常減壓裝置加工低硫高酸原油電脫鹽運(yùn)行工況及對策

陳 波

（中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812）

225萬 t·a-1瀝青裝置采用電脫鹽-閃蒸塔-常壓塔-減壓塔-減黏聯(lián)合裝置，設(shè)計原油為曹妃甸原油，年加工規(guī)模為600萬t。裝置于2009年3月首次投料開車成功。而在實際運(yùn)行過程中，裝置除加工曹妃甸原油外，還加工秦皇島原油、渤中原油以及蓬萊原油。本文主要講述蓬萊原油在加工過程中難點(diǎn)與對策。

在高酸值原油加工過程中面臨的技術(shù)問題主要有以下幾個方面：一是常減壓裝置電脫鹽運(yùn)行極差，乳化嚴(yán)重并產(chǎn)生大量的污油而造成對污水處理廠的操作帶來困難；二是加工設(shè)備及管線的腐蝕加劇，高酸原油的環(huán)烷酸對常減壓裝置高溫部位腐蝕嚴(yán)重；三是因為高酸原油生產(chǎn)的汽油、煤油產(chǎn)品質(zhì)量變差。

曹妃店原油密度為 0.941 0 g·cm-3，凝固點(diǎn)較低，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 310 mg·kg-1，鹽含量高，酸值較高為2.57 mgKOH·g-1，生產(chǎn)加工中應(yīng)引起注意。金屬分析中含量較低，其中鈣為119.8 mg·L-1。組成分析中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 9.87%和1.23%，特性因數(shù)K為11.40。

1 裝置加工工況及難點(diǎn)

常減壓裝置在實際加工蓬萊原油時，由于該原油是低硫高酸值原油，裝置生產(chǎn)過程中主要遇到的問題低溫腐蝕，針對目前我裝置的瓶頸主要是電脫鹽罐的運(yùn)行工況。

為了改善、穩(wěn)定電脫鹽系統(tǒng)的操作，同時也為了改善電脫鹽罐運(yùn)行環(huán)境，計劃加工蓬萊原油采取摻煉的加工方式來維持裝置的正常運(yùn)行。

蓬萊原油屬于低硫高酸原油，在加工過程中會出現(xiàn)以下幾種情況：

1）脫鹽指標(biāo)不合格。脫鹽指標(biāo)不合格將會導(dǎo)致常壓蒸餾裝置低溫腐蝕加劇，造成管線、設(shè)備等腐蝕而嚴(yán)重影響裝置正常運(yùn)行。

2）電脫鹽切水不合格。高酸原油電脫鹽運(yùn)行時由于形成的乳化層加厚，而且隨著乳化層的長期累積形成穩(wěn)定的乳化液，從而導(dǎo)致電脫鹽切水帶油，給后續(xù)裝置加重運(yùn)行負(fù)擔(dān)。

3）電脫鹽罐運(yùn)行電流大，能耗增加，油水分離困難，在一定程度上增加電的耗量，因此能耗增加同時對裝置的安全運(yùn)行有一定的影響；縮短電脫鹽罐運(yùn)行周期。

4）加劇環(huán)烷酸的腐蝕。由于原油中鹽未脫除干凈，部分鹽進(jìn)入常減壓蒸餾后續(xù)裝置，造成常壓爐出口、減壓轉(zhuǎn)油線、減壓側(cè)線等高溫部位的環(huán)烷酸腐蝕加劇，影響裝置平穩(wěn)運(yùn)行。

2 采取的措施及運(yùn)行效果

2018年7月25 日225萬t·a-1瀝青裝置計劃加工渤中25-1原油，加工負(fù)荷控制620 t·h-1，該原油加工過程中，電脫鹽的運(yùn)行情況良好，破乳劑注入量為8 mg·kg-1，一級混合強(qiáng)度為45 kPa，二級混合強(qiáng)度為50 kPa，進(jìn)電脫鹽罐溫度為140 ℃，電脫鹽注水比例為 4%，通過這些參數(shù)的控制，電脫鹽運(yùn)行效果較好，切水透明，電流趨勢比較平穩(wěn)。加工渤中原油脫后含鹽見表1。

表1 加工渤中原油含鹽情況

2018年7月26 日225萬t·a-1瀝青裝置計劃加工渤中原油，加工負(fù)荷620 t·h-1，開始摻煉蓬萊原油，摻量由 50 t·h-1逐步提升，目標(biāo)摻煉量 200 t·h-1。電脫鹽運(yùn)行工況：破乳劑注入量為8 mg·kg-1，一級混合強(qiáng)度35 kPa，二級混合強(qiáng)度為40 kPa，進(jìn)電脫鹽罐溫度為140 ℃，電脫鹽注水比例為4.5%，在200 t·h-1以下的摻量過程中，電脫鹽運(yùn)行良好，切水正常，當(dāng)蓬萊原油摻煉量提至200 t·h-1以上后，電脫鹽運(yùn)行參數(shù)：破乳劑注入量為8 mg·kg-1，一級混合強(qiáng)度35 kPa，二級混合強(qiáng)度為40 kPa，進(jìn)電脫鹽罐溫度為 140 ℃，電脫鹽注水比例為 4.5%，電流運(yùn)行平穩(wěn)，但是電脫鹽切水明顯變差，水質(zhì)發(fā)黑并有浮油，如圖1所示。

