常減壓裝置運(yùn)行末期 應(yīng)對高鹽重油水沖擊的經(jīng)驗(yàn)與措施

盧秋旭，宋國啟

（中國石化塔河煉化有限責(zé)任公司，新疆庫車 842000）

關(guān)建詞：常減壓 高含水 高含鹽原油 穩(wěn)定運(yùn)行

某煉油廠2#常減壓裝置設(shè)計(jì)加工規(guī)模為350 萬t/a，自2018年3月完成檢修以來，已運(yùn)行至三年一修的周期末期。由于裝置主要加工塔河重質(zhì)高硫稠油，原油密度、黏度、瀝青質(zhì)含量很高，而且原油性質(zhì)呈逐年惡化趨勢，主要表現(xiàn)為原油密度增加、鹽含量增加、瀝青質(zhì)含量增加、膠質(zhì)/瀝青質(zhì)比降低、金屬含量增加、機(jī)械雜質(zhì)含量增加。2014年后，塔河原油密度逐漸上升到955 kg/m3甚至達(dá)到960 kg/m3， 鹽含量上升到400~500 mgNaCl/L，2021年以來長期維持在800 mgNaCl/L以上。為了增加脫鹽能力，維護(hù)裝置長周期運(yùn)行，2#常減壓裝置采用四級電脫鹽。電場設(shè)置前三級為平流鼠籠式，前三級罐型號 為φ4 200 mm×28 848 mm×34 mm；四級為雙電場結(jié)構(gòu)，四級罐型號為φ5 800 mm×39 068 mm× 44 mm。工藝流程見圖1。

圖1 四級電脫鹽裝置流程

1 常減壓裝置運(yùn)行存在的問題

2020年12月，原油性質(zhì)進(jìn)一步惡化，主要表現(xiàn)為鹽含量由400 mgNaCl/L上升至1 440 mgNaCl/L，水含量由0.2%（w）上升至10.0%（w）。同時(shí)，原油性質(zhì)不穩(wěn)定，伴隨有分層現(xiàn)象，導(dǎo)致電脫鹽單元的電流和壓力大幅度波動(dòng)，電脫鹽罐電流上漲速度超過1 A/10 min，直接觸發(fā)變壓器電流高限報(bào)警，被迫降低電壓檔位，維持運(yùn)行；脫后壓控閥開啟速度超過25%/10 min。同時(shí)，常壓塔塔頂回流罐切水出裝置流量超過正常流量的30%，常一中流量由200 t/h 逐漸下降至100 t/h以下；閃蒸罐壓力開始上漲且罐頂壓力波動(dòng)峰值大于0.015 MPa。

由于原油鹽含量長期超過工藝控制指標(biāo) （≯500 mgNaCl/L），造成常壓塔內(nèi)大量結(jié)鹽，全塔壓降已經(jīng)由2018年檢修開工初期設(shè)計(jì)的3 kPa上漲至運(yùn)行末期的21 kPa，造成常壓塔的分離效果和運(yùn)行穩(wěn)定性變差。同時(shí)，由于原油大量帶水，在水沖擊下，塔內(nèi)氣液相負(fù)荷大幅度波動(dòng)，伴隨有沖塔現(xiàn)象，比如常二線氣、液相溫度差發(fā)生反轉(zhuǎn)，常二線攜帶原油組分。另外，在水沖擊下，塔內(nèi)氣液相負(fù)荷大幅度波動(dòng)，塔內(nèi)的結(jié)鹽層發(fā)生松動(dòng)，鹽分隨常一線和常二線流出，造成常一線和常二線的油品顏色由無色轉(zhuǎn)至茶色和深棕色，影響成品油外觀，詳見圖2。

圖2 原油帶水沖擊后常一線和常二線的油品外觀

2 采取措施及效果

2.1 電脫鹽單元

發(fā)生沖擊時(shí)，原油密度達(dá)到了0.95 g/cm3、含鹽量達(dá)到了1 440 mgNaCl/L、總氯180~400μg/g、有機(jī)氯19~23 μg/g。通過電鏡照片分析，鹽以接近飽和的狀態(tài)存在于水中，并以顆粒狀存在于原油中。對交付的兩個(gè)原油罐切水含鹽分析，含鹽量分別為80 000 mgNaCl/L和29 000 mgNaCl/L。固體顆粒的顯微照片如圖3所示，顆粒的球形度較小，表明顆粒偏離球形程度較高，多為片狀或不規(guī)則結(jié)構(gòu)。這些含鐵氧化物固體顆粒是導(dǎo)致油水乳化，使原油脫水難度增加的主要原因。

