潤滑油白土精制裝置存在的問題及技改措施

木合塔爾·買買提，潘從錦，張興明，于宏偉

（中國石油克拉瑪依石化分公司，新疆 克拉瑪依 834000）

潤滑油白土精制裝置是利用活性白土具有良好的選擇性吸附的特點，在較高的溫度下與油品充分混合，吸附油品中膠質、瀝青質等不理想組分，從而改善油品顏色、殘炭、抗氧化安定性、抗腐蝕性、抗乳化性，提高其使用性能。潤滑油白土精制裝置是潤滑油生產過程中提高產品質量的關鍵裝置。中國石油克拉瑪依石化分公司潤滑油白土精制裝置分為兩套，其中Ⅰ套是1987年5月試車成功，設計處理能力為100kt／a；Ⅱ套是1995年9月試車成功，設計處理能力為150kt／a。目前因大量固體顆粒白土的加入，使裝置的處理能力降低、收率降低、濾機濾布使用壽命縮短、消耗較多；設備方面，蒸發塔塔頂真空系統腐蝕嚴重，板框式壓濾機、白土加料器、水環式真空泵、脫氣塔塔底泵等設備故障率高，影響著裝置的平穩安全運行。本文主要對中國石油克拉瑪依石化分公司潤滑油白土精制裝置存在的問題進行分析并提出技術改造的措施。

1 裝置技術特點

1.1 裝置工藝流程

白土精制工藝是將粉狀白土和原料油攪拌混合成懸浮液，經加熱爐加熱到一定溫度，進入蒸發塔中保持一定時間，達到吸附平衡后進行過濾，除去廢白土便得到精制油。主要包括原料油與白土的混合、加熱精制、過濾分離等3個主要工藝過程。工藝原則流程示意見圖1。原料油自上道工序進入潤滑油白土精制裝置原料罐區，由原料泵抽出，進入混合罐，白土由白土儲罐經白土加料器系統按比例加入混合罐內與油品混合，混合罐內白土與油的混合物用爐進料泵抽出，經換熱器與塔底油換熱后，進入加熱爐加熱到工藝要求的溫度后，進入蒸發汽提塔。油品與白土在塔內保持一定的接觸時間，利用抽真空系統產生負壓，蒸發出油品和白土混合物中的水分和輕組分，蒸出的輕組分和水分經塔頂冷卻器冷卻至45℃以下，流至真空分液罐進行油水沉降分離。真空分液罐上部不凝氣用真空泵抽出，維持系統真空度。真空分液罐下面的油和水分流入油水分離罐，利用油品和水的密度差使油和水分分離，脫水后油流入污油罐定期送出裝置。經過汽提后的塔底油用泵抽出，經換熱器與原料換熱，經冷卻器冷卻后，再到一級板式過濾機進行一次過濾，過濾掉油漿中的大部分白土。一次過濾后的油漿進入過渡油罐，由泵抽送至二級過濾機進行二次過濾，過濾掉油中殘留的白土或其它雜質，進入半成品罐，再用泵抽出經冷卻器冷卻至60～70℃后送出裝置。

1.2 工藝技術特點

（1）白土采用負壓吸入方式，即用真空泵產生負壓，將白土從倉庫直接吸入料斗，避免正壓操作造成粉塵飛場，改善加料的工作環境。

圖1 白土精制裝置工藝原則流程示意

（2）為了保證產品的機械雜質含量合格，過濾系統采用兩級過濾。一級過濾使用板框壓濾機，這種過濾機使用濾布過濾，大部分白土在一級過濾時被過濾出來，但還不能將油中的白土含量降到規定的指標，為保證油的質量，還需用濾紙作為過濾介質進行進一步過濾，即二級過濾。

（3）白土加料計量系統采用傳感式稱重加料器，采用PLC可編程程序控制器自動控制，稱重系統選用精密氣動稱量技術，使得加料器計量準確，工作穩定可靠，操作簡便，使用安全。

2 存在的問題

2.1 板框式壓濾機故障率高

過濾系統采用兩級過濾形式，一級為自動板框式壓濾機，二級為手動板框式壓濾機。主要存在的問題是該裝置壓濾機設備均為20世紀70—80年代產品，設備老化、陳舊，濾機配件少、機件密封效果差，導致濾機泄漏率、故障率越來越高。其次，由于裝置濾機設備陳舊、過濾不密閉，正常過濾時漏油，造成地面油污多，液壓站系統、電器控制系統故障多而導致維護工作量大、難度高等問題，不能夠確保裝置長周期安全運行。

