PKOP煉油廠除鹽水系統(tǒng)設(shè)計和運行情況探析

張亮 宋躍軍 李劍

摘 ?????要：介紹了哈薩克斯坦PKOP煉油廠原水和除鹽水的水質(zhì)要求，詳細介紹了該煉廠除鹽水系統(tǒng)的工藝流程、工程設(shè)計、工藝控制參數(shù)及整個系統(tǒng)的運行情況。系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)表明：超濾UF出水TSS為0.8 mg/L，濁度為0.18 NTU，SDI為2.5;反滲透RO出水TDS為10.9 mg/L，電導率為24.8 μs/cm，脫鹽率為98%;混床在出水電導小于0.2 μs/cm的條件下，運行周期達到120 h，各項指標均達到了設(shè)計要求。

關(guān) ?鍵 ?詞：除鹽水;PKOP煉油廠;超濾;反滲透;混床

中圖分類號：TQ 085+.411 ???????文獻標識碼： A ???????文章編號： 1671-0460（2019）03-0619-04

Abstract： The quality requirements of raw water and desalinated water in Kazakhstan PKOP refinery were introduced. The technological process， engineering design， process-control parameters and operating situation of the PKOP desalting system were also introduced in detail. The operation results of UF system showed that TSS was 0.8 mg/L， turbidity was 0.18 NTU and SDI was 2.5; the TDS， conductivity and desalination ratio of RO were 10.9 mg/L， 24.8 μs/cm and 98% respectively; the operational cycle of mixed bed was 120 h when the outflow conductance was less than 0.2 μs/cm， all indexes met the design requirements.

Key words： desalted water;PKOP refinery;UF;RO;mixed bed

PKOP奇姆肯特煉油廠現(xiàn)代化升級改造工程是中哈兩國政府發(fā)展與合作的重點項目，本次升級改造涉及裝置13套，其中新建11套、改造2套，以及與之配套的儲運系統(tǒng)、公用工程系統(tǒng)和輔助生產(chǎn)裝置。改造目標是恢復600萬t/a生產(chǎn)能力，生產(chǎn)符合歐IV、歐V 標準產(chǎn)品，同時提高重油轉(zhuǎn)化能力，提高輕質(zhì)產(chǎn)品產(chǎn)量， 改善產(chǎn)品質(zhì)量，增強競爭能力，提高經(jīng)濟效益。

根據(jù)哈薩克斯坦PKOP煉油廠全廠改造后的總加工流程，各裝置需消耗一定量的除鹽水，其中大部分除鹽水用作鍋爐給水，少部分除鹽水用于各裝置工藝生產(chǎn)。由于PKOP煉油廠井水和經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的進水水質(zhì)無法滿足各裝置工藝生產(chǎn)所需除鹽水和鍋爐給水的要求，需建設(shè)一套除鹽水系統(tǒng)。根據(jù)原水水質(zhì)及出水水質(zhì)要求，該廠除鹽水生產(chǎn)通過板式換熱器、多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器、超濾UF、反滲透RO、除碳器和混床等設(shè)備，包括預處理系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、離子交換系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)等[1-3]，工藝流程如圖1所示。

1 ?工程設(shè)計

哈薩克斯坦PKOP煉油廠除鹽水系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)模為：超濾（UF）：4×150 t/h;反滲透（RO）：4×100 t/h;混床：3×210 t/h。系統(tǒng)設(shè)計年開工時數(shù)為8 160 h，連續(xù)運行。正常運行時，超濾（UF）和反滲透（RO）運行3個系列，剩余1個系列再生;混床運行2個系列，剩余1個系列再生。當全廠的凝結(jié)水回收系統(tǒng)運行不暢或停運時，超濾、反滲透、混床等的多個系列可以同時運行，以滿足全廠對除鹽水的消耗需求，表2為該廠正壓鍋爐對除鹽水的水質(zhì)要求[4]：TDS小于0.1 mg/L，電導率小于0.2 μs/cm，SiO2小于0.02 mg/L。

