締合聚合物對常減壓蒸餾裝置的影響及對策

葛玉龍，潘 巖，晉西潤，薛光亭

(中海油(青島)重質油加工工程技術研究中心有限公司，山東 青島 255434)

聚合物驅作為高含水油田提高采收率的一項重要技術，在油田取得了很好的降水增油效果［1］，對提高原油采收率、穩定老油田原油產量起到了重要作用［2］。在高溫、高壓、復雜的生物及化學條件下，聚合物易于變性而成為堵塞物，是注聚油田普遍存在的難題，特別是某沿海油田應用的疏水締合聚合物，與其他油田應用的各類改性水解聚丙烯酰胺有很大的不同，它具有黏度高、溶解性略差、溶液中存在締合結構等特性，產生的堵塞物不易解除［3］。不但引起上游系統堵塞，而且對加工同類油品的常減壓生產裝置產生了一系列影響。

1 對煉油生產裝置的影響

近幾年以來，某公司所屬B 公司、C 公司、D公司、H 公司等常減壓生產裝置，受某沿海油田締合聚合物驅堵塞物的影響出現了一系列問題:(1)換熱器結垢、堵塞，換熱系數下降;(2)原油含水量增加、乳化破乳困難，脫水難度增大，脫后含鹽、含水量增大。電脫鹽電流變大、電壓波動，能耗升高。電脫鹽罐堵塞，被迫切出系統檢修，增加了裝置運行及檢修成本;(3)常減壓塔頂部低溫鹽酸腐蝕加重;(4)污水處理量增大，處理難度及處理成本增加;(5)影響二次加工裝置正常運行。

1.1 影響換熱系統

1.1.1 換熱系統結垢

受締合聚合物驅堵塞物影響，換熱器結垢比較嚴重(見圖1)，導致流型變差，邊界層變厚，影響傳熱效果，這些物質只有在加溫的柴油浸泡后才能去除。由于換熱效率下降，原油一、二、三次換熱溫度下降。各家生產裝置換后終溫降低10～30 ℃，電脫鹽溫度降低20～36 ℃。增加了燃料氣消耗量。

圖1 換熱器結垢

1.1.2 換熱器堵塞

受某沿海油田締合聚合物驅堵塞物影響，締合聚合物驅堵塞物黏附在換熱器上，導致系統壓力上升。

D 公司常減壓裝置受原油某沿海油田締合聚合物驅堵塞物影響，生產后期系統壓降大，裝置邊界的原油壓力在2.2 MPa(換熱器等級為2.5 MPa)，系統壓力上升。

壓力上升，一方面增加了機泵設備的電力消耗，另一方面泄漏率增大，裝置運行超過正常操作壓力，威脅安全生產。換熱器堵塞清理，增加檢修成本。

1.2 影響電脫鹽

1.2.1 電脫鹽破乳難度加大

某沿海原油采用締合聚合物——改性聚丙烯酰胺(AP-P4)驅油，該注劑為兩性疏水締合聚合物，較普通聚丙烯酰胺有速溶、高效增粘、較好的抗剪切性、良好的傳導性、穩定性和驅油效果，耐溫、耐鹽，但難以溶解。AP-P4 溶液在驅油過程中有較多聚合物分配進入油相，一定條件下使得油水之間更易形成水包油型乳狀液，聚合物與原油相互作用，提高了微觀驅油效率的同時，在油水界面增加了乳狀液的穩定性［4］，從而增加了常減壓電脫鹽破乳的難度，電脫鹽后含水量高，增加了加熱爐燃料消耗，提高了加工成本。

為提高破乳效果，只能加大破乳劑注入量，增加了破乳劑消耗量。2013 年檢修D 公司新投用電脫鹽罐，運行3 個月后，破乳劑注入量最大增加25 μg/g(見表1 和表2)。

1.2.2 脫后含鹽上升，排水中含油量上升

2013 年7 月初檢修D 公司新投用電脫鹽罐，運行3 個月后，脫后含鹽量翻一番。排水含油量由2.9～4.5 mg/L 上升到12.1～14.8 mg/L(見表1～2)。

表1 D 公司新電脫鹽運行初期部分測試數據(2013 年)

表2 新電脫鹽運行三個月后的數據(2013 年)

1.2.3 電脫鹽電壓波動

近年某公司各家常減壓生產裝置電脫鹽因締合聚合物驅堵塞物附著在電極板上，引起電壓波動，電流變大，妨礙了正常運行(見圖2)。

C 公司因原油性質變化，電脫鹽運行時電流持續從90 A 上升至200 A 以上，電脫鹽電耗較高，日電耗 3 000 kW · h 以 上(相當于1.2 kW·h/t原油)，不僅影響電脫鹽正常運行，而且增加了運行成本。全年運行電脫鹽，按增加電耗0.8 kW·h/t 原油計算，740 kt 原油增加電耗60 ×104kW·h，增加成本約48 ×104RMB￥。

