PKOP煉油廠除鹽水系統設計和運行情況探析

張亮 宋躍軍 李劍

摘 ?????要：介紹了哈薩克斯坦PKOP煉油廠原水和除鹽水的水質要求，詳細介紹了該煉廠除鹽水系統的工藝流程、工程設計、工藝控制參數及整個系統的運行情況。系統運行數據表明：超濾UF出水TSS為0.8 mg/L，濁度為0.18 NTU，SDI為2.5;反滲透RO出水TDS為10.9 mg/L，電導率為24.8 μs/cm，脫鹽率為98%;混床在出水電導小于0.2 μs/cm的條件下，運行周期達到120 h，各項指標均達到了設計要求。

關 ?鍵 ?詞：除鹽水;PKOP煉油廠;超濾;反滲透;混床

中圖分類號：TQ 085+.411 ???????文獻標識碼： A ???????文章編號： 1671-0460（2019）03-0619-04

Abstract： The quality requirements of raw water and desalinated water in Kazakhstan PKOP refinery were introduced. The technological process， engineering design， process-control parameters and operating situation of the PKOP desalting system were also introduced in detail. The operation results of UF system showed that TSS was 0.8 mg/L， turbidity was 0.18 NTU and SDI was 2.5; the TDS， conductivity and desalination ratio of RO were 10.9 mg/L， 24.8 μs/cm and 98% respectively; the operational cycle of mixed bed was 120 h when the outflow conductance was less than 0.2 μs/cm， all indexes met the design requirements.

Key words： desalted water;PKOP refinery;UF;RO;mixed bed

PKOP奇姆肯特煉油廠現代化升級改造工程是中哈兩國政府發展與合作的重點項目，本次升級改造涉及裝置13套，其中新建11套、改造2套，以及與之配套的儲運系統、公用工程系統和輔助生產裝置。改造目標是恢復600萬t/a生產能力，生產符合歐IV、歐V 標準產品，同時提高重油轉化能力，提高輕質產品產量， 改善產品質量，增強競爭能力，提高經濟效益。

根據哈薩克斯坦PKOP煉油廠全廠改造后的總加工流程，各裝置需消耗一定量的除鹽水，其中大部分除鹽水用作鍋爐給水，少部分除鹽水用于各裝置工藝生產。由于PKOP煉油廠井水和經濟開發區的進水水質無法滿足各裝置工藝生產所需除鹽水和鍋爐給水的要求，需建設一套除鹽水系統。根據原水水質及出水水質要求，該廠除鹽水生產通過板式換熱器、多介質過濾器、活性炭過濾器、超濾UF、反滲透RO、除碳器和混床等設備，包括預處理系統、反滲透系統、離子交換系統、加藥系統等[1-3]，工藝流程如圖1所示。

1 ?工程設計

哈薩克斯坦PKOP煉油廠除鹽水系統的設計規模為：超濾（UF）：4×150 t/h;反滲透（RO）：4×100 t/h;混床：3×210 t/h。系統設計年開工時數為8 160 h，連續運行。正常運行時，超濾（UF）和反滲透（RO）運行3個系列，剩余1個系列再生;混床運行2個系列，剩余1個系列再生。當全廠的凝結水回收系統運行不暢或停運時，超濾、反滲透、混床等的多個系列可以同時運行，以滿足全廠對除鹽水的消耗需求，表2為該廠正壓鍋爐對除鹽水的水質要求[4]：TDS小于0.1 mg/L，電導率小于0.2 μs/cm，SiO2小于0.02 mg/L。

1.1 ?預處理系統

為保證UF和RO系統能長期、平穩、可靠運行，并滿足系統的進水水質要求，系統包括以下主要工藝設備：

（1）板式換熱器：因水溫較低時，水的粘度增加，將導致反滲透系統產水量下降。因原水溫度最低時為5 ℃，設置2套板式換熱器（一用一備）利用全廠回收的凝結水調節原水溫度，保障反滲透系統在最佳工況下運行。每套換熱器處理能力為645 t/h，設計溫升為10 ℃。

（2）多介質過濾器：去除進水中的細小懸浮物、膠體、有機物，從而保證其出水TSS在5 mg/L以下。本系統設置直徑3 000 mm的多介質過濾器5臺，單臺設計處理水量為124 t/h，總處理水量為620 t/h。

（3）活性碳過濾器：為確保出水余氯量小于0.1 ppm，本系統設置直徑3 000 mm的活性碳過濾器5臺，單臺設計處理水量為124 t/h，總處理水量為620 t/h。

（4）自清洗過濾器：作為超濾膜（UF）的預處理設備，去除水中的懸浮顆粒對UF起保護作用。本系統設置直徑300 mm的自清洗過濾器4臺，單臺設計處理水量為160 t/h，過濾精度100 μm，總處理水量為640 t/h。