2.2 白土加料器老化嚴重

白土加料計量使用時間較長，設備老化，故障率一直居高不下，在使用中存在以下缺陷：①白土加入量與白土原料流量計測得的流量的自動化關聯程度低，需要人工換算，不適合生產發展的需要：②氣缸電磁閥因長周期頻繁工作，容易燒壞：③柔性軟管的白土泄漏量大，加料房白土粉塵較多。

2.3 脫氣塔塔底泵體沖刷腐蝕嚴重

脫氣塔塔底調節閥選型過大，生產中不能進行適時調節，操作裝置需要手動控制閥門開度，不利于安全生產。其次由于調節閥不能有效控制流量，選型過大的油漿泵高速運轉對泵體沖刷腐蝕嚴重，渦殼和葉輪更換周期大大縮短，僅2010年2臺泵共更換渦殼2套、葉輪3套。由于油漿泵磨損，導致出口排量和壓力降低，影響裝置加工能力。

2.4 水環式真空泵泵體易結垢

水環式真空泵的工作液為新鮮水，存在的問題是泵體易結垢，造成泵頻繁發生超負荷跳閘，平均每2個月就需拆泵清垢，增加了生產成本。

2.5 蒸發汽提塔塔頂真空系統腐蝕嚴重

在生產過程中，蒸發汽提塔塔頂真空系統腐蝕極為嚴重（圖1中紅色部分為塔頂真空系統流程），其中蒸發塔塔頂冷卻器的殼體因腐蝕嚴重，于2002年10月更換碳鋼殼體、管束更換為1Cr18Ni9Ti不銹鋼芯子。2003年11月該冷卻器殼體出現腐蝕穿孔，將殼體進行修復后，對內壁進行了鎳磷鍍防腐處理。2004年不銹鋼管束前后出現腐蝕穿孔13次，堵管12根。2006年檢修冷卻器管束時進行了熱固化涂料防腐。真空分液罐在停工檢修期間對其內部進行檢查，發現腐蝕嚴重，腐蝕區域集中在油液流經線上，對真空分液罐內壁底部封頭進行了貼補不銹鋼板的防腐措施。

為了找出腐蝕產生的原因，取油水分離罐冷凝液做水質分析，結果為pH值3.19、氯離子質量濃度155.2mg／L、鐵離子質量濃度120.3mg／L。表明裝置的酸性介質腐蝕十分嚴重，而酸性物質來源于活性白土和上游糠醛精制裝置來的原料。

從白土中的腐蝕介質提取試驗結果來看，白土本身呈酸性，且含有硫酸根、氯離子等雜質，這些物質在白土精制過程中，會由加工處理的油品帶出，并溶于水中，形成低濃度的硫酸、鹽酸的混合水溶液，對裝置造成腐蝕。從腐蝕速率監測及常用材料的耐蝕性能評價來看，僅采取材料升級來解決該部位腐蝕問題的方法是行不通的，要最終徹底解決該部位的嚴重腐蝕問題，應考慮采取工藝防腐措施［1］。

2.6 白土消耗量大，精制油收率低

潤滑油白土補充精制工藝能有效地脫除油品中殘余溶劑及含硫、氮、氧的極性化合物，對提高油品的抗氧化安定性和改善油品顏色起著非常重要的作用，其缺點是白土用量大，精制油損失大，環保問題突出。目前Ⅱ套白土精制裝置的白土加入量為5%，所產生的廢白土中油含量一般在35%～40%。因大量固體顆粒白土的加入，使裝置的處理能力降低、消耗升高、收率降低、濾機過濾布使用壽命縮短、工人勞動強度增加。

3 技術改造措施

3.1 優化流程，停用原料油泵

Ⅱ套糠醛精制裝置以加工20號變壓器油的半成品為主，經過換熱器、冷卻器冷卻到50℃左右，送到半成品罐。Ⅱ套白土精制裝置加工20號變壓器油時，用原料泵抽取10號罐區的半成品油。采用熱聯合的方法，優化工藝流程，停止使用白土裝置18.5kW的原料泵，由Ⅱ套糠醛精制裝置將半成品油直接送入白土精制裝置，達到降低電耗的目的。

3.2 增設原料脫氣塔

白土精制過程中，由于白土在與油品混合過程中攜帶一定量的空氣，在高溫條件下，易造成氧化，影響產品的質量。為了避免這一現象的發生，混合罐出來的油漿進加熱爐前增加一臺脫氣塔及抽脫氣塔泵，使混合液進入加熱爐前脫去白土油中的空氣。

