常減壓裝置電脫鹽的工藝優化

金麗萍

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油事業部, 200540)

工業化應用

常減壓裝置電脫鹽的工藝優化

金麗萍

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油事業部, 200540)

脫后原油鹽的質量濃度與塔頂低溫腐蝕有非常重要的聯系,而中國石化上海石油化工股份有限公司煉油事業部常減壓裝置脫后原油鹽的質量濃度和三頂腐蝕卻缺乏關聯。從改變原油中鹽的質量濃度分析方法入手,進而通過分析影響電脫鹽效率的操作因素及裝置現狀,有選擇地對原油脫鹽條件,如脫鹽溫度、電場強度、注水量、破乳劑注入量及混合強度等進行調整,使脫后原油鹽的質量濃度及塔頂鐵離子合格率都有不同程度提高。

電脫鹽 腐蝕 操作 優化

電脫鹽系統是常減壓裝置安全生產、平穩運行、降低能耗、減少設備腐蝕、結垢以及滿足原油深加工需要的重要保障,在煉油廠占據重要地位,其作為石油加工的第一道工序,從原油中脫除鹽、水和其他雜質。它也是防止常減壓裝置塔頂系統腐蝕的有效工藝措施,起到改變腐蝕環境、減少或抑制腐蝕介質的作用。脫后原油鹽的質量濃度與塔頂低溫腐蝕有非常重要的關系。原油在蒸餾過程中 HCl生成量和鹽的質量濃度之間不是簡單的算術函數關系,而是對數函數關系。因此,提高電脫鹽效率,嚴格保證脫后原油中鹽的質量濃度達到小于 3 mg/L的控制指標是減緩三頂腐蝕的根本。

1 影響電脫鹽操作的工藝因素

1.1 操作溫度

操作溫度是原油脫鹽過程的重要工藝參數之一,對水滴沉降、聚集及耗電量產生影響,具體作用見斯托克斯定律

式中:u——水滴沉降速度,m/s;

d——水滴直徑 ,m;

ρ1——水的密度 ,kg/m3;

ρ2——油的密度 ,kg/m3;

v——油的運動黏度,m2/s;

g——重力加速度 ,m/s2。

從公式 (1)中看出,降低油相的黏度,增加油水密度差,增大水滴直徑,可加快水的沉降速度。提高操作溫度可以降低原油的黏度、密度以及乳化液的穩定性,有利于水滴的聚集和沉降。而脫鹽效率又與脫水率成正比,因此提高原油進罐溫度對提高脫鹽效率起著積極作用。但是,隨著溫度逐步升高,CaCl2或MgCl2等鹽類開始水解,不但會降低脫鹽效率,而且使電導率增加,電負荷顯著上升;再者,溫度過高會造成水的汽化從而影響到電場的穩定性,甚至還會造成脫鹽罐壓力升高影響到裝置的安全運行。一般來說,操作溫度應控制在 120～145℃。

1.2 操作壓力

操作壓力對電脫鹽影響不大,控制壓力是為了防止在操作溫度下,罐內原油或水氣化而產生氣體,其結果一是引起油層攪動,影響水的沉降分離;二是使脫鹽罐壓力升高,給生產操作帶來不安全因素[1]。操作壓力的大小視原油中輕餾分質量分數和加熱溫度而定,理論上講,脫鹽罐操作壓力應比預期最高脫鹽溫度下油水飽和蒸氣壓高出 0.1～0.35MPa,以防止原油在操作溫度下氣化。但電脫鹽罐內最大壓力不能超過電脫鹽罐的設備設計壓力。

1.3 電場強度

根據電場力下兩個同樣大小的微滴的聚結力公式(2)可知,提高電場強度可以強化水滴的聚集作用,有助于改善脫鹽效果。但電場強度過高會發生電分散現象,將水滴分散為更小的微小水滴,不利于水滴的聚結。同時電場強度過高,耗電量也隨之增加,一般電場強度設計為 500～1 800 V/cm。

