Mechanical Engineering and Technology 机械工程与技术, 2012, 1, 37-44 http://dx.doi.org/10.12677/met.2012.13007 Published Online September 2012 (http://www.hanspub.org/journal/met.html) Influence Factors Analysis of Electric Desalting System Running Smoothly on 4.5 Million t/a Atmospheric-Vacuum Distillation Unit Qingzhou Qu, Mingha i Lu, Shichuang Yan, Gang Sh i PetroChina Dalian Petrochemical Company, Dalian Email: dianerliu@yahoo.com.cn Received: Jun. 14th, 2012; revised: Jul. 16th, 2012; accepted: Jul. 23rd, 2012 Abstract: Through to the 4.5 M t/a Atmospheric-Vacuum Distillation unit in the PetroChina Dalian Petrochemical Company (hereinafter referred to as the Two Distillation unit) effects of electric desalting effect factors one by one to expand the investigation, targeted on the electric desalting water injection site, backwash mode adjustment and trial model, demulsifier and other measures, so that the electric desalting system operation condition is improved, thereby improving the unit operation stable rate, ensure the safe production of the device. Keywords: Electric Desalting; The Water Content of Crude Oil; Demulsifier; Water Injection; Backwashing 影响 450 万常减压蒸馏装置电脱盐系统平稳运行因素分析 屈清洲,卢明海,颜世闯,史 刚 中国石油大连石化公司,大连 Email: dianerliu@yahoo.com.cn 收稿日期:2012 年6月14 日;修回日期:2012 年7月16 日;录用日期:2012 年7月23 日 摘 要:通过对大连石化公司 450 万常减压蒸馏装置(以下简称二蒸馏装置)影响电脱盐效果的因素逐项展开排 查,针对性地对电脱盐注水部位、反冲洗方式的调整和试用新型号破乳剂等措施,使电脱盐系统的运行状况明 显改善,从而提高了装置运行的平稳率,保证了装置的安全生产。 关键词:电脱盐;原油含水;破乳剂;注水;反冲洗 1. 前言 随着大庆原油资源的减少,为保持润滑油和石蜡 的正常生产,目前大连石化二蒸馏装置除主要加工过 驳大庆原油外,还大量加工尼罗、涠洲、米纳斯、卡 宾达等石蜡基原油。由于二蒸馏装置初馏塔顶安全阀 设计压力仅为 2 kgf/cm2,在掺炼尼罗油或涠洲原油 时,在电脱盐正常注水工况下,当进装置原油含水过 高时,存在初馏塔顶压力突然升高和电脱盐切水发黑 问题。为确保安全生产和环保要求,只能停止电脱盐 注水。尤其 2011 年8月份以来,由于二蒸馏初馏塔 顶压力升高导致停注水的状况非常普遍,如图 1。 而长期停止电脱盐注水又必然导致原油脱盐效 果差,对蒸馏装置的防腐和后续加工装置及产品质量 等会带来不利影响。因此,在不影响安全生产的条件 下,恢复电脱盐正常注水工作是至关重要的。 2. 二蒸馏电脱盐系统在稳定运行方面 存在的问题 2.1. 