含油冷凝水除油除鐵系統(tǒng)及其改造

陶衛(wèi)君

(中國石油克拉瑪依石化公司， 834003)

含油冷凝水除油除鐵系統(tǒng)及其改造

陶衛(wèi)君

(中國石油克拉瑪依石化公司， 834003)

介紹了某石化公司含油冷凝水除油除鐵裝置及運(yùn)行中存在的主要問題，分析了裝置除油除鐵效果不佳的主要原因。根據(jù)裝置運(yùn)行中存在的問題，提出對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，增設(shè)前置快分離過濾器，更換現(xiàn)有除油除鐵設(shè)備組件，調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行方式，以改善裝置除油除鐵效果。

含油冷凝水 除油 除鐵 系統(tǒng)改造

某石化公司含油冷凝水除油除鐵裝置設(shè)計(jì)處理能力為100 t/h，于2009年9月投產(chǎn)，主要回收煉油裝置的含油冷凝水。

含油冷凝水經(jīng)換熱后進(jìn)入含油冷凝水原水罐，由除油水泵送入除油除鐵裝置，除完油后進(jìn)入含油冷凝水凈水罐。由于除油除鐵之后的冷凝水的含油量和含鐵量等各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)不到中壓鍋爐水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，不能直接直接進(jìn)入除氧器向中壓鍋爐水供水，只能作為軟化水降級(jí)使用，用作空冷設(shè)備、加氫裝置和0.3 MPa低壓鍋爐用水。文章通過分析該裝置運(yùn)行中存在的問題原因，提出設(shè)備改造方案，以改善裝置運(yùn)行狀況。

1 含油冷凝水除油除鐵系統(tǒng)

改造前工藝流程見圖1。含油冷凝水除油除鐵系統(tǒng)采用活性分子膜超微過濾和多官能團(tuán)纖維吸附的組合工藝去除蒸汽凝結(jié)水中的油類及高價(jià)金屬離子。裝置主要由在線甄別系統(tǒng)、超微過濾器、纖維吸附罐及自動(dòng)反洗再生系統(tǒng)等組成。

圖1 裝置改造前工藝流程

1.1 在線甄別系統(tǒng)

含油冷凝水經(jīng)在線甄別系統(tǒng)檢測(cè)，未達(dá)到除油除鐵裝置進(jìn)水要求的含油冷凝水排入含油污水池;達(dá)到進(jìn)水要求的含油冷凝水進(jìn)入1#、2#含油冷凝水原水罐，經(jīng)除油水泵依次進(jìn)入1#和2#超微過濾器、1#和2#纖維吸附罐進(jìn)行過濾和吸附。經(jīng)過處理的凈化水經(jīng)在線甄別系統(tǒng)檢測(cè)，合格凈化水進(jìn)入3#含油冷凝水凈水罐，不合格水返回1#、2#含油冷凝水原水罐重新除油。在線甄別系統(tǒng)含油冷凝水進(jìn)水及除油除鐵處理后出水質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 冷凝水處理系統(tǒng)進(jìn)、出水質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

1.2 超微過濾器

超微過濾器采用耐高溫鍍膜陶瓷過濾元件，化學(xué)藥劑在過濾管表面及微孔內(nèi)形成多層固化的活性分子膜。通過過濾和吸附作用，可去除機(jī)械分散態(tài)油和部分乳化油、鐵離子等高價(jià)金屬離子［1］，使水中油含量降低至5～6 mg/L，鐵含量降至150 μg/L，為后續(xù)纖維吸附罐內(nèi)的復(fù)合碳纖維創(chuàng)造工作條件，延長碳纖維官能團(tuán)的壽命［2］。

1.3 纖維吸附罐

纖維吸附罐屬精密過濾裝置，添加了大量相關(guān)官能團(tuán)的復(fù)合吸附纖維氈細(xì)孔密集，比表面積大，吸附能力強(qiáng)［1］。在復(fù)合吸附纖維氈加工過程中，可根據(jù)不同凝結(jié)水水質(zhì)情況，選擇不同的活化物質(zhì)，加入相應(yīng)的官能團(tuán)，從而進(jìn)行不同的活化處理。處理加工后的碳纖維具有選擇性吸附功能，對(duì)凝結(jié)水中油類等有機(jī)污染物進(jìn)行有效吸附，使出水含油量不大于1 mg/L，總鐵含量不大于 50 μg/L。

1.4 自動(dòng)反洗再生系統(tǒng)

