蠟油加氫注水管道過濾器堵塞原因分析

鄭偉華，周靈杰，吳美玲，趙克品

[中石化（天津）石油化工有限公司研究院 天津 300271]

1 問題的產生

蠟油加氫裝置的工作內容是將從常減壓裝置來的減壓蠟油和從焦化裝置來的焦化蠟油在催化劑作用下進行烯烴飽和、芳烴加氫飽和、加氫脫硫、加氫脫氮、加氫脫氧和加氫脫金屬等反應的裝置。反應產物經熱高壓分離器分離出的氣相冷卻至50 ℃左右后進入冷高壓分離器進行氣、油、水三相分離。為防止熱高分氣中的NH3和H2S在低溫下生成銨鹽結晶析出堵塞空冷器，在反應產物進入空冷器前進行注水，洗除其中的NH3和H2S，正常情況下，注水采用除鹽水、汽提凈化水等比例進水，水量為12 t/h左右，注水流程示意圖如圖1 所示。

圖1 蠟油加氫注水流程圖Fig.1 Flow sheet of wax oil hydrogenation water injection

裝置大修重新開車后，蠟油加氫裝置注水泵前管道過濾器出現了周期性堵塞問題。將管道過濾器拆開清洗時，發現過濾器上覆有一層黏滑的稠泥狀物質，如圖2 所示，注水緩沖罐的罐壁上亦有相同的黏稠物質，清洗后恢復正常，注水20 d左右再次發生管道過濾器堵塞。為維持裝置正常運行，被迫將蠟油加氫注水由原來等比例的除鹽水與汽提凈化水切換為100%的除鹽水。切水后，注水管道過濾器未再出現堵塞現象，但全部采用除鹽水成本較高，也影響煉油的噸油取水指標，故急需對蠟油加氫注水管道過濾器堵塞原因進行分析，以尋求解決方案。

圖2 注水管道過濾器堵塞物Fig.2 Blockage of water injection pipeline filter

2 試驗方法

2.1 堵塞物灼燒測試

主要測試過程：將陶瓷坩堝在烘箱中120 ℃烘干至恒重后，在干燥器中冷卻至室溫，向坩堝中加入一定質量的樣品，置于烘箱中，逐步升溫至120 ℃，保持2 h，移至馬弗爐中，以10 ℃/min的升溫速率升至550 ℃，保持5 h，自然降溫至100 ℃左右，取出置干燥器中冷卻至室溫，稱重，計算失重率。

2.2 水樣各指標測試方法

①溫度、pH、溶解氧測試：HQ40d 型哈希便攜式多功能水質分析儀。②COD測試方法：重鉻酸鉀法［1-2］。③TN 測試方法：堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法［3］。④水樣硬度測試方法：EDTA 滴定法。⑤懸浮物測試方法：重量法。⑥細菌數測試方法：平板計數法。

3 結果與討論

3.1 堵塞原因分析

3.1.1 堵塞物分析

從圖2 可以看出，過濾器堵塞物為一些黏滑的稠泥狀物質，且容易從過濾器上取下，而鹽垢非常堅硬、難以剝離。因此，從堵塞物的外觀和性狀分析，排除堵塞物為鹽垢。

按照2.1 堵塞物灼燒測試對其進行高溫灼燒測試，結果如表1 所示。

表1 堵塞物高溫灼燒測試結果Tab.1 High temperature burning test results of blockages

由表1 可知，堵塞物經高溫灼燒后幾乎完全失重，推測過濾器堵塞物為有機質，不存在泥沙、黏土和管路腐蝕物。如要確定堵塞物的類型，則需要對水樣做進一步分析。

3.1.2 水樣水質分析

輸水過程形成的堵塞物主要有鹽垢、污垢和黏垢3 類［4］。鹽垢可以通過測試水樣的總硬度來判斷［5］；污垢是水中的懸浮物等不溶雜質形成的沉積物［6-7］；黏垢是由微生物及其代謝產物和一些其他雜質夾雜在一起而形成的凝膠狀、黏泥狀物質［8-9］，微生物生長需要的碳、氮等營養物質。因此，可以通過測定水樣的COD、TN、細菌數來判斷堵塞物是否為黏垢。為此，需要對蠟油加氫注水緩沖罐前除鹽水與汽提凈化水的硬度、懸浮物、COD、TN等水質指標進行分析，以判斷堵塞物的種類，測試結果如表2 所示。

加快水利改革發展是中央作出的重大戰略決策部署。各級財政部門要始終將支持水利改革發展擺在財政支農工作的重要位置，不斷加大投入，全面落實政策，推動水利事業發展再上新臺階。

表2 除鹽水與汽提凈化水水質分析結果Tab.2 Analysis results of desalinated water and stripping purified water