原油含水量大,沉降切水困难 二蒸馏装置加工的原油全部在我公司的盐岛6#、 Copyright © 2012 Hanspub 37 影响 450 万常减压蒸馏装置电脱盐系统平稳运行因素分析 为蒸发塔压力、为注水量 t/h、降雨量 mm Figure 1. In august the Two Distillation unit distillation tower pressure and electric desalting water situation 图1. 二蒸馏 8月份初馏塔顶压力和电脱盐注水情况 7#、8#、9#四个罐沉降,如图2。 在储存 3个以上原油品种时,原油沉降时间短, 有时来不及沉降就进入二蒸馏装置。另外,还存在 14#进装置原油中间罐叠管漏,雨水随原油进入装置; 以及 8#罐加热盘管漏,加热达不到原油储存温度低 等问题,更加重了供二蒸馏装置原油含水量大的问 题。 从2011 年8月份 Lims 系统查询,原油储罐含水 最高达到 2.4%。8月28 日和 9月8日在装置入口采 到原油含水达到0.55%。通过电脱盐系统注水量和切 水量计算,进装置原油含水量达到 0.7%左右,均超出 工艺卡片不大于0.5%的要求。 不同含水率的原油显微摄影图片如图 3所示。 酸值较高的尼罗原油(酸值大于 0.35 mg KOH/g) 本身含水量高,在罐区脱水不充分时,原油换罐时罐 底原油含水高,经原油泵强剪切混合、输送,导致原 油乳化,产生顽固乳化液,原油静电脱盐工艺难以有 效抑制这种现象[1]。 2.2. 进口原油含有大量的淤泥,影响电脱盐 系统正常运行 大部分油田是利用注水驱动方式开采的,特别是 油田的后期生产中,油井出水量可达其产液量的 90% 以上,泥沙等机械杂质亦多达 1%~1.5%。加工尼罗原 油时,发现电脱盐系统切水含有悬浮物,静置后沉于 水底,类似淤泥[2]。这些淤泥随电脱盐正常切水进入 含油污水系统,造成COD、悬浮物超标,如图 4。可 以看出沉降后密度比水大,沉降不完全时,泥渣悬浮 于水中,类似“黑墨水”。 这部分“淤泥”沉淀于脱盐罐底部,使罐的空间 变小,造成水的停留时间减少,排污水含油量增加, 如图 5。 由于电脱盐反冲洗时,电脱盐切水中含有大量油 泥,装置外排污水中含油、COD、悬浮物等指标均不 合格,对污水厂冲击非常大,为避免对污水厂的冲击, 装置从 2010 年11 月份开始被迫暂时停止电脱盐反冲 洗。 Copyright © 2012 Hanspub 38 影响 450 万常减压蒸馏装置电脱盐系统平稳运行因素分析 Copyright © 2012 Hanspub 39 Figure 2. The Two Distillation unit for crude oil storage tank 图2. 供二蒸馏装置原油储罐 含水 2% 的原油乳液 含水 0.2% 的原油乳液 Figure 3. Effect of water content of crude oil is microscopic photography 图3. 不同含水率的原油显微摄影图片 Figure 4. The Two Distillation desalting research before the water cutting condition 图4. 二蒸馏电脱盐攻关前的切水状况 Figure 5. The Two Distillation desalting long time without back- wash tank bottom “silt” serious 图5. 二蒸馏电脱盐长时间未反冲洗罐底“淤泥”严重 2.3. 电脱盐停止注水,对设备腐蚀加剧 电脱盐系统停止注水,不仅造成脱后含盐超标, 同时“HCl-H2S-H2O”对酸性腐蚀体系蒸馏初馏塔、 常压塔、减压塔顶馏出线及相关冷却设备造成不同程 度的腐蚀[3]。 二蒸馏装置初、常顶回流罐有 PH 在线监测,当 电脱盐系统停用后 2小时左右,多次出现回流罐切水 PH 值后由8~9下降至 5~6 的现象,这时设备腐蚀开 始加剧。图 6为电脱盐停止注水后回流罐切水 PH值 变化情况。 回流罐切水铁离子含量化验分析数据也显示,加 工尼罗原油电脱盐系统停注水时,三顶回流罐切水铁 离子含量由正常的 3 pp m以下,上升至 10~30 ppm。 