3.3 采取設備與工藝的防腐措施，解決塔頂真空系統的腐蝕問題

3.3.1 設備防腐蝕措施 采取了以下設備防腐蝕措施：①冷卻器管束采用熱固化涂料防腐。但是冷卻器檢修后的安裝過程中若對涂層造成損傷，則會形成“大陰極、小陽極”而加速腐蝕。②對冷卻器殼體內壁采用鎳磷鍍防腐處理，與管束的熱固化涂料防腐效果相當，但是使用1年后檢修發現局部地方開始出現起層剝離現象，而且管束抽裝對殼體內壁的鍍層損傷也嚴重。③對真空分液罐采取貼補不銹鋼復合鋼板防腐蝕措施，在真空分液罐油液進口管下貼補600mm的不銹鋼板，沿縱向中心線彎曲，以使油液引向封頭而不往兩邊漫流。④塔頂管線更換為不銹鋼材質（18－8），塔頂管線伸入塔內100 mm，避免凝液接觸塔壁與管線的焊口而加劇腐蝕。

3.3.2 工藝防腐蝕措施 單靠設備防腐、材質升級難以解決該系統的嚴重腐蝕問題，且費用較高，因此采取了以下工藝防腐措施：①對冷卻器的管程、殼程走向進行調整，循環水改為走殼程，蒸發塔塔頂油氣改為走管程，降低殼體的腐蝕，腐蝕范圍縮小到管束和管箱，避免殼體腐蝕。②檢修期間在蒸發塔塔頂餾出線到冷卻器進口前增加注劑流程，加注點定在蒸發塔頂部，采取隔膜計量泵連續注中和緩蝕劑，并嚴格控制注劑量，使脫水罐凝液的pH值在7左右。

3.4 利用絡合脫氮工藝減少白土用量

為了減少潤滑油白土精制裝置的白土用量，達到節能減排的目的，通過增設液相脫氮工藝過程來降低白土用量，提高精制油收率。

3.4.1 絡合脫氮工藝流程 采用絡合脫氮精制工藝，需對原有白土補充精制裝置進行以下改造：①增加Ⅰ套以電精制沉降為主的絡合脫氮精制設備，主要包括靜態混合反應器組、電精制沉降罐、廢渣油儲罐、脫氮劑儲罐、計量標定罐、脫氮劑計量泵、脫氮劑及廢渣油輸送泵等。②增加1臺加熱器，使原料溫度能夠滿足絡合脫氮工藝的進料要求。

液相絡合脫氮精制工藝流程示意見圖2。原料由糠醛精制裝置或罐區來，經基礎油加熱器（管程）加熱到80～90℃后與脫氮劑混合，經靜態混合器充分混合反應后，進入電精制沉降罐進行電沉降分離。脫氮劑與潤滑油中的非理想組分形成絡合物，在電場的作用下，密度大的絡合物及未充分反應的脫氮劑沉降至電精制罐底，經罐底排至廢渣油儲罐，脫氮精制后的潤滑油由電精制罐頂部排出，經脫氮油過濾罐送至白土精制裝置混合罐進行后繼白土補充精制。廢渣油自電精制沉降罐底經氣動閥多次少量地排入廢渣油儲罐儲存，經脫氮劑及廢渣油輸送泵抽出裝入槽車運至脫氮劑生產廠處理。

圖2 液相絡合脫氮工藝原則流程示意

3.4.2 絡合脫氮工藝應用效果 液相絡合脫氮－白土補充精制組合工藝的白土加入量（w）為2.5%，與單純采用白土精制工藝相比可以減少50%的白土用量，精制油收率提高0.8%～1.2%，不僅具有一定的經濟效益，同時具有很大的環境效益。應用液相絡合脫氮－白土補充精制組合工藝后，裝置生產狀態良好，運行平穩。組合工藝與單純白土精制工藝相比，有以下優點：機泵磨損相對較輕，減少了機泵維修次數；減少了過濾機的過濾負荷及排渣次數，減輕了工人的勞動強度；延長了過濾機濾布的使用壽命，降低了生產成本；減少了白土的輸送量，固體顆粒白土和廢白土對環境的污染降低，保護了環境。

3.5 設備的改造

3.5.1 壓濾機的升級改造 針對壓濾機存在的問題，結合生產實際，經過多次考察和論證，決定一級過濾選用XAZ120／1000－3DFFBT型全自動板框式壓濾機，二級過濾選用 BAYZ70／870－FF－1型全自動板框式壓濾機。該新型板框式自動保壓型壓濾機，使壓濾機濾板夾緊、松開、取板、拉板、過濾、保壓等均采用自動程序完成，降低了操作的危險和勞動強度，保證了設備的運行安全。更換電氣控制系統，該系統的主要元件選用進口歐姆龍PLC機，電器元件選用施耐德產品。配置人機界面終端（HMI），適時監控設備的運行狀態［2］。更換液壓控制系統，壓濾機液壓系統的主要控制元件選用意大利ATOS公司的產品，該液壓元件密封性能好，不漏油，動作靈敏可靠，使用壽命長。