超微過濾器和纖維吸附罐采用自動(dòng)反洗再生，根據(jù)污染物累積量自動(dòng)進(jìn)行再生操作，一般每隔24 h自動(dòng)反洗一次。用壓力0.4～0.6 MPa、溫度160～260℃的蒸汽對(duì)超微過濾器和纖維吸附罐進(jìn)行反向清洗，使分子膜和復(fù)合纖維氈脫除附著的油污和雜質(zhì)，活性分子和官能團(tuán)得以再生。

2 冷凝水除油除鐵系統(tǒng)存在的問題

含油冷凝水除油除鐵裝置開工至今一直存在一些問題，經(jīng)過多次維護(hù)、處理效果仍不理想。

2.1 水質(zhì)問題

(1)含油冷凝水經(jīng)過除油除鐵后，凈水各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)不到凈水出水水質(zhì)指標(biāo)要求。2010年1月份除油除鐵裝置試運(yùn)期間，對(duì)除油除鐵后的凈水進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)分析，結(jié)果表明含油量0.2 ～3.7 mg/L，含鐵量50 ～220 μg/L，電導(dǎo)率為7 ～15 μs/cm，硬度2.0 ～6.0 μmol/L，除油、除鐵效果不理想，電導(dǎo)率、硬度等指標(biāo)也不達(dá)標(biāo)。

(2)超微過濾器和纖維吸附罐設(shè)備用蒸汽進(jìn)行約1 h反沖洗再生后，凈水分析儀表顯示值凈水含油量提高到1～2 μg/g，反沖洗期間凈水水質(zhì)不合格，影響了水罐水質(zhì)。在反沖洗結(jié)束后對(duì)凈水取樣分析，發(fā)現(xiàn)凈水中含有許多黑色塊狀雜質(zhì)，最大直徑達(dá)到0.7 cm，凈水濁度達(dá)到2.7 FTU(正常運(yùn)行時(shí)，濁度一般小于1 FTU)。

2.2 設(shè)備問題

(1)超微過濾器運(yùn)行壓差大，流量60 t/h左右，罐體壓力接近0.4 MPa;封頭常漏水(水壓試驗(yàn)0.7 MPa)。

(2)超微過濾器和纖維吸附罐的蒸汽進(jìn)口氣動(dòng)閥內(nèi)漏嚴(yán)重，1#纖維吸附罐進(jìn)口氣動(dòng)閥更換了2次，內(nèi)漏問題仍未解決，給裝置運(yùn)行埋下了安全隱患。

(3)超微過濾器進(jìn)水流量控制閥反應(yīng)太滯后，閥門開度與流量呈非線性關(guān)系，流量控制難度大。

(4)在線甄別系統(tǒng)儀表測(cè)量準(zhǔn)確度低，在線儀表顯示值與實(shí)際人工取樣測(cè)量值之間存在誤差;纖維吸附罐出口凈水水中油分析儀表精度為1 μg/g，達(dá)不到 0.1 μg/g 精度要求，而且這種儀表在維護(hù)清洗時(shí)，水在表盤上溢流，很容易造成儀表內(nèi)部電路板燒毀，損壞儀表。

3 冷凝水除油除鐵系統(tǒng)失效原因分析

3.1 原水污染超微濾元

從各裝置冷凝水質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，正常運(yùn)行時(shí)水中油含量一般在1.2～15.6 mg/L。當(dāng)用汽設(shè)備發(fā)生油泄漏時(shí)，冷凝水含油量會(huì)急劇上升，通過對(duì)冷凝水取樣分析，最大含油量達(dá)100 mg/L。煉油各裝置蒸汽冷凝水所含雜質(zhì)見表2。

表2 含油冷凝水所含雜質(zhì)及其來源

在含油冷凝水除油除鐵裝置開工初期，原水罐殘留污油對(duì)超微過濾器分子膜和纖維吸附罐吸附組件造成污染，雖經(jīng)過清理，實(shí)際濾元內(nèi)污染現(xiàn)象仍未得到根本杜絕，且原水中的非烴類污染物(膠體)繼續(xù)累積，造成超微濾元嚴(yán)重污染，非烴類污染物(膠體)吸附在超微濾元外壁，形成“門簾”，導(dǎo)致活性分子膜無法正常工作甚至失效。

