油干點(diǎn)為177℃時(shí)常頂回流罐內(nèi)汽油干點(diǎn)達(dá)到188℃，外送后影響汽油質(zhì)量。下一步需要研究常壓塔進(jìn)行降壓操作可行性，保證異常情況下產(chǎn)品質(zhì)量合格。

2.3　減壓系統(tǒng)

2017年9月18日投用減壓抽真空一、二級(jí)備用汽抽子45%部分，當(dāng)四路爐管注汽并且每路控制在50 kg/h時(shí)減壓塔頂真空度出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，由正常值99.6 kPa降低至98.2 kPa，嚴(yán)重影響減壓操作；而爐管注汽設(shè)計(jì)值為每路250 kg/h，顯現(xiàn)出抽真空系統(tǒng)能力不足問(wèn)題，當(dāng)天停用爐管注汽。19日開始逐步將減壓爐出口總管溫度由391.5℃調(diào)至397.5℃，考慮到全廠物料平衡未將爐溫提至設(shè)計(jì)值412℃。調(diào)整后四路爐出口分支溫度與爐管壁溫度上升曲線一致，其中最高點(diǎn)爐管壁溫度為437℃，處于設(shè)計(jì)安全值460℃以下。提溫后在保證減二線95%餾出溫度、色號(hào)等產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定前提下，減一及減三外送流量均有明顯增加，減壓拔出率升高（表5）。從表5可以看出，提溫后減壓拔出率較之前增加2.74%，有效提升了經(jīng)濟(jì)效益。

表5　減壓拔出率對(duì)比

3　結(jié)論

在電脫鹽系統(tǒng)中采用智能響應(yīng)及超聲波技術(shù)后，脫鹽后含鹽量及藥劑耗量明顯下降；常壓系統(tǒng)及減壓系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)管線、塔內(nèi)件材質(zhì)升級(jí)及工藝流程變更后，耐腐蝕能力及經(jīng)濟(jì)效益得到進(jìn)一步提高，為裝置安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行提供有利保障，整個(gè)技術(shù)改造達(dá)到預(yù)期效果。

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