由表2 可知，水樣硬度均為零，說明水中沒有不溶性鈣鹽和鎂鹽，不會形成沉淀，排除堵塞物為鹽垢；水樣中懸浮固體含量幾乎為零，排除堵塞物為污垢；當水中COD大于10 mg/L時，容易形成黏垢。結合堵塞物外觀性狀、高溫灼燒完全失重、除鹽水中含有大量細菌等特征，綜合推斷堵塞物為微生物大量繁殖形成的黏垢。

3.2 微生物大量繁殖原因分析

確定了過濾器堵塞原因后，需要選取有代表性的取樣點對影響微生物生長繁殖的水質指標進行取樣分析，包括溫度、pH、營養物質（COD、TN）、溶解氧、細菌數等，以驗證以上推斷。

3.2.1 采樣點的確定

除鹽水和汽提凈化水由產水裝置出口到蠟油加氫注水緩沖罐之間有一段管道運輸過程，為了選取具有代表性的采樣點，分別對產水裝置出口的除鹽水產水、汽提凈化水產水，對注水緩沖罐前的除鹽水注水、汽提凈化水注水，對緩沖罐后過濾器前的罐后注水進行取樣分析，水質測試結果如表3 所示。

表3 蠟油加氫不同采樣點水樣水質分析結果Tab.3 Water quality analysis results of different sampling points for wax oil hydrogenation

由表3 可知，除鹽水產水和除鹽水注水的水質指標相當，因此，只需選取除鹽水注水作為除鹽水水路的采樣點。汽提凈化水是由酸性污水通過高溫汽提得到的，所以產水溫度較高，經管道運輸后，汽提凈化水罐前注水溫度降為36.5 ℃，同時，隨著溫度的降低，其中的溶解氧含量增加，這2 個指標的變化均有利于微生物的生長，且汽提凈化水注水水質會直接影響到罐后注水水質指標的變化。因此，選擇汽提凈化水注水作為汽提凈化水水路的采樣點。最終選取3 個采樣點，即除鹽水注水、汽提凈化水注水、罐后注水。

3.2.2 水樣測試及微生物繁殖影響因素分析

蠟油加氫注水由100%除鹽水切換回等比例的除鹽水、汽提凈化水，裝置運行22 d后，注水泵后壓力表由0.20 MPa降為0.18 MPa，將管道過濾器拆開，發現發生堵塞。在此期間，對選取的3 個采樣點水樣的溫度、pH、溶解氧、COD、TN、細菌數等指標進行取樣分析，分析結果如圖3 ~ 8 所示。

圖3 各采樣點水樣中細菌數隨時間的變化情況Fig.3 Variation of number of bacteria with time at each sampling point

①細菌數量變化情況分析

由圖3 可知：經高溫汽提后，汽提凈化水注水中細菌數較少；除鹽水注水中細菌數隨時間逐漸增加；緩沖罐后注水中細菌數隨時間增加得較快。

細菌在混合注水后的緩沖罐中大量生長繁殖，導致罐后注水點中細菌數增多。在過濾器將近堵塞時，罐后注水點的細菌數急速增高，可能是由于過濾器接近堵塞時水流速度降低，致使細菌及菌膠團聚集造成的。

②溫度變化情況分析

大多數微生物生長繁殖的適宜溫度為20～40 ℃，超出該溫度范圍時，其生長就會受到抑制［10-11］。由圖4 可知：除鹽水注水溫度范圍為28～34 ℃；汽提凈化水注水溫度范圍為32～41 ℃；罐后注水點溫度范圍為29～36 ℃。各股水的溫度都很適于微生物的生長，為微生物生長繁殖提供了良好的溫度條件。

圖4 各采樣點水樣溫度隨時間的變化情況Fig.4 Variation of water sample temperature with time at each sampling point

③溶解氧變化情況分析

由圖5可知：除鹽水注水溶解氧范圍為6.5～7.0 mg/L；汽提凈化水注水的溶解氧范圍為0.8～1.6 mg/L；罐后注水的溶解氧范圍為1.2～2.2 mg/L，且該水樣中含有大量微小氣泡。雖然罐后注水是等比例的除鹽水注水、汽提凈化水注水，但其溶解氧濃度并不等于除鹽水、汽提凈化水的平均值，而是明顯低于其平均值。一方面，可能是由于兩股水混合過程中溶解氧以大量微小氣泡的形式逸出；另一方面，微生物生長繁殖過程也消耗一定量的溶解氧，導致混合后的注水溶解氧偏低。

圖5 各采樣點水樣溶解氧隨時間的變化情況Fig.5 Variation of dissolved oxygen with time at each sampling point

不同微生物對溶解氧的需求不同：好氧微生物需要充足的溶解氧，一般不低于2 mg/L；兼氧微生物的溶解氧在0.2～2.0 mg/L之間；厭氧微生物的溶解氧在0.2 mg/L以下［12-14］。由此可見，除鹽水注水中的溶解氧很適宜好氧微生物生長繁殖，汽提凈化水注水的溶解氧適宜兼氧微生物生長，罐后注水的溶解氧中好氧、兼氧微生物都可以生長繁殖。