兩個同樣大小的微滴之間的聚結力為:

式中:F——偶極聚結力,N;

K——原油介電常數,F/m;

E——電場強度,V/cm;

r——微滴半徑 ,cm;

l——兩微滴間中心距,cm。

1.4 停留時間

原油在脫鹽罐中停留時間的設計因原油品種的不同而不同。一般而言,原油在脫鹽罐中必須要有足夠的停留時間,對較重原油在脫鹽罐中停留時間可設計長些。但停留時間過長將產生電分散作用,增加耗電量。據中國石化 2010常減壓高級研修班蔣榮興著的《原油電脫鹽技術》介紹,要正確地選擇停留時間和電場強度,應綜合分析其與脫鹽率和電耗之間的關系 (見表 1)。根據中國石油化工股份有限公司齊魯分公司勝利煉油廠工業試驗結果分析及國外資料介紹,原油在強電場中的停留時間采用 2 min較為經濟合理。目前,強電場中原油停留時間國外多采用 1～2 min,較長的為 2.5～6 min;國內一般為 5～9 min。

表 1 強電場中的電場強度、電脫率與電耗的關系

1.5 注水性質和注水量

在電脫鹽過程中需要注入一定量的洗滌水,以溶解無機鹽并隨水一起排出,因此,洗滌水性質及注入量的選擇尤為重要。

1.5.1 注水性質

1.5.2 注水量

增加注水量可以破壞原油中原有乳化液的穩定性,提高水滴間的凝聚力,同時縮短水滴間的距離,以利于水滴聚結。但當注水量過大時,不但會增加用能,還將加重電脫鹽負荷,造成脫水不及時,水位上升,電極板間電流升高,電壓降低,以致脫鹽、脫水效率顯著下降。

1.6 破乳劑類型及用量

破乳劑的類型和用量對脫鹽效果影響很大,由于不同原油所需破乳劑的成分不同,因而破乳劑的類型和用量必須經過實驗室篩選,并通過工業實踐確定。

1.7 混合強度

通過靜態混合器和混合閥將水、破乳劑和原油充分混合,是原油脫鹽得以實現的基礎。理論上混合強度越大,所注入的水分散程度也越好,但是過高的混合強度容易造成水和原油過度乳化,以至于形成穩定的乳化層,這樣反而會增加破乳脫鹽的難度。同時,混合強度的選擇因原油性質不同而異,通常密度較高原油 (相對密度指數 API 15～24)的混合強度采用 0.03～0.08 MPa;密度較低原油(API25～45)的混合強度采用 0.05～0.13MPa。

1.8 油水界面

電脫鹽水位的控制非常重要。因為在電脫鹽罐內部,水位可以與罐內極板的最下端形成弱電場,用來脫除原油中較大的水滴。水位過低,一方面會造成弱電場強度太低,無法脫除較小水滴,另一方面會減少水相在電脫鹽罐體內部的停留時間,導致排水含油量過高。水位過高,則會導致電脫鹽罐體運行電流升高,如果水層進入電極板之間,會導致電脫鹽設備完全短路,無法建立電場。通常根據工程經驗確定電脫鹽罐體內最佳油水界面高度。對于交流和交直流電脫鹽罐,水位通常控制在進油分配系統上方 100～300 mm;對于高速電脫鹽罐,水位控制在最下層極板下方 500～800 mm。

2 電脫鹽系統狀況

中國石化上海石油化工股份有限公司煉油事業部 8 Mt/a常減壓裝置 (以下簡稱 8 Mt/a常減壓裝置)于 2005年 2月建成投產,裝置設計加工原油以進口油為主,脫后原油中鹽的質量濃度一直以來控制在 3 mg/L內,但三頂鐵離子合格率卻偏低,塔頂換熱器腐蝕嚴重。