3.2 過濾法除乳化油效果不理想

凝結(jié)水中的油有游離態(tài)油、機(jī)械分散態(tài)油、乳化態(tài)油和溶解態(tài)油等4種形態(tài)，其中乳化態(tài)油和溶解態(tài)油是主要存在形態(tài)。凝結(jié)水中的油經(jīng)過機(jī)械運(yùn)動(dòng)，大部分因發(fā)生離散、碎解而在水中呈乳化狀態(tài)(油粒粒徑在 0.1 ～0.5 μm 之間)［3］。加之凝結(jié)水溫較高，油粒在水體中的布朗運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，在水體中的溶解性提高，溶解油以分子狀態(tài)存在于水體。目前石化企業(yè)冷凝水除油使用的方法包括過濾法、復(fù)合膜阻截除油法、樹脂除油法、表面過濾加精密過濾法等，基本上不是阻截法就是過濾法。從機(jī)理上講，阻截、過濾法只能有效處理游離態(tài)油、機(jī)械分散油，處理乳化油分子和溶解油分子十分困難。

3.3 過濾法除鐵效果不理想

要除掉冷凝水中粒徑比水分子還小的Fe2+和Fe3+，阻截膜或過濾膜的孔徑必須非常細(xì)微。高溫?zé)Y(jié)的陶瓷濾料利用多孔和粗糙的表面密集層結(jié)構(gòu)，將鐵離子和細(xì)小懸浮物過濾吸附。通過濾料的粒度控制出水鐵離子含量［4］。但由于Fe3+為膠狀，它會(huì)附著在過濾膜的表面，堵塞濾料的孔道，污染濾料，濾膜運(yùn)行一段時(shí)間后其過濾吸附能力會(huì)降低［5］。另外，由于冷凝水的溫度比較高，濾料會(huì)有雜質(zhì)溶出，出水硬度增大，對(duì)冷凝水形成二次污染［6］。

4 含油冷凝水除油除鐵系統(tǒng)改造及效果

根據(jù)冷凝水除油除鐵裝置運(yùn)行中存在的實(shí)際問題，決定對(duì)現(xiàn)有裝置流程進(jìn)行改造，使裝置出水水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 增設(shè)前置快分離過濾器

根據(jù)冷凝水除油除鐵系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況及水質(zhì)分析，在原流程中超微過濾裝置前增設(shè)前置快分離過濾器。前置快分離過濾裝置濾元采用活性炭纖維球?yàn)檫^濾和吸附的基料，運(yùn)用北京中能環(huán)科公司的專有技術(shù)，在反復(fù)活化、炭化的同時(shí)，添加大量官能團(tuán)，使之有效阻截、吸附大量非烴類、烴類、膠體及其他雜質(zhì)，保障后續(xù)設(shè)備運(yùn)行條件，使出水指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。改造后工藝流程見圖2。

圖2 改造后工藝流程

經(jīng)在線甄別系統(tǒng)檢測(cè)，符合進(jìn)水要求的冷凝水直接進(jìn)入原水箱，經(jīng)泵提升后進(jìn)入前置快分離過濾器，去除水中大量非烴類、烴類、膠體及其他雜質(zhì)。出水依次經(jīng)過超微過濾器和纖維吸附罐除去冷凝水中大部分的烴類及金屬離子。處理后的冷凝水需再次經(jīng)過在線甄別系統(tǒng)檢測(cè)，合格冷凝水進(jìn)入3#含油冷凝水凈水罐。一旦出現(xiàn)水質(zhì)超標(biāo)，則凝結(jié)水通過自控系統(tǒng)返回1#、2#含油冷凝水原水罐重新處理。

4.2 更換現(xiàn)有除油除鐵設(shè)備組件

(1)更換現(xiàn)有的2臺(tái)超微過濾器組件，并重新進(jìn)行預(yù)膜處理;更換現(xiàn)有的2臺(tái)纖維吸附罐組件，以解決活性分子膜超微過濾器在污堵后工作狀態(tài)不佳，無法保持較高活性，吸附效果下降，甚至無法吸附雜質(zhì)等問題，同時(shí)解決碳纖維吸附裝置出水有黑色雜質(zhì)的問題。

(2)更換存在泄漏問題的4臺(tái)氣動(dòng)閥，新供閥門改換了密封形式，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)存在較大溫差工況。更換流量調(diào)節(jié)閥，以滿足實(shí)際流量變化的要求，提高反應(yīng)速度。

(3)更換在線甄別系統(tǒng)檢測(cè)儀表，儀表測(cè)量準(zhǔn)確度和精度符合技術(shù)協(xié)議要求，尤其是水中油檢測(cè)儀表精度達(dá)到0.1 μg/g。