圖1 電脫鹽切水外觀

對電脫鹽運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，破乳劑注入量由8 mg·kg-1提至 10 mg·kg-1，一級混合強(qiáng)度由 35 kPa降至20 kPa，二級混合強(qiáng)度由40 kPa降至25 kPa，進(jìn)電脫鹽罐溫度由140 ℃提至145 ℃，改變注水水質(zhì)情況，由常頂污水注水改為新鮮水注水，通過調(diào)整電脫鹽罐運(yùn)行工況有明顯改善，電脫切水水質(zhì)變好，切水不帶油且透明。

可以看出，摻煉蓬萊原油與單煉蓬萊原油的最大區(qū)別是，摻煉蓬萊原油以后電脫鹽罐電流運(yùn)行平穩(wěn)，在摻煉量穩(wěn)定的前提下，電脫鹽切水透明不帶油，脫后含鹽含水均合格，電脫鹽罐運(yùn)行效果很好。

3 影響電脫鹽效率的因素

3.1 電脫鹽的基本原理

原油中含有水，同時也含有膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等天然乳化劑，原油在開采和運(yùn)輸過程中，由于劇烈運(yùn)動，使水以微滴狀態(tài)分散在原油中，原油中的乳化劑靠吸附作用濃集在油水界面，組成牢固的分子膜，形成穩(wěn)定的乳化液，乳化液的穩(wěn)定程度取決于乳化劑性質(zhì)、濃度、原油本身性質(zhì)、水分散程度、乳化液形成時間長短等因素，機(jī)械強(qiáng)烈的攪動、乳化劑濃度高、原油黏度大、乳化液形成的時間長，將增加乳化液的穩(wěn)定程度。

原油電脫鹽，主要是加入破乳劑，破壞其乳化狀態(tài)，在電場的作用下，使微小水滴聚結(jié)成大水滴。由于原油中大部分鹽類是分解在水中，因此脫水與脫鹽時同時進(jìn)行。

3.2 影響脫鹽效率的因素

從電脫鹽的原理可以看出，原油脫鹽脫水是一個乳化液的破乳化沉降分離過程。通過加熱、加化學(xué)藥劑和高壓電場等措施使乳化液破乳，再經(jīng)沉降分離，因此影響電脫鹽效率的因素主要是破乳劑型號及注入量、脫鹽溫度、原油注入量、油水混合強(qiáng)度、電場強(qiáng)度等。

3.2.1 溫度

溫度是原油脫鹽過程中一個重要操作參數(shù)，提高溫度，使原油黏度降低，減少水滴運(yùn)動阻力，有利于水滴運(yùn)動，溫度升高還使油水界面張力降低，水滴受熱膨脹，使乳化液膜減弱，有利破乳和聚結(jié)，另外溫度升高，增大了布朗運(yùn)動速度，也增加了聚結(jié)力，因此適當(dāng)提高溫度有利于破乳。從電脫鹽的原理斯托克斯定律中看到，溫度還通過影響油水溫度差、原油黏度而影響水滴的沉降速度，從而影響脫鹽率。油水密度差 100 ℃到 130 ℃之間是上升的，到150 ℃開始下降。121 ℃時沉降速度為93 ℃的3.1倍，表明溫度在進(jìn)一步升高，速度的增長開始下降。目前，原油脫前溫度一般控制在120 ℃到140 ℃之間。

3.2.2 破乳劑

破乳劑通過破壞原油乳化液中油與水間的液膜達(dá)到其破乳目的，因此在選擇破乳劑型號時要選擇合適的破乳劑，否則就會影響脫鹽效果。目前筆者公司選用的破乳劑型號是 E27148，注入量控制在10 mg·kg-1，根據(jù)脫鹽效果適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。破乳劑注入點(diǎn)的選擇也是決定電脫鹽運(yùn)行效果之一，目前公司破乳劑主要注入點(diǎn)有兩處，分別是原油進(jìn)裝置處和原油進(jìn)電脫鹽罐前，根據(jù)運(yùn)行效果現(xiàn)注入處為原油進(jìn)裝置處，使原油與破乳劑充分混合破乳。

3.2.3 電場

電場強(qiáng)度是影響電脫鹽效率的一個重要因素，但是電場對于操作過程中是無法進(jìn)行其調(diào)整的，因此在選用電場時就應(yīng)該仔細(xì)核對相對應(yīng)的電場強(qiáng)度。目前公司根據(jù)前期電脫鹽的運(yùn)行情況來看效果欠佳，于第三周期2015年裝置大檢修時將電脫鹽一級升級為高頻電場。高頻電場作用主要是微小水滴在乳液中隨電場作不停的振動。當(dāng)在外力電場的震蕩頻率相等或接近時，就會發(fā)生共振現(xiàn)象。此時水滴的振幅最大，處于最不穩(wěn)定狀態(tài)。其外表面的油水薄膜易被機(jī)械破壞，并與相鄰的水滴發(fā)生聚集，直徑變大。同時，由于水滴振動幅度增大，水滴間間距相對縮小，也使水滴間聚結(jié)力變大，由此提高脫鹽效果。

