含油冷凝水除油除鐵系統及其改造

陶衛君

(中國石油克拉瑪依石化公司， 834003)

含油冷凝水除油除鐵系統及其改造

陶衛君

(中國石油克拉瑪依石化公司， 834003)

介紹了某石化公司含油冷凝水除油除鐵裝置及運行中存在的主要問題，分析了裝置除油除鐵效果不佳的主要原因。根據裝置運行中存在的問題，提出對設備進行改造，增設前置快分離過濾器，更換現有除油除鐵設備組件，調整系統運行方式，以改善裝置除油除鐵效果。

含油冷凝水 除油 除鐵 系統改造

某石化公司含油冷凝水除油除鐵裝置設計處理能力為100 t/h，于2009年9月投產，主要回收煉油裝置的含油冷凝水。

含油冷凝水經換熱后進入含油冷凝水原水罐，由除油水泵送入除油除鐵裝置，除完油后進入含油冷凝水凈水罐。由于除油除鐵之后的冷凝水的含油量和含鐵量等各項指標達不到中壓鍋爐水水質標準，不能直接直接進入除氧器向中壓鍋爐水供水，只能作為軟化水降級使用，用作空冷設備、加氫裝置和0.3 MPa低壓鍋爐用水。文章通過分析該裝置運行中存在的問題原因，提出設備改造方案，以改善裝置運行狀況。

1 含油冷凝水除油除鐵系統

改造前工藝流程見圖1。含油冷凝水除油除鐵系統采用活性分子膜超微過濾和多官能團纖維吸附的組合工藝去除蒸汽凝結水中的油類及高價金屬離子。裝置主要由在線甄別系統、超微過濾器、纖維吸附罐及自動反洗再生系統等組成。

圖1 裝置改造前工藝流程

1.1 在線甄別系統

含油冷凝水經在線甄別系統檢測，未達到除油除鐵裝置進水要求的含油冷凝水排入含油污水池;達到進水要求的含油冷凝水進入1#、2#含油冷凝水原水罐，經除油水泵依次進入1#和2#超微過濾器、1#和2#纖維吸附罐進行過濾和吸附。經過處理的凈化水經在線甄別系統檢測，合格凈化水進入3#含油冷凝水凈水罐，不合格水返回1#、2#含油冷凝水原水罐重新除油。在線甄別系統含油冷凝水進水及除油除鐵處理后出水質量控制標準見表1。

表1 冷凝水處理系統進、出水質量控制標準

1.2 超微過濾器

超微過濾器采用耐高溫鍍膜陶瓷過濾元件，化學藥劑在過濾管表面及微孔內形成多層固化的活性分子膜。通過過濾和吸附作用，可去除機械分散態油和部分乳化油、鐵離子等高價金屬離子［1］，使水中油含量降低至5～6 mg/L，鐵含量降至150 μg/L，為后續纖維吸附罐內的復合碳纖維創造工作條件，延長碳纖維官能團的壽命［2］。

1.3 纖維吸附罐

纖維吸附罐屬精密過濾裝置，添加了大量相關官能團的復合吸附纖維氈細孔密集，比表面積大，吸附能力強［1］。在復合吸附纖維氈加工過程中，可根據不同凝結水水質情況，選擇不同的活化物質，加入相應的官能團，從而進行不同的活化處理。處理加工后的碳纖維具有選擇性吸附功能，對凝結水中油類等有機污染物進行有效吸附，使出水含油量不大于1 mg/L，總鐵含量不大于 50 μg/L。

1.4 自動反洗再生系統

超微過濾器和纖維吸附罐采用自動反洗再生，根據污染物累積量自動進行再生操作，一般每隔24 h自動反洗一次。用壓力0.4～0.6 MPa、溫度160～260℃的蒸汽對超微過濾器和纖維吸附罐進行反向清洗，使分子膜和復合纖維氈脫除附著的油污和雜質，活性分子和官能團得以再生。

2 冷凝水除油除鐵系統存在的問題

含油冷凝水除油除鐵裝置開工至今一直存在一些問題，經過多次維護、處理效果仍不理想。

2.1 水質問題

(1)含油冷凝水經過除油除鐵后，凈水各項水質指標均達不到凈水出水水質指標要求。2010年1月份除油除鐵裝置試運期間，對除油除鐵后的凈水進行了現場分析，結果表明含油量0.2 ～3.7 mg/L，含鐵量50 ～220 μg/L，電導率為7 ～15 μs/cm，硬度2.0 ～6.0 μmol/L，除油、除鐵效果不理想，電導率、硬度等指標也不達標。

(2)超微過濾器和纖維吸附罐設備用蒸汽進行約1 h反沖洗再生后，凈水分析儀表顯示值凈水含油量提高到1～2 μg/g，反沖洗期間凈水水質不合格，影響了水罐水質。在反沖洗結束后對凈水取樣分析，發現凈水中含有許多黑色塊狀雜質，最大直徑達到0.7 cm，凈水濁度達到2.7 FTU(正常運行時，濁度一般小于1 FTU)。