2.1 原油性質

8 Mt/a常減壓裝置加工高含硫低酸原油,2009年混合原油密度為 0.868 7g/cm3,硫的質量分數達 1.76%,酸值為 0.26 mg/g,鹽的質量濃度一般小于 40 mg/L。加工原油品種主要有巴士拉、沙輕、阿曼、科威特、埃斯科蘭特、烏拉爾、達連、卡賓達、榮卡多等。

2.2 設備狀況

該電脫鹽裝置 (V-3001AB)采用國內長江(揚中)電脫鹽設備有限公司設計的 2級串級交直流電脫鹽技術,具體數據見表 2。

表 2 電脫鹽設備狀況

2.3 工藝參數

8 Mt/a常減壓裝置生產負荷在 92%左右,原油性質、設備狀況較好,工藝參數調節余地大,具體數據見表 3。

公路施工技術中的摻灰施工即對道路基底做處理摻灰，在實際實踐期間要先對基底異物雜草等進行實時清理，確認所用石灰標準無誤后，在測量及放樣工作完成后進行拌灰作業；合理設定灰土鋪筑層數及寬度，架設控制樁進行相應施工。

表 3 電脫鹽工藝參數

2.4 分析方法

目前原油中鹽的質量濃度分析方法可以劃分為兩大類,即:抽提 /滴定法和稀釋 /電導法。抽提 /滴定法的代表性方法為 AST M D6470(原油中鹽的質量濃度標準測試方法)和 SY/T 0536(原油中鹽的質量濃度測定法),其中 SY/T 0536為中國石油行業標準方法;稀釋 /電導法的代表性方法為 AST M D3230(原油中鹽分試驗方法)[2]。三者中 AST M D6470分析法最具權威性,但因其樣品及試劑用量多、分析速度慢,一般不作為日常分析手段,SY/T 0536分析方法簡單,且分析相對偏差在 10%范圍內而被廣泛采用。AST M D3230分析方法雖簡單,但分析結果受制于原油中 NaCl、MgCl2、CaCl2三種氯化物質量濃度比例關系的影響。

中國石化上海石油化工股份有限公司 (以下簡稱上海石化)檢測原油中鹽的質量濃度的分析方法采用AST M D3230法。因對原油中鹽的質量濃度數據存在質疑,2010年 4月分別委托通標標準技術服務上海有限公司 (以下簡稱通標上海公司)、中國石油化工股份有限公司高橋分公司 (以下簡稱高橋分公司)對 8 Mt/a常減壓裝置脫前、脫后原油中鹽的質量濃度進行同步分析,分析方法及結果見表 4、5。

表 4 上海石化與通標上海公司同步分析結果對比 mg/L

表 5 上海石化與高橋分公司同步分析結果對比

從表 4、5可以發現,上海石化采用 AST M D3230法得到的分析數據明顯偏低,也就說明8 Mt/a常減壓裝置實際電脫鹽效果并不理想,脫后原油中鹽的質量濃度實際長期超過控制指標。經與上海石化檢測部門多次溝通后,4月 29日起將分析方法由AST M D3230改為中國石油行業標準方法 SY/T 0536,為電脫鹽進一步操作調整提供可靠分析依據。改變分析方法后,脫后原油中鹽的質量濃度合格率由之前的 100%急速下降至32%,電脫鹽優化調試勢在必行。

3 電脫鹽的工藝優化

在現有的電脫鹽裝置流程及電脫鹽設備的情況下,優化調整電脫鹽各操作參數、掌握它們之間的關系是提高電脫鹽裝置脫鹽效率的關鍵。從改變原油中鹽的質量濃度分析方法入手,進而通過分析影響電脫鹽效率的操作因素及裝置現狀,從中有選擇地對原油脫鹽條件,如脫鹽溫度、電場強度、注水量、破乳劑注入量及混合強度等進行了調整。