此分析化验结果是在装置大幅提高塔顶缓蚀剂 注入量(提高了 25%)后的情况,这也造成装置缓蚀剂 消耗上升。 3. 二蒸馏电脱盐系统稳定运行攻关 工作内容 二蒸馏加工原油种类繁多,操作切换频繁。第一 影响 450 万常减压蒸馏装置电脱盐系统平稳运行因素分析 Figure 6. The Two Distillation is interrupted when PH changes 图6. 二蒸馏常压塔顶回流罐切水在电脱盐注水中断时 PH变化 级Ø3800 × 18,000(切线)电脱盐罐,采用 技术;第二级脱盐 Ø4200 × 20,000(切线)采用对劣质 原油适应性强的新型智能响应控制电脱盐技术,如图 7所示。 1) 主要设备规格: 目前主要设备概况(台、具) tower of r e flu x tank of water cutting in electric desalting water injection 高速电脱盐 装置 加工能力 万吨/年 一级脱盐罐 二级脱盐罐 大连二 蒸馏 450 Ø3800 × 20,000 Ø4200 × 3,000 高速 智能 2 2) 注破乳剂 装置 破乳剂型号 破乳剂 注入点 注水 来源 注水位置 、注水情况: 大连二 蒸馏 N S-89A BPR27141 原油泵入口 及二级入口 净化 水 二级注水, 二级脱水 回注一级 3) 主要操作条件: 装置 脱盐 温度 ℃ 脱盐 罐压力 MPa 破乳剂 加入量 (ppm) 注水量 t/h 混合 压差 kPa 大 二蒸馏 连 125 0.9~1.4 10~20 (油溶性) 12~18 50~80 Figure 7. The Two Distillation desalting principle diagram 图7. 二蒸馏电脱盐原则流程图 4) 反冲洗情况 3.1. 盐运行效果的因素比较多,具体关联因 8。 脱盐效果 的因素主 攻关前大连二蒸馏装置正常情况下规定每天 3 次,每次 3分钟,为防止对污水场造成冲击,2010年 11 月份以后进行间断性反冲洗措施。 针对影响电脱盐效果的因素逐项展开排查 影响电脱 素如图 针对二蒸馏装置电脱盐系统特点,影响 要包括: 1) 电场强度 Copyright © 2012 Hanspub 40 影响 450 万常减压蒸馏装置电脱盐系统平稳运行因素分析 Figure 8. Effect of electric desalting effect factors 图8. 影响电脱盐效果的因素 2) 破乳剂性质及其注入量 3) 注水量和水质 4) 油水混合强度 5) 电脱盐的操作条件:温度、压力 7) 电脱盐罐油水界面之间 个方面。 3.1.1 调整 蒸0脱 盐注水部罐入 一 级罐 水 左 3.1.2 2始,电脱 式有所改变。原先电脱盐罐反冲洗是直排下水系统, 水含 , 止时 冲洗, 罐底部污泥沉积量大,水相沉降空间减 小,造成电脱盐正常运行切水时携带油泥,切水发黑, 成冲击 严停和 切水 ]。 为解决电脱盐反冲洗对环境造成的影响,经研究 开 直排到下水系统,而是排到临时集水槽中,再被抽到 专用的污油车内,然后转送到有资质的单位进行处理 (如图 9)。 截止 2011年11 月底,反冲洗的频次如表 1所列。 由于反冲洗对电脱盐稳定运行的重要性,现阶段 这种反冲洗方式将做为常态化工作,约 2周左右反冲 洗一次。 3.1.3. 新型破乳剂的使用 二蒸馏装置电脱盐运行不稳定的重要原因之一就 是原油性质变化频繁。由于公司原油储存容积有限, 这些原油的品种和混合比例经常变化,造成电脱盐系 统操作波动大,因此筛选广谱性强的破乳剂尤为重要。 根据破乳剂筛选工作统一安排,从2011 年8月份开始, 在公司合格供方名录里筛选破乳剂基础上,引进并试 用新型号的油溶性破乳剂,注入量仍为 10~20 ppm, 具体型号包括:EC2472A破乳剂、SXG-321B 破乳剂、 HP-2819破乳剂等[6]。经过评价,从目前已筛选的破乳 剂使用效果看,型号NS89A 和BPR27141 的破乳剂针 剂针对进口原油广谱性要好一些。 6) 原油在电脱盐罐内的分布 EC2472A 破乳 乳化层 对大庆原油脱盐、脱水效果要好一些, 8) 电脱盐罐的冲洗 9) 界位控制[4] 根据现场实际情况和可调整的因素,重点调整工 作主要以下几 . 电脱盐注水方式的 二馏装置从211年9月21 日开始,调整电 位,由原来的注入二级 口改变为注入 级罐入口 吨/小时 ,二 右。 