常減壓裝置電脫鹽運行故障原因分析

郭 鑒，秦紅艷，張 磊，陳嶠郴

（中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834000）

0 引言

電脫鹽工藝作為原油處理的第一道工序，也是常減壓工藝防腐一個重要環(huán)節(jié)，原油經(jīng)過電脫鹽脫水脫鹽后，可以減緩常減壓及下游裝置設(shè)備的腐蝕，提高二次加工原料質(zhì)量，減緩下游裝置催化劑的中毒及消耗，電脫鹽的良好運行對全廠的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行尤為重要。

某石化公司Ⅱ套蒸餾裝置主要加工0#原油與陸石原油的混合原油，所加工的原油為石蠟中間級原油，具有低酸值、低硫等特點。該裝置采用的多級全電場高效電脫鹽設(shè)施，由華東石油成套設(shè)備揚中有限公司設(shè)計，由于設(shè)備運行年限較長，電脫鹽運行效果不理想，在生產(chǎn)中必須控制好電脫鹽操作條件同時加強(qiáng)電脫鹽設(shè)備維護(hù)才能確保裝置安全運行，實現(xiàn)四年一修的長周期運轉(zhuǎn)目標(biāo)。

1 電脫鹽工藝的重要性

電脫鹽技術(shù)廣泛應(yīng)用于當(dāng)今國內(nèi)外石化行業(yè)，主要是通過向原油中注水、注破乳劑，破壞原油的乳化狀態(tài)，并在電場的作用下使微小水滴聚結(jié)為大水滴，依據(jù)密度差實現(xiàn)油水分離。原油中的鹽類可分為兩種類型，一類是油溶性，另一類是水溶性。水溶性鹽大部分溶解在水中，這部分鹽類對原油加工的全過程和產(chǎn)品質(zhì)量的有重要影響[1]。

目前應(yīng)用比較廣泛的電脫鹽工藝主要有交直流電脫鹽、高速電脫鹽、多級全電場高效電脫鹽等，雖然電脫鹽工藝的工作原理不同，但是一種電脫鹽工藝并不適用于多種原油。因此，不同性質(zhì)的原油選用合理的電脫鹽工藝及設(shè)備至關(guān)重要。

1.1 減緩煉油過程中設(shè)備腐蝕

原油中氯化物（主要是NaCl、CaCl2、MgCl2）和硫化物在原油蒸餾過程中受熱分解或水解產(chǎn)生HCl 和H2S，跟隨油氣進(jìn)入塔頂冷凝系統(tǒng)，HCl 遇到冷凝水便形成鹽酸，鹽酸又能與金屬表面的FeS 起反應(yīng)，使金屬失去保護(hù)膜，構(gòu)成H2S—HCl—H2O 型腐蝕加劇設(shè)備腐蝕，這也是造成常減壓裝置初餾塔、常壓塔和減壓塔頂冷凝系統(tǒng)腐蝕的重要原因。因此，保證電脫鹽運行效果是減少煉油企業(yè)設(shè)備腐蝕的重要措施之一[2]。

1.2 穩(wěn)定常減壓操作，節(jié)能降耗

原油進(jìn)入裝置前雖然已經(jīng)在罐區(qū)經(jīng)過沉降脫水，但是仍含有一部分水分，這部分水分進(jìn)入裝置后吸熱汽化，不僅降低裝置換熱終溫，還會造成常減壓裝置操作波動。因此，電脫鹽運行效果好能夠穩(wěn)定常減壓操作、節(jié)能降耗，延長裝置開工周期[3]。

2 電脫鹽工藝運行存在的問題

經(jīng)過一段換熱后，原油溫度達(dá)到120～130 ℃，與二級電脫鹽罐切水、破乳劑混合，經(jīng)過一級靜態(tài)混合器，混合壓差約25 kPa，進(jìn)入一級電脫鹽罐。一級電脫鹽罐操作壓力為0.85 MPa 左右，一級電脫鹽切水直接出裝置進(jìn)行處理。經(jīng)過一級電脫鹽罐脫水脫鹽后的原油，與新鮮凈化水混合，經(jīng)過二級靜態(tài)混合器，混合壓差約25 kPa，進(jìn)入二級電脫鹽罐。二級電脫鹽罐操作壓力為0.85 MPa 左右，其中二級電脫鹽切水作為一級電脫鹽罐注水再利用，經(jīng)過二級電脫鹽罐脫水脫鹽后的脫后原油進(jìn)入后續(xù)流程（圖1）。