圖3 大量帶水時(shí)的原油電鏡照片

另外，根據(jù)上游油田反饋的新開油井驅(qū)采工藝和儲運(yùn)系統(tǒng)原油罐切水高度乳化的情況，結(jié)合原油含水量異常偏高的事實(shí)，可以判定此時(shí)的塔河重質(zhì)稠油已經(jīng)不具備過去在大注水量的條件下不易乳化的特點(diǎn)。因此，要避免大注水量和高混合強(qiáng)度操作，同時(shí)必須要有高效破乳效果才能保證變壓器電流電壓在控制范圍內(nèi)。對破乳劑的要求極高，既要有合適的破乳劑，也要有相應(yīng)的注入量。依據(jù)上述分析，對電脫鹽系統(tǒng)操作進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，主要調(diào)整參數(shù)應(yīng)該是洗滌水、混合強(qiáng)度、破乳劑種類和注入量以及電脫鹽罐內(nèi)油水界位，至于操作溫度應(yīng)以穩(wěn)定為宜。

2.1.1 洗滌水

一般情況下可以使用溫水或熱水作為電脫鹽的洗滌水。但當(dāng)重質(zhì)原油大量帶鹽帶水時(shí)，洗滌水的溫度應(yīng)盡量高，并接近操作溫度，避免發(fā)生乳化，推薦使用汽提凈化水作為洗滌水，避免使用硬水。由于發(fā)生沖擊時(shí)的原油已大量乳化帶水，總體調(diào)整方向是降低洗滌水注入量，應(yīng)對沖擊的經(jīng)驗(yàn)是按1 t/h的速度，逐步降低至最低注水量。C罐注水量由10 t/h降低至2 t/h，C罐的切水作為A罐的注水。B罐注水量由8 t/h降低至4 t/h，單獨(dú)切水。D罐改為前三級脫后原油的沉降罐，不再注水，并依據(jù)罐內(nèi)電流，調(diào)節(jié)D罐電壓。

2.1.2 混合強(qiáng)度

混合強(qiáng)度是指油、水、破乳劑在混合閥和混合器內(nèi)的混合強(qiáng)度，這是通過混合閥和混合器的壓力降造成的，混合強(qiáng)度不足（壓力降不足）造成混合程度不充分而影響脫鹽率?；旌掀鳎ㄩy）的壓力降過大會產(chǎn)生頑固乳化液。一旦形成頑固乳化液，高壓電場破乳困難，部分沒有被脫除的水會帶出罐體，造成脫后含水超標(biāo)。通過上述分析，重質(zhì)原油大量帶鹽帶水時(shí)，已發(fā)生嚴(yán)重乳化，此時(shí)應(yīng)調(diào)低混合強(qiáng)度，應(yīng)對沖擊的經(jīng)驗(yàn)是由60 kPa降低至40 kPa。

2.1.3 破乳劑種類和注入量

原油破乳劑的注入是電脫鹽過程的重要環(huán)節(jié)。特別當(dāng)重質(zhì)原油發(fā)生乳化，大量帶水帶鹽時(shí)，容易形成頑固乳化層，將增加電場中介質(zhì)的導(dǎo)電性能，嚴(yán)重時(shí)會造成高壓電場的短路或擊穿，對電脫鹽設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。效果好的破乳劑，在水滴沉降分離過程中能使油水界面膜減薄，降低界面膜的穩(wěn)定性，同時(shí)減少水中帶油和油水乳化層的產(chǎn)生，消除罐內(nèi)乳化現(xiàn)象，達(dá)到最佳脫鹽、脫水效果。經(jīng)過篩選，分別對四種油溶性破乳劑進(jìn)行了試用，實(shí)踐證明YS-ZR1178油溶性破乳劑在減薄乳化層方面具有很好的效果。為此，在沖擊期間選定YS-ZR1178油溶性破乳劑，并將其注入量由80 mg/kg原油提高至180 mg/kg。