1.1 ?預處理系統(tǒng)

為保證UF和RO系統(tǒng)能長期、平穩(wěn)、可靠運行，并滿足系統(tǒng)的進水水質(zhì)要求，系統(tǒng)包括以下主要工藝設(shè)備：

（1）板式換熱器：因水溫較低時，水的粘度增加，將導致反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水量下降。因原水溫度最低時為5 ℃，設(shè)置2套板式換熱器（一用一備）利用全廠回收的凝結(jié)水調(diào)節(jié)原水溫度，保障反滲透系統(tǒng)在最佳工況下運行。每套換熱器處理能力為645 t/h，設(shè)計溫升為10 ℃。

（2）多介質(zhì)過濾器：去除進水中的細小懸浮物、膠體、有機物，從而保證其出水TSS在5 mg/L以下。本系統(tǒng)設(shè)置直徑3 000 mm的多介質(zhì)過濾器5臺，單臺設(shè)計處理水量為124 t/h，總處理水量為620 t/h。

（3）活性碳過濾器：為確保出水余氯量小于0.1 ppm，本系統(tǒng)設(shè)置直徑3 000 mm的活性碳過濾器5臺，單臺設(shè)計處理水量為124 t/h，總處理水量為620 t/h。

（4）自清洗過濾器：作為超濾膜（UF）的預處理設(shè)備，去除水中的懸浮顆粒對UF起保護作用。本系統(tǒng)設(shè)置直徑300 mm的自清洗過濾器4臺，單臺設(shè)計處理水量為160 t/h，過濾精度100 μm，總處理水量為640 t/h。

（5）超濾（UF）：超濾膜的孔徑大約在0.002～0.1 μm范圍內(nèi)，可全部去除大于0.1 μm的膠體和顆粒物，確保出水SDI指數(shù)≤3，濁度≤0.2 NTU。本系統(tǒng)設(shè)置超濾4套，單套設(shè)計處理水量為150 t/h，每套超濾裝有36根美國陶氏公司的SFP-2880型的外壓式超濾膜。

原水中的顆粒物、膠體或溶質(zhì)大分子等在超濾膜表面或膜孔內(nèi)沉積，造成超濾的污染。當超濾膜面達到或超過溶質(zhì)的飽和溶解度時，便形成凝膠層，超濾的通量急劇降低，此時需對膜裝置進行清洗，以恢復其性能[5，6]。參照原水水質(zhì)組分，以及膜的特性，超濾（UF）采用次氯酸鈉、鹽酸、氫氧化鈉等溶液與超濾反洗水混合，經(jīng)反洗泵加壓至0.3 MPa后，對超濾膜進行反洗。

為了保證反滲透（RO）進水中的氧化性氯含量和防止反滲透（RO）濃水側(cè)產(chǎn)生結(jié)垢，在超濾（UF）出水進RO前需加注適量的亞硫酸氫鈉、110%阻垢劑和100%非氧化殺菌劑。

1.2 ?反滲透（RO）系統(tǒng)

反滲透（RO）系統(tǒng)主要功能是對超濾（UF）產(chǎn)水進行預脫鹽處理[7]，RO是除鹽水系統(tǒng)的主要工序，其包括以下主要工藝設(shè)備：

（1）保安過濾器：去除UF產(chǎn)水中殘存的微量懸浮顆粒、膠體、微生物等，防止其進入RO而擊穿反滲透膜組件，造成大量漏鹽的情況。本系統(tǒng)設(shè)置直徑600 mm的保安過濾器4臺，單臺設(shè)計處理水量為200 t/h，過濾精度5 μm。

（2）高壓泵：保證反滲透膜正常運行的進水壓力，保證RO的設(shè)計產(chǎn)水量。本系統(tǒng)設(shè)置高壓泵4臺，每臺設(shè)計流量為150 t/h，揚程為160 m。