圖2 B 公司2013 年10 月電脫鹽罐附著締合聚合物驅堵塞物

1.2.4 電脫鹽反沖洗用水量增加

因某沿海油田締合聚合物驅堵塞物，電脫鹽罐短期積存大量締合聚合物驅堵塞物，電脫鹽反沖洗次數由一周一次，被迫增加到到一天一次，水的消耗量大幅度增加。

1.2.5 堵塞電脫鹽罐

B 公司常Ⅰ裝置原料為某沿海原油，2013年4 月裝置完成消缺后開工運行正常，7 月份開始，裝置一級電脫鹽罐堵塞，無法正常運行。被迫于2013 年10 月將一級電脫鹽罐切出系統進行檢查，打開人孔后，發現罐內存有大量締合聚合物驅堵塞物粘稠狀物質(見圖4)，已堆積到人孔下方100 mm 位置，清理后電脫鹽電流正常，此次停工8 d 利潤損失加能耗、檢修費用合計損失約500 ×104RMB ￥ 。此后原油性質變化影響，電脫鹽罐每2 個月切除出來清理一次。

D 公司2014 年4 月消缺，發現電脫鹽罐內有大量締合聚合物驅堵塞物粘稠狀物質，共清理60桶(圖3)。

圖3 某公司電脫鹽罐內締合聚合物驅堵塞

1.3 常減壓蒸餾裝置腐蝕加重

1.3.1 常減壓塔頂設備腐蝕加重

因某沿海油田締合聚合物驅堵塞物，致使電脫鹽效果變差，大量鹽類進入常減壓塔頂，造成常減壓塔頂系統鹽酸腐蝕加劇。

2014 年4 月份D 公司消缺，發現材質為耐氯離子腐蝕的2205 雙相鋼常壓塔上部六層塔盤、浮閥、塔壁，腐蝕加劇(見圖4)。

2014 年5 月份C 公司檢修鑒定發現常壓塔上部316L 塔盤、浮閥應力腐蝕嚴重，浮閥踩踏或用手一捏開裂，塔盤局部開裂(見圖5)。

圖4 D 公司2205 常壓塔上部六層塔盤、浮閥、塔壁腐蝕圖

圖5 常壓塔上部塔盤、浮閥應力腐蝕開裂

1.3.2 塔頂油氣線及循環系統管線腐蝕加重

因某沿海油田締合聚合物驅堵塞物，常減壓塔頂油氣管線及塔頂循環系統管線設備腐蝕加重，近幾年碳鋼換熱器、碳鋼管線多次出現過腐蝕穿孔問題，威脅某公司各家常減壓蒸餾裝置的安全運行。腐蝕嚴重的設備、管線被迫更換或材質升級。

受某沿海油田締合聚合物驅堵塞物，H 公司2011 年、2013 年兩次檢修發現常減壓塔頂油氣及塔頂循環換熱器E104/1-2，E127，E128，E129 和E125/1-2 結垢腐蝕嚴重，被迫更新管束(見圖6)。

圖6 2011 年消缺H 公司常減頂換熱器腐蝕

1.3.3 增加了塔頂注劑及管線、設備檢維修費用

為減緩常減壓塔頂腐蝕，某公司各常減壓蒸餾裝置加大了塔頂緩蝕劑、堿、氨、水注入量，增加了生產成本。

因嚴重腐蝕，被迫更換管線及設備或材質升級，增加了設備維修費用。

1.4 影響二次加工裝置正常運行

1.4.1 影響潤滑油裝置正常運行，催化劑失去活性B 公司因某沿海原油中締合聚合物驅堵塞物的存在，嚴重影響電脫鹽運行效果，造成潤滑油原料含鹽高。這些金屬元素沉積于催化劑表面或孔道中，造成催化劑永久性失活，影響催化劑的活性，并影響潤滑油產品質量(見表3)。

表3 2014 年3 月份B 公司潤滑油原料金屬離子含量對比 μg/g

1.4.2 影響加氫裝置正常運行

B 公司常二線、減二線、減三線等是后續加氫裝置所需原料，鹽含量超標，無法進下游裝置加工;B 公司加氫脫酸裝置因締合聚合物驅堵塞物附著，精密過濾器反沖洗頻繁，催化劑表面積碳嚴重，催化劑使用壽命大幅縮短。

1.5 影響儲運和污水等系統的正常運行

1.5.1 儲運系統脫水難度加大

由于某沿海油田締合聚合物驅堵塞物，2010年開始，各家油水分離效果差，原油脫水逐漸變差，即使有足夠的溫度以及沉降時間，通過切水閥脫除的水含油量增加，后期脫出的水含大量締合聚合物驅堵塞物，呈灰黑色的。同時由于明水未能及時脫除，造成向裝置所供原油含水量增加，增加了裝置燃料、電能消耗。