2.1.4 電脫鹽罐內(nèi)油水界位

對于電脫鹽罐內(nèi)油水界位的調(diào)整，采取電脫鹽V102A/B控制切水油含量、V102C/D控制脫后原油帶水量的調(diào)整思路?？刂魄兴秃?，是為了保證裝置總排口符合分級控制的環(huán)保要求；控制脫后原油帶水量，是為了避免把大量水帶入常壓塔。

V102A/B罐界位根據(jù)實(shí)際變壓器電流控制，若電流持續(xù)上升，則需要增加切水量，降低界位，保證電流基本維持平衡。V102C/D主要控制目的是控制脫后原油的帶水量。首先將界位降至65%，若常壓塔頂酸性水流量繼續(xù)增加，則V102D繼續(xù)降界位，期間外操需現(xiàn)場查看油水界位，控制界位在距離罐底800~1 000mm位置為佳。

增加切水后，電脫鹽排出的含鹽污水水質(zhì)變差，電脫鹽切水控制閥處除管線防凍外，其余切水全部改至延遲焦化裝置冷焦水沉降罐V603A，在罐中沉降分離。水相進(jìn)入V603A底部空間，油相緩慢上浮至V603A上部空間。待V603A底部水清澈時(shí)，將水送至污水處理場。當(dāng)V603A油水沉降分離困難時(shí)，改V603A收油流程至裝置污油罐V604A/B，V604A/B液位均超過80%后，立即聯(lián)系調(diào)度污油外送，嚴(yán)禁直接將切水切至污水場。

2.1.5 操作溫度

電脫鹽的操作溫度主要由2#常減壓裝置的一系列脫前換熱器決定，熱源主要包括焦化蠟油、減二線、常壓頂循、減壓渣油、常一線、焦化頂循、常二線物流。因此，當(dāng)發(fā)生沖擊時(shí)，應(yīng)盡量穩(wěn)定焦化裝置的操作，常壓塔要保證側(cè)線抽出量，必要時(shí)可以外甩輕污油。通過穩(wěn)定上述熱源，維持電脫鹽罐內(nèi)原油溫度穩(wěn)定在135~145℃。

通過上述措施，當(dāng)原油中大量帶水、帶鹽沖擊裝置時(shí)，穩(wěn)定了電脫鹽的運(yùn)行，脫后原油鹽含量控制在了5 mg/L以下，水含量在0.5%（w）以下。

2.2 常壓塔單元

當(dāng)帶水原油進(jìn)入常壓塔，引起常壓塔運(yùn)行波動(dòng)時(shí)，常一中流量開始緩慢下降，由正常時(shí)的190 t/h逐漸降低，嚴(yán)重時(shí)不到100 t/h；常壓塔頂回流罐切水開始上漲，正常時(shí)為10 t/h，嚴(yán)重時(shí)上漲到12 t/h以上。

2.2.1 原料進(jìn)塔溫度與側(cè)線抽出量調(diào)控

受原油鹽含量長期過高和裝置運(yùn)行末期的影響，常壓塔的壓降很高，且抗波動(dòng)能力較差。在原油水沖擊的情況下，應(yīng)盡量減少常壓塔的氣相負(fù)荷，從而提高常壓塔的分離精度和抗波動(dòng)能力。應(yīng)對水沖擊經(jīng)驗(yàn)是控制常壓爐出口溫度由340℃降低至332℃，降溫的速率和幅度參照全塔壓降不超過21 kPa為宜。另外，要盡量穩(wěn)定常一線抽出流量，確保常一線抽出量不能過小，避免未抽出的常一線組分油滯留在塔內(nèi)，造成常一線和常二線塔段負(fù)荷增加，從而導(dǎo)致塔內(nèi)壓降增長。