2.2 設備問題

(1)超微過濾器運行壓差大，流量60 t/h左右，罐體壓力接近0.4 MPa;封頭常漏水(水壓試驗0.7 MPa)。

(2)超微過濾器和纖維吸附罐的蒸汽進口氣動閥內漏嚴重，1#纖維吸附罐進口氣動閥更換了2次，內漏問題仍未解決，給裝置運行埋下了安全隱患。

(3)超微過濾器進水流量控制閥反應太滯后，閥門開度與流量呈非線性關系，流量控制難度大。

(4)在線甄別系統儀表測量準確度低，在線儀表顯示值與實際人工取樣測量值之間存在誤差;纖維吸附罐出口凈水水中油分析儀表精度為1 μg/g，達不到 0.1 μg/g 精度要求，而且這種儀表在維護清洗時，水在表盤上溢流，很容易造成儀表內部電路板燒毀，損壞儀表。

3 冷凝水除油除鐵系統失效原因分析

3.1 原水污染超微濾元

從各裝置冷凝水質量監測數據來看，正常運行時水中油含量一般在1.2～15.6 mg/L。當用汽設備發生油泄漏時，冷凝水含油量會急劇上升，通過對冷凝水取樣分析，最大含油量達100 mg/L。煉油各裝置蒸汽冷凝水所含雜質見表2。

表2 含油冷凝水所含雜質及其來源

在含油冷凝水除油除鐵裝置開工初期，原水罐殘留污油對超微過濾器分子膜和纖維吸附罐吸附組件造成污染，雖經過清理，實際濾元內污染現象仍未得到根本杜絕，且原水中的非烴類污染物(膠體)繼續累積，造成超微濾元嚴重污染，非烴類污染物(膠體)吸附在超微濾元外壁，形成“門簾”，導致活性分子膜無法正常工作甚至失效。

3.2 過濾法除乳化油效果不理想

凝結水中的油有游離態油、機械分散態油、乳化態油和溶解態油等4種形態，其中乳化態油和溶解態油是主要存在形態。凝結水中的油經過機械運動，大部分因發生離散、碎解而在水中呈乳化狀態(油粒粒徑在 0.1 ～0.5 μm 之間)［3］。加之凝結水溫較高，油粒在水體中的布朗運動增強，在水體中的溶解性提高，溶解油以分子狀態存在于水體。目前石化企業冷凝水除油使用的方法包括過濾法、復合膜阻截除油法、樹脂除油法、表面過濾加精密過濾法等，基本上不是阻截法就是過濾法。從機理上講，阻截、過濾法只能有效處理游離態油、機械分散油，處理乳化油分子和溶解油分子十分困難。

3.3 過濾法除鐵效果不理想

要除掉冷凝水中粒徑比水分子還小的Fe2+和Fe3+，阻截膜或過濾膜的孔徑必須非常細微。高溫燒結的陶瓷濾料利用多孔和粗糙的表面密集層結構，將鐵離子和細小懸浮物過濾吸附。通過濾料的粒度控制出水鐵離子含量［4］。但由于Fe3+為膠狀，它會附著在過濾膜的表面，堵塞濾料的孔道，污染濾料，濾膜運行一段時間后其過濾吸附能力會降低［5］。另外，由于冷凝水的溫度比較高，濾料會有雜質溶出，出水硬度增大，對冷凝水形成二次污染［6］。

4 含油冷凝水除油除鐵系統改造及效果

根據冷凝水除油除鐵裝置運行中存在的實際問題，決定對現有裝置流程進行改造，使裝置出水水質指標達到設計標準。

4.1 增設前置快分離過濾器

根據冷凝水除油除鐵系統實際運行情況及水質分析，在原流程中超微過濾裝置前增設前置快分離過濾器。前置快分離過濾裝置濾元采用活性炭纖維球為過濾和吸附的基料，運用北京中能環科公司的專有技術，在反復活化、炭化的同時，添加大量官能團，使之有效阻截、吸附大量非烴類、烴類、膠體及其他雜質，保障后續設備運行條件，使出水指標達到設計標準。改造后工藝流程見圖2。

圖2 改造后工藝流程

經在線甄別系統檢測，符合進水要求的冷凝水直接進入原水箱，經泵提升后進入前置快分離過濾器，去除水中大量非烴類、烴類、膠體及其他雜質。出水依次經過超微過濾器和纖維吸附罐除去冷凝水中大部分的烴類及金屬離子。處理后的冷凝水需再次經過在線甄別系統檢測，合格冷凝水進入3#含油冷凝水凈水罐。一旦出現水質超標，則凝結水通過自控系統返回1#、2#含油冷凝水原水罐重新處理。