（3）反滲透裝置：除去水中絕大部分可溶性鹽分、膠體、有機物及微生物。為確保出水TDS≤24 mg/L，電導≤50 μs/cm，本系統(tǒng)設(shè)置一級兩段反滲透模組共計4臺（3開1備），單臺模組的設(shè)計產(chǎn)水量為100 m?/h，設(shè)計脫鹽率達到>99%。單臺模組內(nèi)設(shè)有20支膜柱（按14：6方式排列），每個膜柱內(nèi)裝有6支美國陶氏公司的BW30-400型的低壓復合膜。

為確保反滲透系統(tǒng)運行和操作的靈活性和安全平穩(wěn)，在超濾（UF）產(chǎn)水進入4臺反滲透（RO）模組前，每臺RO模組均單獨設(shè)有保安過濾器和高壓泵，與RO模組呈一對一的串聯(lián)設(shè)置。

1.3 ?混床系統(tǒng)

混床系統(tǒng)將RO產(chǎn)水中留存的離子進一步去除，以達到鍋爐補給水的水質(zhì)要求，包括以下主要工藝設(shè)備：

（1）除碳器：產(chǎn)水中游離的CO2過高將影響混床系統(tǒng)的再生周期。為確?；齑蚕到y(tǒng)的運行周期和減少再生頻率，本系統(tǒng)設(shè)置除碳器2臺，每臺設(shè)計處理量為210 t/h。

（2）混合離子交換器（簡稱混床）：對反滲透產(chǎn)生的初級除鹽水進一步精制，在混床中陰/陽樹脂是相互均勻的，所以進水中的陽離子交換和陰離子交換是多次交錯進行。水中所含鹽類的陰/陽離子通過混床，則被混床中的樹脂交換而得到高純度的水，從而達到鍋爐補給水的水質(zhì)要求。本系統(tǒng)設(shè)置直徑為2 600 mm的混床3臺，每臺設(shè)計處理量為210 t/h。

當混床內(nèi)陰-陽樹脂失效后，產(chǎn)水指標達不到鍋爐給水要求時，混床需采用98%（w）濃硫酸和17%堿液進行再生處理，再生時利用2種樹脂的比重不同，用反洗使陰/陽樹脂完成分離，陽樹脂沉積在下，陰樹脂懸浮在上[8]。本系統(tǒng)通過DCS控制程序設(shè)定硫酸和堿液的加注順序、加注時間和加注量，自動實現(xiàn)混床內(nèi)陰-陽樹脂的再生工作。

2 ?運行情況

2.1 ?預處理系統(tǒng)

通過條件試驗確定了預處理系統(tǒng)各工序的主要工藝參數(shù)：板式換熱器出水溫度控制為大于15 ℃;多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器的運行時間設(shè)定為24 h，沖洗時間設(shè)定為15.5 min/次;超濾UF的運行時間設(shè)定為30 min，沖洗時間設(shè)定為200 s/次，控制超濾UF的進水壓力為0.073～0.076 MPa，進出水壓差不大于0.02 MPa（詳見表3）。

在原水進水量為310 t/h，板式換熱器投用1臺，多介質(zhì)過濾器和活性碳過濾器投用3臺（單臺實際處理量約105 t/h），自清洗過濾器投用2臺（單臺實際處理量約150 t/h），超濾投用2臺（單臺實際處理量約150 t/h）及表3運行參數(shù)條件下，多介質(zhì)和活性碳過濾器對原水TSS的去除效果較好，進水TSS為7 mg/L，出水為1.67 mg/L，TSS的去除率為76%;活性炭過濾器出水余氯為0.08 mg/L，達到設(shè)計指標小于0.1 mg/L的要求。