2.2.2 全塔壓降調(diào)控

要特別注意常壓塔全塔壓降變化，如果超過 22 kPa，可繼續(xù)降低常壓塔底汽提蒸汽流量至最小流量0.5 t/h。此時(shí)，必須提高檢查常壓側(cè)線各油品顏色的頻率，時(shí)常關(guān)注常一中泵運(yùn)行情況。常一中流量的調(diào)整思路是先控制流量穩(wěn)定，以維持塔內(nèi)氣液相負(fù)荷相對穩(wěn)定?？梢赃m當(dāng)提高塔頂冷回流，以穩(wěn)定塔頂壓力和溫度為準(zhǔn)。

通過采取上述措施，在原油大量帶水期間，常壓塔整體運(yùn)行平穩(wěn)。除2020年12月底發(fā)生了常壓塔常一線和常二線油品變色以外，2021年以來，各側(cè)線油品質(zhì)量總體受控。

2.3 工藝防腐

2.3.1 控制好防腐參數(shù)

要嚴(yán)格監(jiān)控塔頂含硫污水分析數(shù)據(jù)，對于連續(xù)異常數(shù)據(jù)，要進(jìn)行相應(yīng)的排查和調(diào)整。比如增大塔頂緩蝕劑、氨水注入濃度，保證塔頂冷回流溫度在露點(diǎn)腐蝕14℃以上，2#常壓塔操作溫度要求塔頂不小于110℃，冷回流溫度不低于90℃。

2.3.2 加強(qiáng)頂循除鹽設(shè)施運(yùn)行監(jiān)控

對于新增的頂循除鹽設(shè)施也要加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)控，保證頂循油流量≮20 t/h，除鹽水流量≮2 t/h，加強(qiáng)切水水質(zhì)分析頻次，通過氯含量分析掌握塔內(nèi)結(jié)鹽程度。常壓塔頂循側(cè)線除鹽設(shè)備工藝流程如圖4 所示。

圖4 常壓塔頂循側(cè)線除鹽工藝流程

2.3.3 管線腐蝕監(jiān)控

提高工藝管線的人工測厚頻率，對塔頂油氣線、安全線、常一線氣相返回線、常二線氣相返回線、各側(cè)線抽出管線、頂循系統(tǒng)管線、常一中系統(tǒng)等關(guān)鍵位置進(jìn)行檢測。增設(shè)人工測厚點(diǎn)位，及時(shí)根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行必要應(yīng)急防范。另外借助在線測厚系統(tǒng)，及時(shí)準(zhǔn)確掌握設(shè)備運(yùn)行情況。

通過落實(shí)上述工藝防腐措施，在原油大量帶水期間，常壓塔頂回流罐酸性水鐵離子含量為0.01~ 2.99 mg/L，平均為1.04 mg/L；減壓塔頂回流罐酸性水鐵離子含量為0.01~2.83 mg/L，平均為0.60 mg/L。 二者都滿足工藝防腐不大于3 mg/L的指標(biāo)要求。對工藝管線測厚，也未發(fā)現(xiàn)異常。

3 結(jié)論

在塔河重質(zhì)稠油大量帶水期間，通過采取提高洗滌水水質(zhì)，降低注入量；適當(dāng)降低混合強(qiáng)度至40 kPa；優(yōu)選破乳劑種類，提高注入量至180 mg/kg；采取控制電脫鹽V102A/B切水油含量、V102C/D脫后原油帶水量的調(diào)整思路，調(diào)整電脫鹽罐內(nèi)油水界位等措施，穩(wěn)定電脫鹽運(yùn)行，有效脫除原油中的水分和無機(jī)鹽類，減少了常壓塔的進(jìn)水量。

同時(shí)，原油攜帶水進(jìn)入常壓塔時(shí)，合理增大塔頂緩蝕劑、氨水注入濃度；保證塔頂不小于110℃，冷回流溫度不低于90℃；強(qiáng)化頂循除鹽設(shè)施運(yùn)行，可以確保裝置工藝防腐整體達(dá)到要求。降低原料進(jìn)塔溫度至332℃；穩(wěn)定側(cè)線抽出量和常一中流量；降低常壓塔底汽提蒸汽流量至最低值，確保全塔壓降不超過21 kPa，可以確保常壓塔整體運(yùn)行平穩(wěn)，各側(cè)線油品質(zhì)量總體受控。