4.2 更換現有除油除鐵設備組件

(1)更換現有的2臺超微過濾器組件，并重新進行預膜處理;更換現有的2臺纖維吸附罐組件，以解決活性分子膜超微過濾器在污堵后工作狀態不佳，無法保持較高活性，吸附效果下降，甚至無法吸附雜質等問題，同時解決碳纖維吸附裝置出水有黑色雜質的問題。

(2)更換存在泄漏問題的4臺氣動閥，新供閥門改換了密封形式，以適應現場存在較大溫差工況。更換流量調節閥，以滿足實際流量變化的要求，提高反應速度。

(3)更換在線甄別系統檢測儀表，儀表測量準確度和精度符合技術協議要求，尤其是水中油檢測儀表精度達到0.1 μg/g。

4.3 調整系統運行方式

鑒于原水罐殘留污油對超微過濾器分子膜和纖維吸附罐吸附組件造成污染，對冷凝水除油除鐵裝置運行方式加以調整。

(1)含油冷凝水進入1#冷凝水原水罐，蓄滿7 m左右溢流10 min以上，充分溢流掉冷凝水中的游離態油和機械分散態油。

(2)含油冷凝水停止進入1#冷凝水原水罐，改入2#冷凝水原水罐。

(3)啟動除油裝置，抽1#冷凝水罐冷凝水運行，合格凈水進3#冷凝水凈水罐外供，不合格凈水返回1#原水罐。

(4)1#冷凝水罐抽到1.5 m左右時，若2#冷凝水罐已蓄滿7 m左右并溢流10 min以上，可切換到2#冷凝水罐;若2#冷凝水罐未蓄滿，可直接把無油冷凝水切換到1#冷凝水罐，關閉3#冷凝水罐閥，進入1#冷凝水罐循環運行，直到2#冷凝水罐已蓄滿7 m左右并溢流10 min以上，再切換到2#冷凝水罐。

4.4 改造后運行效果

通過在除油除鐵裝置流程中增設前置快分離過濾器，有效阻截、吸附含油冷凝水中的大顆粒非烴類、烴類、膠體及其他雜質，改善了后續超微過濾器和纖維吸附罐等設備的運行條件。更換超微過濾器和纖維吸附罐組件后，提高了超微過濾器和纖維吸附罐分子膜和官能團的活性。除油除鐵裝置及其運行方式經過改造和調整，出水水質有了明顯改善，基本達到了裝置出水水質設計指標。裝置改造前后水質情況對比見表3。

表3 除油除鐵裝置改造前后水樣分析結果

5 結論

(1)含油冷凝水除油除鐵裝置出水水質指標達不到設計標準，主要原因是含油冷凝原水中的大顆粒油滴污染了超微過濾器和纖維吸附罐的分子膜，使其喪失了過濾和吸附的功能，另外過濾法除乳化油、溶解油和Fe3+的效果也不理想。

(2)通過對冷凝水除油除鐵裝置增設前置快分離過濾器、更換超微過濾器和纖維吸附罐組件等流程和工藝設備的改造，以及調整系統運行方式，除油除鐵效果得到了明顯改善。

(3)目前裝置改造之后運行時間不長，裝置能否長周期運行還有待考驗。值得注意的是裝置出水軟化處理效果不理想，如何控制陶瓷濾料在高溫冷凝水中溶出，避免冷凝水受到二次污染是應該進一步研究的問題。

［1］ 周麗莉，鄭黎，呂國輝，等．高溫凝結水精處理技術的應用實踐［J］．工業鍋爐，2011(4):25－27．

［2］ 高登山．冷凝水回收處理技術［J］．河南化工，2008，25，(11):27－30．

［3］ 冷樹成．凝結水的凈化技術［J］．工業水處理，2010，30(3):64－67．

［4］ 徐佳，張宇舟．蒸汽冷凝水回收中的除鐵技術［J］．工業鍋爐，2008(6):40－41．

［5］ 高如龍，肖建國，郭建國．蒸汽冷凝水的兩種除鐵工藝的比較［J］．工業水處理，2002，22(8):41 －43．

［6］ 王勝利，劉繼勇，張宇舟．蒸汽冷凝水回用過濾技術探討［J］．工業水處理，2007，27(9):75 －77．

Oil and Iron Removal System of Oil－condensate Water and its Improvement

Tao Weijun
(PetroChina Karamay Petrochemical Company，834003)

The oil and iron removal device of oil－condensate water in a petrochemical company and main problems in operation of the device was introduced．The main causes of poor oil and iron removal effect were analyzed．Based on the actual problems in oil and iron removal device of condensate water，device process transformation scheme was proposed to add a lead fast separation filter，replace the existing oil and iron removal equipment assembly，and adjust system operation mode to improve the operation effect．

oil－ condensate water，oil removal，iron removal，system reconstruction

1674－1099 (2012)04－0045－05

TE09

A

2012-06-25。

陶衛君，男，1980出生，2010年畢業于華北電力大學技術經濟及管理專業，碩士，助理工程師，現從事設備管理工作。