做为缓冲罐。注量仍保持在 15 . 电脱盐反冲洗方式的改变 从011 年10 月12 日开 盐罐的反冲方 反冲洗时 重冲击 电脱盐排 有大量污泥 反冲洗。由 ,对污 于长 水厂造成严 间不进行反装置只能停 电脱盐 也对污水 [5 场造, 重时只能止电脱盐注水 从2101 年10 月12 日 始电脱盐反冲洗排污水不再 F statistics (by the end of November) 月 igure 9. The Two Distillation desalting the backwash mode 图9. 二蒸馏电脱盐目前反冲洗方式 Table 1. Electrical desaltinger recoil frequency 表1. 电脱盐罐反冲频次统计表(截止 11 月底) 日 反冲时间 反冲水量 10 12 6小时 302吨 10 21 4小时 207吨 11 4小时 208吨 4小时 212吨 4小时 208吨 10 29 4小时 211吨 4 11 11 11 23 Copyright © 2012 Hanspub 41 影响 450 万常减压蒸馏装置电脱盐系统平稳运行因素分析 3.2. 开展盐岛原油罐区相关工作 1) 增加并罐时间 生产自 2011 年9月21 日开始,安排盐岛罐区付 西油槽 14#罐时增加并罐时间,即自 A罐切换至 B罐 付14#罐时,A、B罐按 1:1 共同付西油槽 6~8 小时再 转B罐单独付。 2) 增加石蜡基原油厂内库存 准备将二蒸馏进料缓冲罐由西油槽14#罐(2万立) 调整为八三 4#罐(4万立方)。可多储存原油 2万立, 通过调整八三 4#罐液位可增加盐岛罐区原油静止时 间24 小 将八三 13 特殊情况可 保证 以上。 管漏的问题 盘管漏,由于石蜡基原油罐紧 张一 基油储罐, 可安 加热问题可解决。 50℃。 由于 加热蒸汽线为公司末端,温度压 力较 油温度,因此出罐区的原油 温度只有 40℃~43℃,达不到二蒸馏装置进料要求。 盐岛罐区的原油进行 加热, 盐优化运行攻关结果评价 电脱盐系统通过对 注水 时。 #罐改储石蜡基原油后,无 二蒸馏原油静止时间在 5天 3) 解决 8#罐加热盘 8#罐原油蒸汽加热 直未安排,13#罐如按期调整为石蜡 排8#罐刷罐、维修。维修完后 4) 改善原油罐区提温措施 二蒸馏装置要求原料进装置的温度不得低于 盐岛罐区原油罐 低,加热罐中原油速度较慢,使得原油在原油罐 内不能维持或提高罐内原 因此拟采用新区热媒水对进入 加热后再进入原油罐,同时将新区至盐岛罐区 沿途系统管线伴热增上热水伴热系统。 4. 二蒸馏电脱 自2011 年9月份以来,装置 部位和反冲洗方式的调整等针对性措施,使电脱 盐系统的运行状况明显改善,电脱盐运行平稳、原油 脱后含盐量、含水量均达到工艺指标要求,特别是电 脱盐罐切水由原来带渣严重改变为清澈透明,说明近 期一系列的攻关措施对路、有效,从而提高了装置运 行的平稳率,保证了装置的安全生产。 4.1. 电脱盐切水状况明显改善 切水外观攻关前后对比如图10 所示。 从图可以看出,电脱盐罐切水由原来黑色变为清 澈透明。 攻关前切水采样 攻关后切水采样 Figure 10. Before and after the two distillation desalting water cutting condition comparison 图10. 攻关前后二蒸馏电脱盐切水情况对比 4.2. 二蒸馏初馏塔压力控制平稳 二蒸馏电脱盐注水方式改变前,当出现原油带水 或 脱水效果变 为确保蒸 发 种操作安 样遭遇 原油带水或者是混合不均匀的状况时,由于二级罐的 缓冲作用,电 盐波动的明显降低,压力 能够 终保持70~10 ,而且经历 米纳 斯、 洲和卡达原油不同况,过 蒸发塔压力突 增加到接全界限的状流罐 排空的隐患问 得到有效(如图 11)。 者是原油混合不均匀的情况时,就会造成电脱盐罐 差,引起蒸发塔压力突然上升, 塔安全运行,装置只能将回流罐现场排空泄压,这 全风险很大。在注水部位改便后,同 脱 程度蒸发塔 始 在 0 KPa了加工 涠宾比例的工 再没出现 然 近安况,回 题 解决 Copyright © 2012 Hanspub 42 影响 450 万常减压蒸馏装置电脱盐系统平稳运行因素分析 Copyright © 2012 Hanspub 43 装置调整后至今,在加工大庆 原油 电脱盐运行稳定有效保证了原油的脱盐、脱水效 果,保证了本装置和下游催化装置的安全运行。 