（5）超濾（UF）：超濾膜的孔徑大約在0.002～0.1 μm范圍內，可全部去除大于0.1 μm的膠體和顆粒物，確保出水SDI指數≤3，濁度≤0.2 NTU。本系統設置超濾4套，單套設計處理水量為150 t/h，每套超濾裝有36根美國陶氏公司的SFP-2880型的外壓式超濾膜。

原水中的顆粒物、膠體或溶質大分子等在超濾膜表面或膜孔內沉積，造成超濾的污染。當超濾膜面達到或超過溶質的飽和溶解度時，便形成凝膠層，超濾的通量急劇降低，此時需對膜裝置進行清洗，以恢復其性能[5，6]。參照原水水質組分，以及膜的特性，超濾（UF）采用次氯酸鈉、鹽酸、氫氧化鈉等溶液與超濾反洗水混合，經反洗泵加壓至0.3 MPa后，對超濾膜進行反洗。

為了保證反滲透（RO）進水中的氧化性氯含量和防止反滲透（RO）濃水側產生結垢，在超濾（UF）出水進RO前需加注適量的亞硫酸氫鈉、110%阻垢劑和100%非氧化殺菌劑。

1.2 ?反滲透（RO）系統

反滲透（RO）系統主要功能是對超濾（UF）產水進行預脫鹽處理[7]，RO是除鹽水系統的主要工序，其包括以下主要工藝設備：

（1）保安過濾器：去除UF產水中殘存的微量懸浮顆粒、膠體、微生物等，防止其進入RO而擊穿反滲透膜組件，造成大量漏鹽的情況。本系統設置直徑600 mm的保安過濾器4臺，單臺設計處理水量為200 t/h，過濾精度5 μm。

（2）高壓泵：保證反滲透膜正常運行的進水壓力，保證RO的設計產水量。本系統設置高壓泵4臺，每臺設計流量為150 t/h，揚程為160 m。

（3）反滲透裝置：除去水中絕大部分可溶性鹽分、膠體、有機物及微生物。為確保出水TDS≤24 mg/L，電導≤50 μs/cm，本系統設置一級兩段反滲透模組共計4臺（3開1備），單臺模組的設計產水量為100 m?/h，設計脫鹽率達到>99%。單臺模組內設有20支膜柱（按14：6方式排列），每個膜柱內裝有6支美國陶氏公司的BW30-400型的低壓復合膜。

為確保反滲透系統運行和操作的靈活性和安全平穩，在超濾（UF）產水進入4臺反滲透（RO）模組前，每臺RO模組均單獨設有保安過濾器和高壓泵，與RO模組呈一對一的串聯設置。

1.3 ?混床系統

混床系統將RO產水中留存的離子進一步去除，以達到鍋爐補給水的水質要求，包括以下主要工藝設備：

（1）除碳器：產水中游離的CO2過高將影響混床系統的再生周期。為確保混床系統的運行周期和減少再生頻率，本系統設置除碳器2臺，每臺設計處理量為210 t/h。

（2）混合離子交換器（簡稱混床）：對反滲透產生的初級除鹽水進一步精制，在混床中陰/陽樹脂是相互均勻的，所以進水中的陽離子交換和陰離子交換是多次交錯進行。水中所含鹽類的陰/陽離子通過混床，則被混床中的樹脂交換而得到高純度的水，從而達到鍋爐補給水的水質要求。本系統設置直徑為2 600 mm的混床3臺，每臺設計處理量為210 t/h。

當混床內陰-陽樹脂失效后，產水指標達不到鍋爐給水要求時，混床需采用98%（w）濃硫酸和17%堿液進行再生處理，再生時利用2種樹脂的比重不同，用反洗使陰/陽樹脂完成分離，陽樹脂沉積在下，陰樹脂懸浮在上[8]。本系統通過DCS控制程序設定硫酸和堿液的加注順序、加注時間和加注量，自動實現混床內陰-陽樹脂的再生工作。

2 ?運行情況

2.1 ?預處理系統

通過條件試驗確定了預處理系統各工序的主要工藝參數：板式換熱器出水溫度控制為大于15 ℃;多介質過濾器和活性炭過濾器的運行時間設定為24 h，沖洗時間設定為15.5 min/次;超濾UF的運行時間設定為30 min，沖洗時間設定為200 s/次，控制超濾UF的進水壓力為0.073～0.076 MPa，進出水壓差不大于0.02 MPa（詳見表3）。

在原水進水量為310 t/h，板式換熱器投用1臺，多介質過濾器和活性碳過濾器投用3臺（單臺實際處理量約105 t/h），自清洗過濾器投用2臺（單臺實際處理量約150 t/h），超濾投用2臺（單臺實際處理量約150 t/h）及表3運行參數條件下，多介質和活性碳過濾器對原水TSS的去除效果較好，進水TSS為7 mg/L，出水為1.67 mg/L，TSS的去除率為76%;活性炭過濾器出水余氯為0.08 mg/L，達到設計指標小于0.1 mg/L的要求。