圖1 電脫鹽工藝流程

2020 年2 月、4 月和5 月，該裝置先后發(fā)生了3 次因電脫鹽電擊棒高壓引線故障造成的電擊棒擊穿事件。

2021 年4 月23 日23:52，蒸餾一級電脫鹽罐2#變壓器電流突然升高至162 A（額定電流210 A），但1#和3#變壓器電流無異常（圖2），二級電脫鹽罐3 臺變壓器電流無異常。經(jīng)檢維修技術(shù)人員確認(rèn)，2#變壓器電流真實。停變壓器檢查發(fā)現(xiàn)，2#變壓器南側(cè)電極棒內(nèi)的高壓引線絕緣層燒損，電極棒內(nèi)變壓器油過熱氣化，金屬銅線裸露。公司制定了電脫鹽退油維修方案，更換高壓引線、金屬軟管、絕緣套、電極棒等配件，并更換全部變壓器油，投用后裝置電流正常（17.8 A）。

圖2 一級電脫鹽罐2#變壓器電流變化圖

2021 年5 月28 日6:28，二級電脫鹽罐2#變壓器電流突然升高至219 A（額定電流210 A），立即停變壓器。檢查發(fā)現(xiàn)與4月份一級罐2#變壓器電極棒故障的現(xiàn)象一樣，電極棒內(nèi)的高壓引線絕緣層燒損（圖3）。

圖3 電脫鹽電擊棒故障

3 電脫鹽波動原因分析

3.1 原油性質(zhì)

原油性質(zhì)變化會影響到電脫鹽運行效果，如果原油變重，油水乳化程度將加重，會導(dǎo)致電脫鹽波動。由表1 可知，原油性質(zhì)比較穩(wěn)定，沒有變重的傾向，同時原油含水量也比較穩(wěn)定，故電脫鹽電擊棒擊穿與原油性質(zhì)無關(guān)[4]。

表1 2021 年4 月—5 月原油性質(zhì)監(jiān)測情況

3.2 電脫鹽操作條件

3.2.1 電脫鹽油水界面

電脫鹽罐油水界位一般指原油乳化層位置，油水界面的高低同樣影響電脫鹽的脫鹽效果。油水界位低易造成電脫鹽切水帶油，但若油水界位過高則容易造成電極板短路[5]。

該裝置因運行年限較長，設(shè)備存在老舊情況，油水界位儀運行效果不理想，存在一定偏差，輔助以現(xiàn)場電脫鹽看樣孔配合檢查，從而保證電脫鹽油水界位穩(wěn)定。此外，電脫鹽設(shè)備無法實現(xiàn)電脫鹽反沖洗，造成電脫鹽罐底沉積泥沙等，影響電脫鹽油水界面。但當(dāng)天電脫鹽系統(tǒng)開始波動時，原油無換罐，電脫鹽油水界面無明顯變化，因此排除電擊棒擊穿事件是由油水界面造成的[6]。

3.2.2 電脫鹽注水量

電脫鹽注水的目的是破壞原油乳化液的穩(wěn)定性，促進(jìn)水滴聚結(jié)，并溶解懸浮在原油中的鹽，從而降低原油中的鹽含量，提高電脫鹽效果。注水量的大小影響電脫鹽運行效果，注水量過小達(dá)不到目的，注水量過大不僅會增加新水消耗，還會使水位上升、電負(fù)荷增大，存在導(dǎo)致電擊棒擊穿跳閘的風(fēng)險。另外，電脫鹽注水一般會與排水進(jìn)行換熱，回收排水中的能量，減少了電脫鹽熱負(fù)荷的損失，注水溫度越接近原油溫度，越容易使油水充分混合，電脫鹽效果越好[7]。

該裝置采用單注二級方式，二級電脫鹽排水回注一級，電脫鹽注水為凈化水，注水量控制在3%～6%。除原油摻煉、換罐時會進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，電脫鹽注水量都為固定值；同時電脫鹽系統(tǒng)波動時電脫鹽注水量并未進(jìn)行調(diào)整，因此可以排除注水量的影響。