④pH變化情況分析

每種微生物生長都有其最適宜的pH范圍，在這一范圍內酶的活性最高，如果其他條件適合，則微生物的生長速率也最高。大多數細菌、藻類和原生動物的最適宜pH為6.5～7.5，pH在4～10之間也可以生長［15-16］。

從圖6 可知：除鹽水注水pH范圍為8.2～9.2；汽提凈化水注水pH范圍為9.0～10.5；罐后注水點pH范圍為9.0～10.0。雖然各采樣點水樣pH均高于微生物的最適宜pH，但基本在其可生長范圍之內，可以維持微生物的生長繁殖。

圖6 各采樣點水樣pH隨時間的變化情況Fig.6 Variation of pH value with time at each sampling point

⑤COD變化情況分析

微生物的生長、繁殖及代謝活動都離不開營養物質。碳是構成微生物機體的重要元素，水中的含碳有機物是微生物的重要能源，COD可以反映水中有機物的含量。當生物處理系統中碳源缺乏時，會影響微生物的生長代謝［17-20］。

由圖7 可知：除鹽水注水COD 基本為0 mg/L；汽提凈化水注水COD 范圍為110～130 mg/L；罐后注水點COD 范圍為78～118 mg/L。注水點COD 濃度明顯高于除鹽水注水、汽提凈化水注水兩者的平均值，這可能是由于緩沖罐中存在有機污染物的積累，使得罐后注水點的COD濃度增高。隨著時間的推移，注水點COD逐漸呈下降趨勢，可能是由于微生物大量繁殖作為碳源被消耗掉。

圖7 各采樣點水樣COD隨時間的變化情況Fig.7 Variation of COD with time at each sampling point

總體來看，罐后注水中存在一定濃度的含碳有機質，可以為微生物提供所需碳源，能夠滿足微生物生長繁殖的需要。

⑥TN變化情況分析

氮是構成微生物機體的重要元素，菌體的蛋白質、核苷酸中均含有氮元素。無機氮源包括氨鹽、硝酸鹽等，個別細菌還可利用氣態氮作為氮源［21-23］。

由圖8 可知：除鹽水注水的TN 基本為0 mg/L；汽提凈化水注水TN范圍為13～16 mg/L；罐后注水點TN范圍為11～13 mg/L。與COD的含量相似，罐后注水點TN濃度明顯高于除鹽水注水、汽提凈化注水兩者的平均值，應該是由于緩沖罐中有機污染物累積。同樣，隨著時間的推移，注水點TN逐漸呈下降趨勢，可能是由于微生物大量繁殖作為氮源被消耗掉。罐后注水中含有一定濃度的含氮物質，可以為微生物提供其生長繁殖所需的氮源。

圖8 各采樣點水樣TN隨時間的變化情況Fig.8 Variation of TN with time at each sampling point

綜合上述各采樣點水樣的分析結果可知：罐后注水水樣溫度、溶解氧有利于微生物的生長繁殖；水樣中存在一定量的有機質，可以為微生物提供所需碳源、氮源等營養物質，滿足微生物生長繁殖的需要；pH雖不在微生物生長的最適宜范圍內，但可以維持其生長繁殖。因此，罐后注水的水環境適合微生物生長繁殖，而且除鹽水注水、汽提凈化水注水在緩沖罐中混合后具有一定的停留時間，為微生物的生長繁殖提供了更加有利的條件，使得注水緩沖罐后、泵前管路過濾器發生了周期性堵塞。

4 結 論

①通過對堵塞物外觀性狀觀察、灼燒測試及對水樣相關指標的分析，確定堵塞物是由微生物大量繁殖、沉積導致的。

②通過對不同采樣點水樣的分析，最終確定3 個采樣點：除鹽水注水、汽提凈化水注水、罐后注水。

③分別對各采樣點水樣的溫度、pH、溶解氧、COD、TN和細菌數進行跟蹤測試，測試結果表明：注水水樣溫度、溶解氧有利于微生物的生長繁殖；水樣中的碳源、氮源等營養物質滿足微生物生長繁殖的需要；pH雖不在微生物生長的最適宜范圍內，但可以維持其生長繁殖。因此，判斷蠟油加氫注水管道堵塞是由微生物大量繁殖產生的黏垢導致。

依據以上測試結果，結合裝置實際情況，提出了可行性抑菌方案，并得到了實施。具體措施為，用100%的高溫汽提凈化水對緩沖罐和輸水管線持續進行5 d的沖洗，之后將汽提凈化水進水管線繞過緩沖罐進行跨接，除鹽水仍進入緩沖罐。此后蠟油加氫注水設施正常運行8 個月一直未發生堵塞現象，問題得到了解決。■