超濾UF在單臺進水量約為150 t/h及表3運行參數(shù)條件下，進/出水的水質(zhì)運行數(shù)據(jù)詳見表4，由表4可見：超濾UF進水TSS為1.67 mg/L，濁度為0.8NTU，SDI指數(shù)為4.5;出水TSS為0.8 mg/L，濁度為0.18NTU，SDI指數(shù)為2.5，均達到TSS小于1 mg/L、濁度小于0.2NTU和SDI指數(shù)小于3的設(shè)計指標要求。

2.2 ?反滲透（RO）系統(tǒng)

通過條件試驗確定反滲透（RO）系統(tǒng)穩(wěn)定運行的工藝條件為水溫15 ℃、進水壓力1.2 MPa、產(chǎn)水率70%、單臺處理量約為100 t/h，在上述工藝條件下，RO系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)見表5。由表5可見，進水電導率為855 μs/cm，TDS為427 mg/L，TSS為0.8 mg/L;出水電導率為24.8 μs/cm，TDS為10.9mg/L，TSS為0 mg/L，脫鹽率為98%，均達到電導率小于50 μs/cm、TDS小于24 mg/L和脫鹽率大于97%的設(shè)計指標要求。

2.3 ?混床系統(tǒng)

混床經(jīng)初次再生后，并對混床的再生條件進行了設(shè)定：反洗流量為40 t/h，反洗時間為15 min;再生硫酸耗量為120 g/mol，再生堿液耗量為220 g/mol（詳見表6）?；齑苍偕瓿珊?，啟動混床給水泵進行正洗，并穩(wěn)定其正常產(chǎn)水流量約200 t/h，當出水電導不大于0.2 μs/cm時轉(zhuǎn)入制水程序。

混床在產(chǎn)水流量為195～210 t/h范圍的條件下，對混床的運行數(shù)據(jù)進行采集（詳見圖2），由圖2可見：在產(chǎn)水電導不大于0.2 μs/cm的條件下，混床的運行周期達到了120 h，周期制水量達到24 000 t左右，滿足混床再生理論周期4.74 d（約114 h）的設(shè)計要求。

3 ?結(jié) 論

鑒于PKOP煉廠原有除鹽水系統(tǒng)仍在運行，新建系統(tǒng)僅在系統(tǒng)約50%的設(shè)計負荷（原水進水量為310 t/h）條件下，通過條件試驗確定了各工序單套關(guān)鍵設(shè)備（多介質(zhì)和活性碳過濾器、超濾UF、反滲透RO和混床）的操作參數(shù)，并對以上設(shè)備進行了滿負荷性能測試，運行結(jié)果表明：

（1）多介質(zhì)和活性碳過濾器對原水TSS的去除效果較好，進水TSS為7 mg/L，出水為1.67 mg/L，TSS的去除率為76%;活性炭過濾器出水余氯為0.08 mg/L，達到設(shè)計指標小于0.1 mg/L的要求。

（2）超濾UF產(chǎn)水的TSS為0.8 mg/L，濁度為0.18 NTU，SDI指數(shù)為2.5，均達到TSS小于1 mg/L、濁度小于0.2 NTU和SDI指數(shù)小于3的設(shè)計指標要求。

（3）反滲透RO出水電導率為24.8 μs/cm，TDS為10.9 mg/L，TSS為0 mg/L，脫鹽率為98%，均達到電導率小于50 μs/cm、TDS小于24 mg/L和脫鹽率大于97%的設(shè)計指標要求。

（4）混床在產(chǎn)水流量為195～210 t/h和產(chǎn)水電導不大于0.2 μs/cm的條件下，運行周期達到了120 h，周期制水量達到24 000 t左右，滿足混床再生理論周期4.74 d（約114 h）的設(shè)計要求。

隨著該系統(tǒng)逐步滿負荷投用和生產(chǎn)運行經(jīng)驗的不斷積累，該工藝將會更加成熟完善，以滿足全廠除鹽水的用水要求。

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