3.2.4 原油在電場中的停留時間

原油在電場中停留時間影響水滴的聚結(jié)，有關(guān)資料顯示當(dāng)停留時間t＞2 min時，增加停留時間脫鹽效果變化不大；當(dāng)停留時間t＜2 min時，脫鹽效果比較明顯。因此，一般的操作過程中停留時間為2 min左右，對脫鹽效果較好。

3.2.5 注水

原油脫鹽，注入一定的新鮮水與原油混合，可增加水滴的密度使水滴更易聚結(jié)。注水還可以溶解懸浮在原油中的鹽，使之與水脫除，增加水的注入量破壞原油乳化液的穩(wěn)定性，對脫鹽有利。另外注水水質(zhì)對電脫鹽也有一定的影響。注水量一般控制在4%~6%，從脫鹽效果來看這個數(shù)據(jù)較可觀。

除此對水質(zhì)也有一定的要求，注入的水可以是新鮮水，也可以凈化水或洗滌水；注水的pH也至關(guān)重要，pH太高會產(chǎn)生乳化液，不僅影響脫鹽率，還造成脫鹽排水帶油。因此注入水的pH值最好控制在中性。

為提高油水混合強(qiáng)度，目前電脫鹽罐注水點(diǎn)分別是換熱系統(tǒng)后和進(jìn)電脫鹽前，為了能更好地使油水充分混合，注水點(diǎn)先控制在換熱系統(tǒng)后，同時為提高脫鹽脫水，可適當(dāng)提高注水量。

綜合上述原因分析，下次裝置加工蓬萊原油，可以采用摻量的方式來加工，摻煉過程中電脫鹽的運(yùn)行操作基本思路如下：

1）優(yōu)化注劑。注劑包括常用的破乳劑和脫鈣劑，型號符合并優(yōu)良的破乳劑可以降低電脫鹽罐中的乳化厚度，使電脫鹽界位提高，從而減少含鹽污水帶油，提高脫鹽效果；優(yōu)良的脫鈣劑能夠脫除在電脫鹽中的鈣、鎂等重金屬的同時，可以大幅度降低電脫鹽的運(yùn)行電流，對電脫鹽的界位、注水、混合強(qiáng)度提供良好條件。

2）提高進(jìn)電脫鹽罐溫度（不超過150 ℃），降低原油黏度，減少水滴的運(yùn)動阻力，在較高的溫度下有利于破乳和聚結(jié)。

3）改變注水水質(zhì)。穩(wěn)定電脫鹽注水pH為7.5，避免pH值太高而惡化電脫鹽運(yùn)行情況。

4）定期進(jìn)行反沖洗，強(qiáng)化反沖洗效果，避免雜質(zhì)沉積在罐底。

5）提高注水比例。為了更好地溶解原油中的鹽類，提高脫鹽效果，改變注水的注入點(diǎn)，使原油與水充分的混合，有利于脫水脫鹽。

6）適當(dāng)對電脫鹽的乳化層進(jìn)行切除，穩(wěn)定電脫鹽罐電場的正常運(yùn)行，避免因乳化層的增加而影響界位，出現(xiàn)假界位現(xiàn)象，從而確保電脫鹽的正常運(yùn)行。

7）適當(dāng)提高混合強(qiáng)度，以便原油與破乳劑很好的破乳，沉降。

8）聯(lián)系相關(guān)部門加工蓬萊原油時多以摻煉為主，而摻煉量不易控制過高，一般在150～200 t·h-1為宜。

9）裝置摻煉蓬萊原油之前可以先對電脫鹽罐進(jìn)行退乳化油，將電脫鹽罐內(nèi)的乳化油通過退油線把乳化油退至罐區(qū)，以便裝置加工蓬萊原油時提高電脫鹽罐的運(yùn)行效果，提高脫后含鹽，脫后含水，穩(wěn)定電脫罐電流的運(yùn)行。退油過程中控制好電脫鹽罐現(xiàn)場觀樣口，一般不低于現(xiàn)場觀樣口第六根，防止電脫鹽切水帶油。

4 結(jié)束語

為應(yīng)對劣質(zhì)原油的加工，電脫鹽系統(tǒng)的本身工藝流程也可做必要的優(yōu)化調(diào)整，例如電脫鹽罐內(nèi)電場結(jié)構(gòu)的改變、反沖洗位置的改變、注水水質(zhì)的提高或者增加注脫酸劑等，為今后加工劣質(zhì)原油、摻煉劣質(zhì)原油等提供更好的電脫鹽運(yùn)行場所。對于高酸值原油加工過程中可以實行摻煉，嚴(yán)格控制摻煉量，以電脫鹽罐運(yùn)行情況來決定摻煉比例；同時在摻煉劣質(zhì)原油期間要加強(qiáng)關(guān)注各化驗分析數(shù)據(jù)，對異常數(shù)據(jù)及時調(diào)整，及時分析，便于裝置良好運(yùn)行。