3.2.3 電脫鹽混合強(qiáng)度

混合強(qiáng)度是指油、水、破乳劑在混合閥或混合器內(nèi)的混合程度，這是由于原油通過混合閥或混合器時產(chǎn)生的壓力降造成的，混合強(qiáng)度過小則達(dá)不到電脫鹽脫鹽脫水的效果，混合強(qiáng)度過大反而會使乳化層過于穩(wěn)定不易破乳[8]。

該裝置采用無級調(diào)節(jié)混合器，正常生產(chǎn)時混合強(qiáng)度控制在20～30 kPa，電脫鹽系統(tǒng)開始波動時混合強(qiáng)度沒有變化，因此可以排除混合強(qiáng)度的影響[8]。

3.2.4 電脫鹽操作溫度

操作溫度是電脫鹽工藝的關(guān)鍵控制因素之一。提高操作溫度，可降低原油黏度，減小油水界面張力，乳化膜強(qiáng)度減弱，增大了布朗運動、碰撞結(jié)合機(jī)會增多，有利于破乳。但是如果電脫鹽操作溫度過高，會導(dǎo)致原油的電導(dǎo)率升高、電耗增加，嚴(yán)重時會損壞變壓器。因此，不同性質(zhì)的原油要選擇合適的電脫鹽操作溫度[9]。

該裝置目前處于運行第3 年，換熱器壓降增大，部分換熱器開付線，影響電脫鹽進(jìn)罐溫度。電脫鹽罐操作溫度一般在122 ℃，操作溫度比較平穩(wěn)，而且電脫鹽系統(tǒng)開始波動時操作溫度也處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此可以排除操作溫度的因素。

3.2.5 電脫鹽絕緣吊掛接地或電極板短接故障

絕緣吊掛接地或電極板短接會導(dǎo)致電脫鹽電流或二次電壓會瞬間變化，但是從電氣實驗，對電極棒做的阻抗數(shù)據(jù)看，阻值均大于20 kΩ（正極對地79.3 kΩ，負(fù)極對地89.6 kΩ，正負(fù)極40.23 kΩ），電氣實驗正常，從而排除絕緣吊掛接地或電極板短接的可能。

3.3 設(shè)備原因分析

3.3.1 電脫鹽變壓器本體故障

該裝置電脫鹽采用華東石油的多級全電場高效電脫鹽技術(shù)，電脫鹽變壓器為3 臺并聯(lián)，變壓器輸出電壓值為13 kV、16 kV、19 kV、22 kV、25 kV 五檔，目前輸出電壓檔位為III 檔，即使用電壓為19 kV、電流不大于17.8 A 和18.5 A。高壓電引入，由高壓電纜軟裝置和高壓電絕緣套及45#變壓器油組成，能夠滿足電脫鹽裝置的運行條件。

該裝置在用電脫鹽設(shè)備老化，存在一定程度的運行隱患。這些變壓器均已運行超20 年，老化比較嚴(yán)重，電耗較高。電脫鹽故障后對電脫鹽罐退油，并進(jìn)行變壓器空載實驗，低壓側(cè)實驗正常，從而排除電脫鹽變壓器故障的可能性[10]。

3.3.2 電擊棒質(zhì)量

（1）將同批采購的電擊棒原料抽樣送檢，作理化試驗電擊棒原料中雜質(zhì)、密度、流速等主要成分分析，均分析滿足要求，驗證了原材料質(zhì)量可靠。

（2）電擊棒生產(chǎn)過程時的原始記錄資料，如成形壓力/時間、加熱溫度/時間、精加工部件及組裝、檢驗測試等原始資料，未發(fā)現(xiàn)易?，F(xiàn)象。

（3）對同批生產(chǎn)制造的電擊棒進(jìn)行了抽樣試驗，如電壓試驗95 kV/5 min（未擊穿）、升溫試驗180 ℃/30 min（未變形）、水壓試驗2.5 MPa/30 min（未泄漏）等數(shù)據(jù)符合原指標(biāo)。

3.3.3 高壓電引入裝置結(jié)構(gòu)

電脫鹽高壓電引入裝置，是將電脫鹽變壓器二次側(cè)高壓13 kV、16 kV、19 kV、22 kV、25 kV 五檔（可調(diào)）輸至罐內(nèi)正、負(fù)電極板建立電場。

