加工綏中36-1原油時換熱器堵塞原因分析及在線清洗研究

康東會，王 偉，吳 嫡，李 朋

(中國海油(青島)重質油加工工程技術研究中心有限公司，山東 青島 266500)

加工綏中36-1原油時換熱器堵塞原因分析及在線清洗研究

康東會，王 偉，吳 嫡，李 朋

(中國海油(青島)重質油加工工程技術研究中心有限公司，山東 青島 266500)

針對某煉化公司在加工綏中36-1原油時換熱器壓降增大、換熱效率降低的問題，采用元素組成、紅外光譜和甲苯溶劑溶解試驗等多種手段對堵塞物進行分析，結合油田采油工藝過程及添加的采油助劑，確定加工綏中36-1原油時換熱器堵塞物是由聚丙烯酰胺在換熱器表面形成籠狀結構引起的。針對分析結果，提出將常壓塔塔頂油打入原油泵入口的在線解決換熱器堵塞的清洗方案，實際應用結果表明該方案有效可行，具有降本增效和節能環保的雙重效果。

換熱器 堵塞 聚丙烯酰胺 綏中36-1原油 在線清洗

某煉化公司主要以加工綏中36-1原油為主，在其部分裝置運行一段時間后出現原油換熱器殼程壓降升高、換熱器換熱效率下降等現象，嚴重影響原油脫鹽脫水效果。檢修時發現換熱器中有大量堵塞物，這些堵塞物清理困難，增加了檢修勞動強度。據調查，原油換熱器殼程壓降升高、換熱器換熱效率下降等現象主要是在長周期(半年以上)加工綏中36-1原油時發生，如果與其它黏度較低的原油(如旅大原油)交替加工，則可明顯減輕甚至消除堵塞現象。本研究采用多種手段對換熱器堵塞物進行分析，確定堵塞物的分子組成，弄清換熱器堵塞的原因，提出原油換熱器的在線清洗方案，考察清洗效果。

1 實 驗

1.1 實驗樣品

樣品取自某煉化公司電脫鹽前最后一級換熱器殼層，樣品為黑色、具有一定黏彈性的稠狀結垢物，如圖1所示。原油經一系列換熱后進入電脫鹽裝置，由于結垢的原因，電脫鹽裝置最后一級換熱器殼程出口溫度由開工時的120 ℃降至運行6個月時的100 ℃左右。其它相鄰3個換熱器殼程內部均有堵塞物，造成原油換熱溫度偏低，電脫鹽效率下降，再加上電脫鹽系統小、裝置超負荷運行，脫鹽后原油含鹽量為8～9 mgNaCl/L，脫鹽效果達不到指標要求。

圖1 換熱器中的堵塞物

1.2 儀 器

元素分析儀，Elemental公司生產，型號Vario ELⅢ；紅外光譜儀，PerkinElmer公司生產，型號Frontier；等離子發射光譜儀，美國熱電公司生產，型號Icap6300。

1.3 實驗內容

首先對樣品進行脫水，脫水后的樣品進行物性、元素組成、紅外光譜等分析，同時對樣品的甲苯不溶物及灰分進行元素分析，根據測定結果及各種現象判斷堵塞物的類別，分析換熱器堵塞的原因，并根據換熱器堵塞原因采取相應的措施。

2 結果與討論

2.1 堵塞物組成分析

對樣品進行元素分析，結果見表1。由表1可見：堵塞物中碳、氫元素質量分數達到84.80%，同時含有大量S、N，說明樣品中有較大量非烴類物質存在；堵塞物的H/C原子比為1.50，低于原油的H/C原子比，說明堵塞物中含有大量的不飽和組分或有機物分子中含有大量的雜原子結構；堵塞物的硫含量與原油的硫含量基本相當，而氮含量遠高于原油氮含量，說明堵塞物中含有較大量的含氮類物質。

表1 堵塞物與原油的元素分析結果

2.2 堵塞物甲苯溶解試驗

采用甲苯溶劑對堵塞物樣品進行分離，堵塞物中甲苯可溶物含量為83.2%，甲苯不溶物含量為16.8%，說明堵塞物大部分為可被甲苯溶劑溶解的有機物。對甲苯不溶物進行元素含量分析，其中碳、氫、氮3種元素質量分數分別為20.0%，2.0%，2.3%，合計24.3%；與堵塞物相比，甲苯不溶物的H/C原子比更低，氮含量更高。結合對上游綏中36-1原油生產情況調研，認為這些有機物可能為采油助劑聚丙烯酰胺類物質。

2.3 堵塞物甲苯不溶物的紅外光譜表征

將堵塞物的甲苯不溶物研磨成細粉，測定其紅外光譜，結果見圖2和表2。

圖2 堵塞物甲苯不溶物的紅外光譜

表2 堵塞物甲苯不溶物的紅外光譜峰位對應官能團

2.4 堵塞物灰分分析

將堵塞物燃燒后，再將殘留物放在775 ℃高溫爐中加熱轉化成灰分，測得其含量為10.25%。所得灰分如圖3所示，采用X射線熒光(XRF)對灰分組成進行分析，結果見表3。