3.5.2 解決水環式真空泵泵體易結垢問題 用軟化水替代新鮮水作工作液，防止水垢。將原水環式真空泵使用的工作新鮮水改為軟化水，更換了水環式真空泵的工作介質、降低水的硬度，以降低發生結垢的幾率。用軟化水作為工作液后，提高了工作效率，改善了泵內的工作環境，避免了真空泵結垢現象的發生，保證了機組的安全經濟運行。

3.5.3 脫氣塔塔底泵增加變頻器 脫氣塔塔底泵加裝變頻器，調節泵的出口壓力和流量，從而達到降低用電量的目的。投用后，機泵葉輪和蝸殼的使用壽命由6個月提高到3年以上，大大降低了白土油漿泵的維修費用，減少了裝置的危險作業次數。

3.5.4 更換白土加料器 針對白土加料器使用中存在的缺陷，2012年將加料器更換為沖擊式固體流量計。它是一種可用于在線連續測量自由落下的粉粒狀介質的固體流量計，較好地實現了白土下料中的連續、均勻以及精確計量控制。

3.6 技術改造后的經濟效益估算

（1）停止使用Ⅱ套白土精制裝置18.5kW的原料泵后，每年節電157.62MW·h，相當于每年節約6.5萬元。

（2）更換板框式壓濾機后，故障率大幅降低，故障維修頻次由改造前的102次／a降到5次／a，濾機配件更換和人工維修成本節約70萬元／a，挽回濾機停機導致的效益損失為108萬元／a。濾機改造后的總經濟效益為178萬元／a。

（3）水環式真空泵用新鮮水和軟化水作為工作液時，能耗費用相當。但是用軟化水作為工作液后，提高了工作效率，減少了維修費用。

（4）液相絡合脫氮－白土補充精制組合工藝可節省50% 的白土用量，油品綜合收率可提高1百分點以上，產品平均價格按8000元／t計算，則提高油品收率帶來的收益可高達1200萬元／a。該組合工藝不僅可創造顯著的經濟效益，還可節省含油廢白土的環保排污費用。

技術改造后的總經濟效益為1384.5萬元／a。

4 目前存在的問題及解決方案

4.1 真空系統的腐蝕問題及解決方案

（1）塔頂真空系統防腐蝕措施中，因為存在氯離子腐蝕環境，采用1Cr18Ni9Ti材質作冷卻器管束不能徹底解決腐蝕問題，應采用2205雙向不銹鋼制作管束和容器內襯。

（2）冷卻器的管程、殼程走向調整后，換熱器的管箱短接也曾經出現腐蝕情況，因此建議管箱材質升級為不銹鋼，減少腐蝕。

（3）為了更好地控制脫水罐的pH值，建議在脫水罐安裝pH值在線監測系統，根據監測結果調整緩蝕劑加注量。

4.2 白土倒裝過程存在的問題及解決方案

目前，白土倒裝過程是采取人工卸車、人工拆袋、人工加料的方式向白土儲罐裝料，輸送方式為真空吸入。倒裝過程中存在白土袋破損白土漏出、倒白土時敞開散倒、白土粉塵到處飄的問題。長期沿用此種裝料方式，人員近距離接觸白土，影響到裝料人員的身體健康，也會對周圍環境造成不良影響，工作現場環境污染嚴重，不適應當前的清潔生產。建議對裝置的白土運輸由袋裝改為罐裝，用工業風將罐裝車上的白土壓到裝置內的白土儲罐，以防止白土粉塵污染。

5 結束語

采用熱聯合的方法，優化了工藝流程；利用絡合脫氮工藝，減少白土用量，提高了精制油收率；對壓濾機的升級改造，保證了設備運行的可靠性；用軟化水替代新鮮水作工作液，解決了水環式真空泵泵體易結垢問題；脫氣塔塔底泵增加變頻器，解決了泵體沖刷腐蝕問題。通過這些工藝優化和設備改造措施，提高了潤滑油白土精制裝置運行的技術水平，取得了較大的經濟效益和社會效益。但是在裝置的長周期運行方面還存在一些問題，如蒸發塔塔頂真空系統的腐蝕問題和白土倒裝過程的環境污染問題等。

［1］孔朝輝，越立新，翟金山，等.白土裝置蒸發汽提塔頂冷凝系統的防腐蝕研究［J］.全面腐蝕控制，2005，19（5）：27－32

［2］張德康，秦榮斌.白土裝置濾機控制系統升級改造及故障處理分析［J］.煉化科技，2011（3）：39－41