5. 小结及建议 针对影响二蒸馏装置电脱盐系统运行不稳定因 4.3. 脱后原油盐含量合格 从2011 年9月份 、米纳斯原油、涠洲原油和卡宾达原油时,二蒸 馏脱后原油含盐量、含水量合格率100%,如表 2所 示。 Figure 11. The Two Distillation fractionator 图11. 二蒸馏初馏塔压 pressureember) 力变化趋 Table 2. Water injection adjustment after the removal of crude salt and water 原油含盐和含水情况跟踪截止 11 月份底) 日脱前含 (%) mg NaCl/l (%) 含油 m/l 一级排水 COD mg/l trend (2011 Nov 势(2011 年11 月份) content after tracking (by the end of November) (表2. 注水方式调整后脱后 期 原油品种 原油加工量 (t/d) 脱前含盐 mg NaCl/l 水 脱后含盐 脱后含水 一级排水 g 10.24 大庆 13,000 10.01 0.18 2.98 0.08 5.1 123 10.31 大庆 13,000 9.09 11.2 大庆 13,000 4.59 11.4 米纳斯 13,000 4.26 11.7 大庆 13,000 4.3 11.9 大庆 13,000 5.96 11.11 涠洲 13,000 3. 11.14 大庆 13,000 9. 0.15 0.15 2.16 11.7 175 0.12 0.15 0.09 67 0.10 2.42 18.4 590 64 0.07 3.14 0.05 91 0.07 11 01 0.04 11 40 0.30 指标 ≯800 2.56 0.04 5.0 184 2.08 9.2 524 2.1 0.05 12.5 825 2.59 0.05 9.8 364 5 2.85 0.15 7.9 334 2.26 0.12 21.7 678 5 2.02 0.10 7.2 446 2.48 0.04 14.6 286 2.66 0.20 8.6 533 2.43 0.09 11.0 422 ≯3 ≯0.5 ≯100 11.16 大庆 14,000 11.18 大庆 14,000 3. .21 大庆 14,000 6. .23 卡宾达、涠洲、尼罗 12,500 9. 平均 影响 450 万常减压蒸馏装置电脱盐系统平稳运行因素分析 置改变、反冲洗方式的 调整 针 而提高了装置运行的平稳率,保证了装置的安 全生产。为保证装置的长远稳定运行,需要进一步做 工作,建议如下: 1) 目前电脱盐注水方式是第一级罐注水和排水, 第二级罐做为缓冲罐,实质是在目前石蜡基原油罐区 存在的问题暂时无法根本解决下的权宜之计,主要保 证初馏塔顶压力不突升,确保回流罐现场不排空。由 两级脱盐改为一级脱盐,总体脱盐效率下降,在目前 加工的原油含盐在 12 mg NaCl/l以下时,原油脱后含 盐基本符合要求,当原油脱前含盐在12 mg NaCl/l以 上时,原油脱后含盐会突破3 mg NaCl/l指标。因此, 针对原油罐区存在的问题和解决方案,需要继续跟踪 落实下去,争取早日恢复两级电脱盐,以应对原油劣 质化趋势。 2) 电脱盐反冲洗常态化以后,脱盐效率提高,切 水清澈,但目前是渣和水一起从临时水槽被抽到专用 的污油车内,渣和水一起计算费用,如果始终以这种 方式进行,每年的累积费用将非常大。因此,从节省 费用考虑有必要将渣和水分离,与此有关的利用供排 水车间3#调节罐(10,000米3)或联合车间范围内增加沉 降分 矿 基原油的质量含水量不大于0.5%,即油田原 前必须将水脱出,合格原油允许含 水率 的原油含水不大于 0.1%,含盐量不大于 3~5 mg/L[8]。 对照此标准,原油引进部门要重视原油含水高的问 题,提高原油采购标准。 参考文献 (References) [1] B. 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