圖3 堵塞物的灰分

由表3可見，堵塞物灰分主要由鐵、鈣、鎂、硅、鋁等元素組成，與綏中36-1原油進行對比可以發現，鈣、鐵、鎂的含量分布情況與原油中的分布情況趨勢一致。因原油中含有少量的水，所以鈣含量略高。并且由于堵塞物中所含泥砂較多，因此鋁、硅含量明顯高于原油中鋁、硅的含量。

表3 堵塞物灰分與綏中36-1原油灰分的元素組成 w，%

2.5 換熱器堵塞原因分析

在上游采油過程中，注入了一定量的聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺在進入原油換熱器時，在換熱器表面發生聚集，逐步形成籠狀結構，同時鈣、鎂離子易與聚丙烯酰胺分子鏈上的羧基結合，可使聚合物分子在溶液中形成的三維網狀結構向超分子聚集體轉化，致使聚合物水解度增大[2-3]。劉東等[4]認為金屬離子可使聚丙烯酰胺交聯。Fe3+等多價金屬離子與聚丙烯酰胺相互作用導致聚丙烯酰胺可以形成堅韌的凝膠；Na+，Ca2+，K+等離子可與聚丙烯酰胺分子鏈內和分子鏈間的酰胺側基間形成氫鍵，這種強有力的分子間作用力使得大量聚丙烯酰胺分子互相聚集。此外，原油中夾帶的砂土遇到聚丙烯酰胺沉積物時，也會被吸附到沉積物上[5]。綏中36-1原油是一種典型的重質原油，其黏度高于一般原油，由于其黏度大，很難將聚丙烯酰胺沉積物帶走，使得換熱器中沉積物越來越多，最終導致堵塞。

2.6 在線清洗方案及應用效果

根據由以上分析結果，提出了一種在線清理換熱器堵塞物的方案。即根據裝置設計情況，將一部分輕油打入原油中進行循環回煉，使進入生產裝置的原油黏度降低到一定數值，從而將堵塞物清除。

具體操作過程為：從常壓塔輕油出口引出一條管線，與原油泵入口處管線連接，將部分輕油打循環到原油泵入口，與原油混合，調節閥門使輕油的循環量為原油量的2%～15%。通過原油換熱器組進出口的壓降和原油出換熱器的溫度來判斷原油換熱器的堵塞情況，從而調節輕油的循環量和循環時間。該方法通過加入常壓塔塔頂油(簡稱常頂油)或常一線油降低原油的黏度，從而在線清除原油換熱器管束上的黏附物質，解決原油換熱器的堵塞問題。清理方法實施示意見圖4。

圖4 在線清洗方案實施示意

在原油泵入口摻煉5%常頂油，正常運行72 h后，拆檢發現換熱器殼程管壁黏附的膠狀物質明顯減少。裝置恢復正常運行后，一、二次換熱溫度分別由原來的110 ℃和175 ℃變為135 ℃和198 ℃，換熱器壓降明顯下降，換熱器兩端的壓降在裝置加工量為180 t/h時僅有1.65 MPa(清洗前加工量在120 t/h時已達到了2.20 MPa)，表明換熱器中堵塞物的量明顯減少，消除了高壓力條件下工作的安全隱患。換熱器在線清洗后，加熱爐用天然氣的消耗量下降，大大節約了加工成本，減少了煙氣的排放。每次換熱器檢修時均觀察到產生的油垢明顯減少，危廢處理成本大幅降低，社會效益良好。

3 結 論

(1) 對某煉化公司原油換熱器堵塞物進行了組成和紅外光譜分析，表明堵塞物中含有一定量的聚丙烯酰胺。

(2) 原油換熱器堵塞原因為聚丙烯酰胺在換熱器表面發生聚集，隨著聚丙烯酰胺在換熱器表面越聚越多，逐步形成籠狀結構，原油中的大分子在籠狀結構中流通不暢，從而引起換熱器壓降增大。

(3) 將常頂油打入原油泵入口的方案，可以在不影響裝置正常運行的情況下，解決換熱器堵塞問題，消除換熱器堵塞對生產帶來的不利影響。

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[5] 關淑霞，邰永娜，于海南，等.聚丙烯酰胺膠狀雜質的形成原因[J].化學研究，2011，22(1)：84-87

CAUSE ANALYSIS OF BLOCKAGE OF HEAT EXCHANGER FOR PROCESSING SUIZHONG 36-1 CRUDE AND ONLINE CLEANING STUDY

Kang Donghui，Wang Wei，Wu Di，Li Peng

(CNOOC(Qingdao)HeavyOilProcessEngineering&TechnologyCenterCo.Ltd.，Qingdao，Shandong266500)

The problem of high pressure drop and low heat exchange efficiency of heater exchanger when processing Suizhong 36-1 oil is analyzed by element composition，FT-IR，and toluene dissolution test. Combined with the knowledge of crude oil production process and the additives used，the material with cage-like structures caused by polyacrylamide is found to be the reason for heater exchanger blockage. An online clean method，in which the No.1 side cut of atmosphere distillation tower is pumped into the inlet pipeline of crude，is proposed. The commercial application proves that the suggested method is effective and feasible，and has both cost efficiency and energy saving effect.

heat exchanger；blockage；polyacrylamide；Suizhong 36-1 crude；online cleaning

2015-12-22；修改稿收到日期：2016-03-06。

康東會，碩士，高級工程師，從事原油評價及煉油工藝研究工作，公開發表論文5篇，獲授權專利5項。

吳嫡，E-mail：fisher850@126.com。