電脫鹽切水換熱器結垢技術改進

蔡幫偉，侯利國，楊 威，楊洪凱，邊緒亮

（中海油惠州石化有限公司公司煉油一部，廣東惠州516086）

電脫鹽裝置是原油蒸餾的首道處理工序，其原理是通過在原油中注水、破乳劑，將原油中的鹽得以溶解同時破壞原油中乳化水的穩定性，利用油水密度差作用，使其在電場中分離［1］。電脫鹽脫水后至污水處理廠通過生化處理、深度處理合格后外排，當出現電脫鹽切水發黑帶油情況需通過膜傳質處理將油與油泥分離，剩下污水通過處理后外排。電脫鹽產生黑水將大大提高處理成本。

1 改造背景

某公司常減壓蒸餾設計加工量1 200×104t/a，操作彈性設計為60%～110%，裝置采用3 級電脫鹽工藝流程。常減壓裝置所加工原油摻煉劣質原油，其中含部分老化油［2］，造成電脫鹽系統紊亂、電脫鹽罐乳化嚴重、排水頻繁發黑［3］。排水頻繁發黑主要產生問題：（1）常減壓裝置電脫鹽外排含鹽污水系列換熱器結垢嚴重，該系列共有7 臺換熱器，2017 年共清洗換熱器43 臺，頻繁清洗換熱器給裝置的安全平穩運行產生極大影響；（2）產生大量黑水給污水處理場造成較大處理負擔及成本壓力。

2 換熱器結垢原因分析

2.1 蓬萊19-3老化原油性質分析

該公司常減壓裝置設計加工100%蓬萊原油，近幾年原油輕質化，蓬萊原油比例降至25%～50%，蓬萊原油仍是主力加工原油。蓬萊原油中含部分老化油，由于老化油性質較差易造成原油乳化嚴重導致排水發黑，針對加工蓬萊原油期間裝置電脫鹽罐排水頻繁發黑情況，裝置外委分析蓬萊老化油，具體性質見表1。

經分析，老化原油20 ℃密度為0.957 5 g/cm3，屬于重質原油；含水量為47.5%左右，鹽含量高達1 013.7 mg/L，同時老化油中的金屬含量遠高于正常原油。過高的金屬含量導致其沉淀物含量高達1.88%，灰分含量高達1.43%。未經處理的老化油中P 含量為80.2 mg/L，Ni含量為34.6 mg/L，Al含量為537 mg/L。老化油中的膠質、瀝青質以及S、N和金屬化合物等成為天然乳化劑的存在，有利于在油水界面形成穩定的界面膜；另外，老化油的酸值高達4.6 mgKOH/g，有機酸同含金屬的微小顆粒（如、硫化亞鐵、硫酸鈣等）產生很強的化學作用，將固體顆粒物分散在油水界面，形成強度更高的界面膜，單純靠重力自然沉降分離不可能實現［4］。

綜上所述，蓬萊老化油密度、粘度、瀝青膠質含量高，還含有Fe、Na、Ca、Mg 等金屬元素，這些成分是引起老化油高含水、脫水難的主要因素。

表1 蓬萊19-3老化原油一般性質

2.2 蓬萊19-3老化原油性質分析

在電脫鹽排水發黑情況下，采集黑水樣進行外委分析，發現電脫鹽排水中含有大量的污油。將電脫鹽排水水樣，加熱升溫，油水分層后，對水質進行分析。排水中的電導率、懸浮物、Ca2+、水中含油及總有機碳含量都非常高，分析結果見表2。

表2 電脫鹽排水（黑水）分析結果

2.3 排水換熱器結垢原因

（1）加工原油性質較差，雜質及瀝青質、膠質含量及水含量高，且水以高度乳化形式存在［5］，造成加工含老化油的蓬萊原油期間電脫鹽破乳困難，排水頻繁發黑，水質以1級電脫鹽切水最差。

（2）因電脫鹽破乳效果不好，導致電脫鹽切水帶油，大量污油進入換熱器，污油附著換熱器管束內表面形成油垢。同時在20%的無機鹽中，堿式硫酸鐵（Fe（OH）SO4）是1 種水處理絮凝劑，能將固體顆粒物包裹形成絮凝狀態，在管束內粗糙表面沉積，形成垢物。換熱器結垢樣品分析見表3。

表3 換熱器垢樣分析

3 解決方案對比

針對以上2種主要造成換熱器頻繁結垢原因，裝置經過多方篩選，可行方案有3 種。（1）優化原油質量。但上游開采原油難度大，老化油不可避免，研究老化油加工方案是長期過程；（2）增加助劑，緩解換熱器結垢。對于助劑篩選需要做大量研究實驗，且助劑加注需要高額成本；（3）流程上做簡易改動緩解換熱器結垢。

原油先經過1 級電脫鹽罐然后至2 級、3 級脫鹽罐，故1級電脫鹽罐切水水質最差，2級切水水質較好。經過討論，決定將2 種水質分開，分別換熱出裝置，減少換熱器污染。故決定實施第3 種方案，該方案成本最低，見效最快。

4 工藝流程變更前后對比

改造前，電脫鹽1 級、2 級切水至換熱器E01～E07 等7 臺換熱器，冷卻后至污水處理廠。當電脫鹽切水發黑時，1 級、2 級切水同時進入事故罐，但是實際情況表現為1級切水發黑，2級切水正常，受流程限制將導致大量污水進入事故罐，同時經過流動過程介質的混合造成油與水過度乳化，難以分成，需要至膜傳質單元進行處理。

改造后，將切水流程由串聯改為并聯。將水質較差的1 級切水通過E-03、E-04 換熱后至污水處理廠，并增加1 路至事故罐流程。水質較好的1級切水通過E-01、E-02、E-05、E-06、E-07 換熱后與1級切水合并至污水處理廠，避免該流程換熱器受污染。1 級切水增加單獨至事故罐流程，保證2級切水正常至污水處理廠調節罐，避免事故罐超負荷，同時降低污水處理費用。改造前的工藝流程見圖1，改造后工藝流程見圖2。

圖1 改造前工藝流程

圖1 改造后工藝流程

5 實際應用效果與效益

5.1 實際應用效果

（1）該流程于2018年1月投用，下半年清洗含鹽污水換熱器3 臺，2019 年4 月18 日開工后至9 月20 日含鹽污水換熱器只清洗1 臺（E503A），同時出裝置混合溫度控制在≤45 ℃，較2017 年清洗43 臺明顯下降。按目前控制可以實現含鹽污水換熱器清洗臺數控制在8臺以內，較2017年下降81.4%。

（2）以2018 年電脫鹽排水發黑35 次計算，利用該改造流程將電脫鹽1 級切水單獨走事故罐流程，B 罐切水走調節罐流程可降低黑水量12 250 t（以每次排黑水過程5 h，B罐切水以70 t/h計算）。

5.2 經濟效益

（1）減少換熱器清洗35 臺/a，按照檢修費用2×104元/臺計算，可節約檢修費用70×104元；

（2）減少污水產生12 250 t/a，正常污水處理費用26 元/t，黑水處理費用700 元/t（沉降后），每t 黑水大約有40%水可以脫除至正常調節罐，污水處理費用節約：（700-26）×12 250=482.6×104/a，總經濟效益：70+482.6=552.6×104元/a。

6 結論

電脫鹽排水換熱流程的變更可以降低黑水產量12 250 t/a。通過電脫鹽排水換熱器流程的變更可節約施工費及污水處理費用總計622×104元/a。換熱器檢修頻次降低可以減少設備檢修造成的安全風險，同時降低員工勞動強度。