3.1 操作溫度

8 Mt/a常減壓裝置電脫鹽設備設計操作溫度為 130℃,調整前電脫鹽設備操作溫度偏低,在115℃左右,不利于水滴的聚集和沉降。通過熱量前移,調整后電脫鹽設備操作溫度提高至 115～120℃,但由于受換熱流程的限制及原油性質的影響,仍不能達到設計要求。要進一步提高電脫鹽設備操作溫度,則必須對換熱流程重新優化。

3.2 操作壓力

8 Mt/a常減壓裝置電脫鹽罐的設計壓力是1.6 MPa,目前的操作壓力為 0.8～1.0 MPa,從常減壓高研班對中國石化集團 27家煉廠電脫鹽系統調查結果得知,電脫鹽罐的操作壓力大多在0.7～1.5 MPa。因此,維持目前操作壓力。

3.3 電場強度

8Mt/a常減壓裝置設計變壓器輸出交變電壓采用的是 5檔 13～25 kV可調電壓輸出,變壓器輸出交變電壓設置在 19 kV,為了提高微滴間聚集作用,將變壓器輸出交變電壓由 19 kV調至22 kV檔,電場強度即由 760 V/cm提高到 880 V/cm。

3.4 停留時間

原油在電脫鹽罐的停留時間受制于裝置加工負荷的變化,8 Mt/a常減壓裝置設計原油在脫鹽罐中停留時間為 32 min,現生產負荷在 92%左右,原油性質比設計略重,原油在整個脫鹽罐中停留時間約為 35 min,強電場強度約在 4 min左右,停留時間比較合理,能滿足脫鹽與低電耗要求。

3.5 注水性質和注水量

3.5.1 注水性質

8 Mt/a常減壓裝置采用凈化水作為電脫鹽注水,同時 2級排水回注 1級。酸性水汽提裝置提供凈化水氨氮、pH值等指標時常超標,大大影響電脫鹽設備的脫鹽效率。通過監控凈化水分析數據、監控三頂排水在線 pH值以及現場測試凈化水 pH值三者相結合的辦法,在發現凈化水質量超標的情況下改用純水,能一定程度緩解凈化水水質問題對電脫鹽設備脫鹽效率的影響,但仍存在滯后及勞動強度大等不利因素。為了同時滿足凈化水回用率和脫鹽效率的要求,裝置安排在凈化水總管上安裝在線 pH分析儀并引入 DCS(分散控制系統),使凈化水質量完全處于受控狀態。

3.5.2 注水量

國內各煉廠電脫鹽注水量一般為原油脫鹽處理量的 4%～8%,8 Mt/a常減壓裝置原注水量35 t/h,為原油量的 3.8%,注水量偏小不利于水滴聚結,因此將注水量提高到 46 t/h,即原油量的 5%。

3.6 破乳劑類型及用量

由于 8 Mt/a常減壓裝置所加工原油品種多達二、三十種,原油配比更換又很頻繁,要對破乳劑進行篩選以適應不斷變化的原油性質,實際上這一點很難實現。8 Mt/a常減壓裝置設計加工沙輕、阿曼及中東原油,自 2005年開車至今一直使用上海益倫化工有限公司生產的 YL-AB復配型油溶性破乳劑,該破乳劑具有破乳、脫鹽及緩蝕作用,適用于中東地區原油。在綜合考慮加工成本及脫鹽效率的基礎上,本次裝置調整僅將破乳劑的注入量由 4 mg/L提高到 5 mg/L。

3.7 混合強度

8 Mt/a常減壓裝置所加工原油 API在 31左右,混合強度通常設置在 0.05 MPa。從裝置脫后原油含水分析值為小于 0.01%,而根據脫鹽效果不佳的情況分析,原油和水混合程度顯然不夠。因此,裝置將混合強度由 0.05 MPa逐步提高至0.07 MPa。

3.8 油水界面

8Mt/a常減壓裝置油水界位控制在第 3根放樣孔,即距離進油分配系統上方 250～300 mm,認為還是較合理,故本次不做調整。如果今后進一步提高加工負荷,則在滿足排水中油質量分數指標要求的情況下適當降低油水界位以增加原油在電脫鹽罐弱電場中的停留時間。