（1）變流電脫鹽變壓器的高壓輸出結(jié)構(gòu)。變流電脫鹽變壓器的二次側(cè)輸出，輸出結(jié)構(gòu)形式為正極和負(fù)極分為二路獨立輸出形式，由變壓器輸出導(dǎo)線、導(dǎo)電桿、絕緣套管、保護(hù)聯(lián)接套管、報警高位油等部件組合，為油浸式防護(hù)結(jié)構(gòu)。

（2）高壓電纜軟裝置的結(jié)構(gòu)。高壓電纜軟裝置是將變壓器二次側(cè)與高壓電絕緣套之間相聯(lián)接主要組合件，主要由不銹鋼金屬軟管、F4 隔圈、F4 隔片、F4 高壓電纜、F4 插接件、電纜聯(lián)接件、F4 電纜緊固件、彈簧、觸碗等部件組合（F4 指聚四氟乙烯材料），為油浸式防護(hù)結(jié)構(gòu)。

（3）高壓電絕緣套的結(jié)構(gòu)。高壓電絕緣套安裝于變壓器二次側(cè)高壓輸出與罐體之間相聯(lián)接，主要由編號高壓電絕緣套聯(lián)座、罐體密封件、絕緣套管、導(dǎo)電觸子、保接定向套等部件組合，起著絕緣、耐溫、耐壓、防腐等作用，為油浸式防護(hù)結(jié)構(gòu)。

（4）F4 高壓電纜引線的結(jié)構(gòu)。F4 高壓電纜引線是采用獨股銅芯導(dǎo)線，在銅導(dǎo)線外徑繞制多層聚四氟乙烯定向膜作為絕緣層，在繞制絕緣層的外徑套上玻纖黃臘套管，涂足絕緣漆，經(jīng)加溫干燥保持電纜緊密性和絕緣性，主要起安全導(dǎo)電的作用。

3.4 電脫鹽波動可能的原因分析

根據(jù)該裝置電脫鹽的運行情況、故障件的損傷點的情況及各項試驗情況，車間技術(shù)人員與華東石油公司技術(shù)人員進(jìn)行了充分分析，得出電脫鹽波動可能的原因如下：

（1）高壓電纜軟裝置和高壓電絕緣套結(jié)構(gòu)及性能，能夠滿足蒸餾裝置電脫鹽的工況使用。從損壞件的節(jié)點分析，燒壞電纜線不是被高壓電直接擊穿損壞的，而是變壓器油的絕緣性能下降、慢慢滲透到電纜絕緣層內(nèi)層，導(dǎo)致電纜整體絕緣性能下降。

（2）變壓器油絕緣性能下降的原因主要是變壓器油在長期高溫下產(chǎn)生老化現(xiàn)象，而變壓器油慢慢滲透到電纜絕緣層內(nèi)部，降低了電纜絕緣性能，隨著高溫時間的延長，加速了變壓器油的碳化，由絕緣體變成導(dǎo)電體，這樣變壓器油在高壓電絕緣套內(nèi)變成了導(dǎo)電體而放電，放電產(chǎn)生高溫溶化了絕緣層和燒斷銅導(dǎo)線的故障主要原因。

（3）導(dǎo)致高壓電絕緣套內(nèi)部高溫的原因是，高壓電纜軟裝置及高壓電絕緣套原本沒有發(fā)熱功能，但由于電纜線是固定聯(lián)接，這5 個部件中只要有其中一處松動或不牢固就會發(fā)熱，隨著電流升高溫度也會隨之升高，這是導(dǎo)致變壓器油老化、碳化短路故障的根源。

4 結(jié)束語

結(jié)合某石化公司常減壓裝置電脫鹽波動故障，對原油性質(zhì)、電脫鹽罐操作條件及設(shè)備運行情況進(jìn)行分析，得出設(shè)備頻繁發(fā)生故障原因是，變壓器油在長期高溫下工作出現(xiàn)老化，造成電擊棒內(nèi)變壓器油絕緣性能下降，產(chǎn)生高溫熔化電極棒高壓引線絕緣層并燒斷銅導(dǎo)線，進(jìn)而導(dǎo)致電脫鹽電擊棒擊穿問題。