D 公司向裝置所供原油水質量分數，從原來的0.25%上升到目前0.60%左右，裝置能耗也因此增加。

因原油含水過高，原油罐切換過程中，原油中水迅速汽化，導致系統壓力上升，換熱網絡系統及生產裝置長時間大幅度波動。C 公司因某沿海油田締合聚合物驅堵塞物，原油罐每次切換時，因原油含水量上升、脫除困難，裝置原油系統壓力上升0.2～0.3 MPa，換熱網絡系統及裝置操作波動4～6 h，嚴重威脅裝置安全生產。國內煉油裝置曾出現過因原油帶水，裝置波動，引發換熱器泄漏著火的次生事故。

1.5.2 原油罐加溫脫水及清罐費用增加

D 公司每年因某沿海油田締合聚合物驅堵塞物，原油升溫脫水年增加蒸汽消耗94.8 ×104RMB￥。每年產生的2 000 t 罐底油回煉費用達64.4 ×104RMB￥，清罐費用為39.4×104RMB￥。

1.5.3 污水處理負荷難度及成本增加

因某沿海油田締合聚合物驅堵塞物，原油罐切水、電脫鹽切水含油高、脫水量大，排水中夾雜一些膠狀締合聚合物驅堵塞物，影響污水處理系統的正常運行，導致污水處理難度和處理成本增大。

C 公司脫水期間，污水處理系統氣浮困難;BAF 效率下降，中水COD 上升，顏色發黃。為提高氣浮效果，增加PAC 絮凝劑30%以上(大約10 kg/d，增加約1 t/a);有時采取中水循環稀釋手段，增加15%污水循環處理(1～2 t/h)。相應增大了污水處理難度及污水處理成本。

2 生產應對措施

2.1 罐區升溫脫水

原油儲存溫度提高到60～65 ℃，并延長靜置時間。以此來提高油水分離的效果，并使AP-P4隨水沉降。(D 公司、C 公司應用過此方案)

油水分離困難，切水頻率高。罐底油很難處理。(以D 公司為例:2 000 t 罐底油，含油在60%左右，如果這部分罐底油按污油處理，處理費需400 ×104RMB￥，同時會造成1 200 t 原油損耗，費用約500×104RMB￥。)

2.2 增加在線清洗和反沖洗次數

采用常一線或輕燃料油對換熱器和電脫鹽進行清洗，清洗時間48 h(B 公司、D 公司公司和C公司現場進行了應用)。清洗用的燃料油或常一線以污油的形式回煉。清洗過程需要升溫，攪拌或采用泵循環，能耗增加。在線清洗過程中產生約5%的清洗用油損耗。

2.3 清除換熱器及電脫鹽罐內堵塞物

某公司內各加工某沿海原油的企業由于換熱器堵塞、設備及管線腐蝕嚴重、電脫鹽堵塞等原因，不得不頻繁消缺，甚至停工檢修，造成檢維修費用加大。

2.4 常減壓塔頂系統材質升級

由于常壓塔6 層塔盤以上內構件，常、減壓塔塔頂油氣管線、塔頂回流系統腐蝕嚴重，設備不得不更換、材質升級。(如2012 年和2013 年D 公司對塔頂系統進行材質升級，升級為22-05 雙相不銹鋼材質。)

2.5 加大絮凝劑使用量

原油罐切水、電脫鹽切水由于含油高等問題導致污水處理難度加大，各公司加大了絮凝劑使用量。如C 公司脫水期間，污水處理系統氣浮困難;中水COD 上升，顏色發黃。為提高氣浮效果，增加PAC 絮凝劑30%以上;有時采取中水循環稀釋手段，增加15%污水循環處理。相應增大了污水處理難度及污水處理成本。

3 結束語

某沿海油田締合聚合物驅堵塞物的加入在上游采油增產的同時，引發了下游常減壓蒸餾裝置設備堵塞、腐蝕加重、電耗水耗加大、生產周期縮短、檢修成本增加等一系列問題，擾亂了生產秩序，采取應急措施只能暫時減緩問題影響。締合聚合物驅堵塞問題，是采油和生產企業必須面對的難題，需共同協作解決。

［1］武明鳴，趙修太，邱廣敏，等.驅油聚合物水溶液黏度穩定劑的研究［J］.石油鉆采工藝，2005，27(3):38-40.

［2］付繼彤，彭蘇萍.新型聚合物研究與應用［J］.鉆井液與完井液，2002，19(6):28.

［3］宋愛莉，孫林.某沿海油田締合聚合物驅堵塞物形成機理分析［J］.石油鉆采工藝，2011，33(6):83-84.

［4］朱榮嬌.疏水締合聚丙烯酰胺的性能評價［J］.天津大學學報，2012，45(6):540-545.