超濾UF在單臺進水量約為150 t/h及表3運行參數條件下，進/出水的水質運行數據詳見表4，由表4可見：超濾UF進水TSS為1.67 mg/L，濁度為0.8NTU，SDI指數為4.5;出水TSS為0.8 mg/L，濁度為0.18NTU，SDI指數為2.5，均達到TSS小于1 mg/L、濁度小于0.2NTU和SDI指數小于3的設計指標要求。

2.2 ?反滲透（RO）系統

通過條件試驗確定反滲透（RO）系統穩定運行的工藝條件為水溫15 ℃、進水壓力1.2 MPa、產水率70%、單臺處理量約為100 t/h，在上述工藝條件下，RO系統的運行數據見表5。由表5可見，進水電導率為855 μs/cm，TDS為427 mg/L，TSS為0.8 mg/L;出水電導率為24.8 μs/cm，TDS為10.9mg/L，TSS為0 mg/L，脫鹽率為98%，均達到電導率小于50 μs/cm、TDS小于24 mg/L和脫鹽率大于97%的設計指標要求。

2.3 ?混床系統

混床經初次再生后，并對混床的再生條件進行了設定：反洗流量為40 t/h，反洗時間為15 min;再生硫酸耗量為120 g/mol，再生堿液耗量為220 g/mol（詳見表6）。混床再生完成后，啟動混床給水泵進行正洗，并穩定其正常產水流量約200 t/h，當出水電導不大于0.2 μs/cm時轉入制水程序。

混床在產水流量為195～210 t/h范圍的條件下，對混床的運行數據進行采集（詳見圖2），由圖2可見：在產水電導不大于0.2 μs/cm的條件下，混床的運行周期達到了120 h，周期制水量達到24 000 t左右，滿足混床再生理論周期4.74 d（約114 h）的設計要求。

3 ?結 論

鑒于PKOP煉廠原有除鹽水系統仍在運行，新建系統僅在系統約50%的設計負荷（原水進水量為310 t/h）條件下，通過條件試驗確定了各工序單套關鍵設備（多介質和活性碳過濾器、超濾UF、反滲透RO和混床）的操作參數，并對以上設備進行了滿負荷性能測試，運行結果表明：

（1）多介質和活性碳過濾器對原水TSS的去除效果較好，進水TSS為7 mg/L，出水為1.67 mg/L，TSS的去除率為76%;活性炭過濾器出水余氯為0.08 mg/L，達到設計指標小于0.1 mg/L的要求。

（2）超濾UF產水的TSS為0.8 mg/L，濁度為0.18 NTU，SDI指數為2.5，均達到TSS小于1 mg/L、濁度小于0.2 NTU和SDI指數小于3的設計指標要求。

（3）反滲透RO出水電導率為24.8 μs/cm，TDS為10.9 mg/L，TSS為0 mg/L，脫鹽率為98%，均達到電導率小于50 μs/cm、TDS小于24 mg/L和脫鹽率大于97%的設計指標要求。

（4）混床在產水流量為195～210 t/h和產水電導不大于0.2 μs/cm的條件下，運行周期達到了120 h，周期制水量達到24 000 t左右，滿足混床再生理論周期4.74 d（約114 h）的設計要求。

隨著該系統逐步滿負荷投用和生產運行經驗的不斷積累，該工藝將會更加成熟完善，以滿足全廠除鹽水的用水要求。

參考文獻：

[1]劉小平，等. 除鹽水制備技術進展[J].工業水處理，2008，28（4）：6-9.

[2]楊麗萍. 除鹽水裝置工藝技術的改進[J].江蘇化工，2004，32（6）：53-55.

[3]薛建麗，等. 脫鹽水超濾膜反滲透膜的運行管理[J].化工設計通訊，2012，33（1）：14-17.

[4]盧意祺，等. 熱能公司除鹽水站水處理工藝淺析[J].安徽農學通報，2013，19（9）：99-100.

[5]劉忠洲，等. 微濾、超濾過程中的膜污染與清洗[J].水處理技術，1997，23（4）：187-193.

[6]張志軍.陶瓷膜污染與清洗[J].河北工業科技，2009，26（1）：61-64.

[7]王翔，等. 蘭州石化公司第一套除鹽水裝置反滲透系統脫鹽率下降原因分析[J].甘肅科技縱橫，2013，16（9）：47-49.

[8]孫鴻飛. 陰離子交換樹脂床“鈉離子放大”原因、影響及應對措施[J].當代化工，2014，43（9）：1932-1934.