《老化稠油熱化學沉降脫水技術要求》標準的制定與應用

韓帥

中國石油遼河油田分公司特種油開發公司 （遼寧 盤錦124000）

多年來，特一聯采取自然沉降技術對老化稠油進行脫水處理，即利用油水兩相間的密度差進行重力脫水。從現場效果來看，老化稠油在單純重力作用下脫水速度極為緩慢，分析原因是由于老化稠油在長時間沉降后熱量損失巨大[1]，油水界面液滴動能減弱，穩定的乳狀液結構使油水分離更加困難。為了解決生產問題，技術人員針對特一聯污水系統產生的典型老化稠油，在對電場處理法、熱化學沉降法、離心分離法、超聲波處理法等多種脫水技術原理進行對比和適用性分析后，優選出熱化學沉降法作為老化稠油處理新技術，同時制定企業標準《老化稠油熱化學沉降脫水技術要求》，為更加高效、優質地完成老化稠油處理工作提供保障[2]。

1 標準的編寫依據

以特一聯典型老化稠油為實驗介質，化驗其基本物性見表1。利用“靜置浮升實驗法”考察溫度、時間、藥劑對老化稠油破乳脫水效果的影響，為標準編寫提供可靠的理論依據。實驗過程中以GB/T 8929—2006《原油水含量測定法蒸餾法》作為標準測定老化稠油含水率，實驗儀器主要有恒溫水浴箱、1 000 mL燒杯、常壓蒸餾器、蒸餾燒瓶等[3]。

1.1 老化稠油加熱破乳實驗

分別量取1 000 mL實驗介質（原始含水率均值53.44%）放入4只不同燒杯內并密封，然后將燒杯依次放置在恒溫80℃、85℃、90℃、95℃的水浴箱內，經24 h沉降后撈取各燒杯上部渣油狀樣品測定含水率并記錄變化情況，結果見表2。

表2 老化稠油加熱破乳實驗數據

實驗結果表明：在相同的沉降時間內，85～90℃的高溫對老化稠油的脫水作用最為明顯，脫水率分別達到24.53%和26.92%。然而，當溫度升至95℃時，脫水率較90℃僅有0.6%的提升，原因是過高的溫度使老化稠油內部的輕質組分汽化上浮，阻礙了油水分離。因此，將最佳脫水溫度設定為90℃。

1.2 老化稠油熱沉降破乳實驗

量取1000mL實驗介質（原始含水率均值50.47%）放入1只燒杯內并密封，然后放置在恒溫90℃的水浴箱內，經特定沉降時間（24 h、36 h、48 h、60 h、72 h、84 h）依次撈取上部渣油狀樣品測定含水率并記錄變化情況[4]，結果見表3。

表3 老化稠油熱沉降破乳實驗數據

實驗結果表明：在90℃的破乳環境下，老化稠油在前60 h沉降時間內脫水效果最佳，含水率下降35.91%。然而，當沉降時間延長至84 h時，含水率變化幅度趨于平緩，較60 h時含水率僅提升0.53%?？紤]現場應用過程中熱能的消耗量巨大，要求沉降時間不宜過長。因此，將最佳脫水時間設定為60 h。

1.3 老化稠油熱化學沉降破乳實驗

分別量取1 000 mL實驗介質（原始含水率均值54.98%）放入5只不同燒杯內，其中1只作為空白實驗，其余4只摻入不同濃度的TR-DEM/ZD-Ⅰ型破乳劑，然后放置在恒溫90℃的水浴箱內，經60 h沉降后撈取各燒杯上部渣油狀樣品測定含水率并記錄變化情況，同時觀察油水界面外觀，結果見表4。

實驗結果表明：TR-DEM/ZD-Ⅰ型破乳劑對特一聯老化稠油具有良好的反應效果。當破乳劑濃度為450 mg/L時，老化稠油脫水率達50.68%，脫出水相清澈，油水界面分層整齊；當破乳劑濃度提高至500 mg/L時，老化稠油脫水率僅提升0.81%。從破乳效果和工藝經濟性方面考慮，將最佳破乳劑用量設定為450 mg/L。

2 標準的具體實施

2.1 建立跟蹤制度，把握老化稠油處理時機

準確把握好老化稠油的處理時機，不僅能夠減輕工藝的處理難度，同時也能避免對污水處理系統造成嚴重污染。標準要求：污水除油罐油層厚度不得超過0.2 m，底部出水含油量小于500 mg/L、懸浮物含量小于2 000 mg/L，老化稠油處理量控制在50～100 m3/h。標準規定員工每天按時對污水除油罐油層厚度進行測量，跟蹤監測底部出水水質變化情況，發現有超標趨勢要立即上報調度并提前做好老化稠油處理準備工作。