除了對部分工藝參數優化調整以外,還定期對電脫鹽底部進行反沖洗作業,加強防腐管理,提高防腐意識,尤其是根據原油性質和生產負荷的變化及時調整好各電脫鹽操作參數都顯得尤為重要。

3.9 優化調整結果

3.9.1 調整前后工藝參數對比

通過對電脫鹽現狀的認識并結合理論分析,裝置有選擇的對原油脫鹽條件,如脫鹽溫度、電場強度、注水量、破乳劑注入量及混合強度等參數進行優化調整,調整變化如表 6。

表 6 電脫鹽調整前后工藝參數對比

3.9.2 調整前后合格率對比

通過對電脫鹽參數進行優化調整,將每月脫后含鹽與含水合格率繪制成圖 1,圖 2是調整前后三頂水鐵離子合格率的變化趨勢。

從圖 1、2可以看出,調整前 (1-4月)由于分析的偏差,脫后含鹽合格率為 100%,改變分析方法后,5月脫后原油含鹽合格率急速下降,至 6月降至 32%。電脫鹽工藝參數優化調整后,含鹽合格率顯著提高至 90%左右,同時常頂水鐵離子合格率也同步上升。但由于常頂水水質的控制還受到原油性質 (10月原油硫質量濃度、酸值波幅大)、加工負荷、pH值、塔頂注水、藥劑等其他因素的影響,10月的數據不甚理想。

圖 1 脫后含鹽與含水合格率變化趨勢

圖 2 三頂水鐵離子合格率變化趨勢

4 結論

(1)8 Mt/a常減壓裝置電脫鹽系統在脫鹽效率差的情況下,主要通過對電脫鹽罐的操作溫度、電場強度,注水性質和注水量、破乳劑用量,混合強度等工藝參數的優化調整,配以防腐管理,使電脫鹽系統運行狀況明顯改善,運行穩定,脫鹽合格率提高,同時常頂水鐵離子合格率也同步上升。

(2)由于加工原油與設計工況的差別,以及隨著原油性質的重質化、劣質化的不斷發展,僅靠電脫鹽操作參數優化調整也將難以滿足防腐管理要求,對電脫鹽系統進行適當的改進是十分必要的。如破乳劑的改良、提高原油進電脫鹽溫度及“三劑”注入系統自動化控制手段、有選擇地引進脈沖電脫鹽技術、超聲波電脫鹽技術等等。

[1] 李彬,楊森.原油性質變化與電脫鹽裝置操作條件優化[J].煉制技術與工程,2008,38(7):16-17.

[2] 楊德鳳,何沛.原油鹽含量分析方法的選擇及應用[J].石油煉制與化工,2009,40(12):39-42.

Opt im ization on Electric Desalting Process in Atmospheric and Vacuum D istillation Un it

Jin Liping
(Refining D ivision,SINOPEC Shanghai Petrochem ical Co.,L td.200540)

The mass concentration of salt in desalted crude oil has essential connection with the low temperature corrosion of tower top,but it is not true for atmospheric and vacuum distillation unit in S INOPEC Shanghai Petrochemical Co.,Ltd.Starting from changing the analyzing method for mass concentration of salt in crude oil,the operating factors and unit situation affecting efficiency of electric desalting were analyzed,based on which the desalting conditionswere selectively adjusted,such as desalting temperature,electrical field strength,water injecting rate,emulsion splitter injection rate,and mixing intensity,so that the mass concentration of salt in desalted crude oil and percent of pass of iron ion in the tower top were increased to certain extent.

electric desalting,corrosion,operation,optimization

1674-1099 (2011)02-0037-06

TE624

A

2011-02-14。

金麗萍,女,1973年出生,2006年畢業于上海電視大學會計學專業,工程師,從事工藝管理工作。