4.3 調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行方式

鑒于原水罐殘留污油對(duì)超微過濾器分子膜和纖維吸附罐吸附組件造成污染，對(duì)冷凝水除油除鐵裝置運(yùn)行方式加以調(diào)整。

(1)含油冷凝水進(jìn)入1#冷凝水原水罐，蓄滿7 m左右溢流10 min以上，充分溢流掉冷凝水中的游離態(tài)油和機(jī)械分散態(tài)油。

(2)含油冷凝水停止進(jìn)入1#冷凝水原水罐，改入2#冷凝水原水罐。

(3)啟動(dòng)除油裝置，抽1#冷凝水罐冷凝水運(yùn)行，合格凈水進(jìn)3#冷凝水凈水罐外供，不合格凈水返回1#原水罐。

(4)1#冷凝水罐抽到1.5 m左右時(shí)，若2#冷凝水罐已蓄滿7 m左右并溢流10 min以上，可切換到2#冷凝水罐;若2#冷凝水罐未蓄滿，可直接把無油冷凝水切換到1#冷凝水罐，關(guān)閉3#冷凝水罐閥，進(jìn)入1#冷凝水罐循環(huán)運(yùn)行，直到2#冷凝水罐已蓄滿7 m左右并溢流10 min以上，再切換到2#冷凝水罐。

4.4 改造后運(yùn)行效果

通過在除油除鐵裝置流程中增設(shè)前置快分離過濾器，有效阻截、吸附含油冷凝水中的大顆粒非烴類、烴類、膠體及其他雜質(zhì)，改善了后續(xù)超微過濾器和纖維吸附罐等設(shè)備的運(yùn)行條件。更換超微過濾器和纖維吸附罐組件后，提高了超微過濾器和纖維吸附罐分子膜和官能團(tuán)的活性。除油除鐵裝置及其運(yùn)行方式經(jīng)過改造和調(diào)整，出水水質(zhì)有了明顯改善，基本達(dá)到了裝置出水水質(zhì)設(shè)計(jì)指標(biāo)。裝置改造前后水質(zhì)情況對(duì)比見表3。

表3 除油除鐵裝置改造前后水樣分析結(jié)果

5 結(jié)論

(1)含油冷凝水除油除鐵裝置出水水質(zhì)指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，主要原因是含油冷凝原水中的大顆粒油滴污染了超微過濾器和纖維吸附罐的分子膜，使其喪失了過濾和吸附的功能，另外過濾法除乳化油、溶解油和Fe3+的效果也不理想。

(2)通過對(duì)冷凝水除油除鐵裝置增設(shè)前置快分離過濾器、更換超微過濾器和纖維吸附罐組件等流程和工藝設(shè)備的改造，以及調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行方式，除油除鐵效果得到了明顯改善。

(3)目前裝置改造之后運(yùn)行時(shí)間不長，裝置能否長周期運(yùn)行還有待考驗(yàn)。值得注意的是裝置出水軟化處理效果不理想，如何控制陶瓷濾料在高溫冷凝水中溶出，避免冷凝水受到二次污染是應(yīng)該進(jìn)一步研究的問題。

［1］ 周麗莉，鄭黎，呂國輝，等．高溫凝結(jié)水精處理技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐［J］．工業(yè)鍋爐，2011(4):25－27．

［2］ 高登山．冷凝水回收處理技術(shù)［J］．河南化工，2008，25，(11):27－30．

［3］ 冷樹成．凝結(jié)水的凈化技術(shù)［J］．工業(yè)水處理，2010，30(3):64－67．

［4］ 徐佳，張宇舟．蒸汽冷凝水回收中的除鐵技術(shù)［J］．工業(yè)鍋爐，2008(6):40－41．

［5］ 高如龍，肖建國，郭建國．蒸汽冷凝水的兩種除鐵工藝的比較［J］．工業(yè)水處理，2002，22(8):41 －43．

［6］ 王勝利，劉繼勇，張宇舟．蒸汽冷凝水回用過濾技術(shù)探討［J］．工業(yè)水處理，2007，27(9):75 －77．

Oil and Iron Removal System of Oil－condensate Water and its Improvement

Tao Weijun
(PetroChina Karamay Petrochemical Company，834003)

The oil and iron removal device of oil－condensate water in a petrochemical company and main problems in operation of the device was introduced．The main causes of poor oil and iron removal effect were analyzed．Based on the actual problems in oil and iron removal device of condensate water，device process transformation scheme was proposed to add a lead fast separation filter，replace the existing oil and iron removal equipment assembly，and adjust system operation mode to improve the operation effect．

oil－ condensate water，oil removal，iron removal，system reconstruction

1674－1099 (2012)04－0045－05

TE09

A

2012-06-25。

陶衛(wèi)君，男，1980出生，2010年畢業(yè)于華北電力大學(xué)技術(shù)經(jīng)濟(jì)及管理專業(yè)，碩士，助理工程師，現(xiàn)從事設(shè)備管理工作。