表4 老化稠油熱化學沉降破乳實驗數據

2.2 創新工藝流程，確保老化稠油處理效果

根據特一聯現有的生產設備配備情況，技術人員重新設計了獨立的老化稠油處理工藝流程，具體為：污水除油罐內的老化稠油經浮筒收集后進入回收油泵，泵前設置破乳劑投加裝置，老化稠油與藥劑充分混合后通過浮頭式換熱器升溫至90℃，最終進入處理罐做沉降脫水處理[5]。標準要求：員工必須嚴格按照設計工藝流程進行閥門切換及設備啟停，工藝運行期間對老化稠油加密取樣化驗，跟蹤含水變化情況。標準規定老化稠油單次處理量不得低于900 m3。

2.3 明確處理容器，保證老化稠油處理空間

由于不同處理批次的老化稠油含水率、溫度、藥劑作用等均不相同，混合后會造成乳狀液狀態更加穩定，增強了脫水難度[6]。標準要求：根據站內處理罐液位情況及靜態沉降時間來確定老化稠油處理容器，避免由于個別處理罐空間不足造成處理工藝無法連續運行的問題，盡量延長靜態脫水時間，減少處理罐內的流體攪動強度，增強工藝處理效果。標準規定處理容器的液位高度要低于16.5 m、靜態沉降時間要超過24 h，罐體溫度大于85℃。

2.4 規范操作步驟，保證工藝設備安全運行

員工從老化稠油處理工作準備開始直至處理工作結束，都必須嚴格按照規定的生產步驟進行操作，避免由于違章操作、誤操作造成的人身及工藝設備安全事故。標準要求：員工在罐區、泵房倒換流程、啟停設備時，要提前上報調度并做好生產數據、操作事項的記錄工作，在操作壓力容器時需加強對設備溫度、壓力和流量的觀察和控制，嚴防由于憋壓造成“跑、冒、滴、漏”現象的發生。標準規定：在老化稠油處理操作過程中，現場操作步驟必須由兩名員工相互配合完成，做到互相監督、互相保護，確保操作步驟正確、設備安全運行。

2.5 完善監督網絡，促進質量管理工作全面化

在質量監督部門的統一管理下，各生產部門積極響應配合，逐步建立了完善的廠級、作業區級、隊級質量監督網絡，對質量監督管理員進行選拔和培訓。在充分調研和討論的基礎上，重新修訂了《老化稠油處理質量監督管理規定》、《質量監督員職責》等相關規定。監督管理制度對工藝運行質量監督的管理范圍、各級監督員職責、質量事故處置、隊伍管理均有很強的指導作用，有力促進了老化稠油處理質量監督工作的全面化、規范化和科學化。

3 標準的現場應用效果

3.1 應用效果

標準于2017年12月發布，2018年1月開始正式應用。目前共按標準要求處理老化稠油2罐次。從處理效果上看，該項標準對特一聯老化稠油處理具有較強的針對性和實用性，老化稠油脫水速率得到大幅提升，經熱化學沉降法處理60 h后，處理罐液面下4 m處老化稠油含水率由40.0%～45.0%下降至2.5%～7.5%；6 m處由45.0%～55.0%下降至7.5%～9.5%，已達到標準要求的處理效果。

3.2 經濟效益

標準實施以來，特一聯商品油量對比歷史同期增加536.42 t，增加生產成本包括破乳劑消耗4.17 t、電耗1 109.4 kW·h。此外，污水水質提升減少了過濾器反沖洗次數，間接節約生產成本5萬元。據統計，超稠油價格1 826.0元/t，破乳藥劑價格9 567.0元/t，企業用電價格0.608 1元/kW·h。標準創效達到93.89萬元。經濟效益總值=新增商品油價值量-工藝運行成本+工藝節約成本=536.42 t×1 826.0元/t-（4.17 t×9 567元/t+1 109.42 kW·h×0.608 1元/kW·h）+5萬元=93.89萬元。

3.3 社會效益

標準有效解決了老化稠油帶來的一系列生產問題，同時減輕了污水處理系統的運行壓力，提升了外排污水的凈化效果，有效減輕了下流污水處理單元的工作強度，為工業水資源的循環再利用提供了有力保障，具有廣闊的推廣應用前景。

4 結論

熱化學沉降法較好地解決了特一聯老化稠油脫水困難問題，處理合格的老化稠油可直接外輸出站，不僅降低了老化稠油庫存量，而且減輕了污水處理系統的工作強度?！独匣碛蜔峄瘜W沉降脫水技術要求》標準的制定，對特一聯如何正確運用熱化學沉降脫水法提供了依據，為高效處理老化稠油工作提供了執行有效的規范。同時，標準在應用過程中提高了崗位操作人員和質量監督管理員的技術素質和標準化管理水平。