PKOP炼油厂除盐水系统设计和运行情况探析

    张亮 宋跃军 李剑

    

    

    

    摘 ?????要：介绍了哈萨克斯坦PKOP炼油厂原水和除盐水的水质要求，详细介绍了该炼厂除盐水系统的工艺流程、工程设计、工艺控制参数及整个系统的运行情况。系统运行数据表明：超滤UF出水TSS为0.8 mg/L，浊度为0.18 NTU，SDI为2.5;反渗透RO出水TDS为10.9 mg/L，电导率为24.8 μs/cm，脫盐率为98%;混床在出水电导小于0.2 μs/cm的条件下，运行周期达到120 h，各项指标均达到了设计要求。

    关 ?键 ?词：除盐水;PKOP炼油厂;超滤;反渗透;混床

    中图分类号：TQ 085+.411 ???????文献标识码： A ???????文章编号： 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奇姆肯特炼油厂现代化升级改造工程是中哈两国政府发展与合作的重点项目，本次升级改造涉及装置13套，其中新建11套、改造2套，以及与之配套的储运系统、公用工程系统和辅助生产装置。改造目标是恢复600万t/a生产能力，生产符合欧IV、欧V 标准产品，同时提高重油转化能力，提高轻质产品产量， 改善产品质量，增强竞争能力，提高经济效益。

    根据哈萨克斯坦PKOP炼油厂全厂改造后的总加工流程，各装置需消耗一定量的除盐水，其中大部分除盐水用作锅炉给水，少部分除盐水用于各装置工艺生产。由于PKOP炼油厂井水和经济开发区的进水水质无法满足各装置工艺生产所需除盐水和锅炉给水的要求，需建设一套除盐水系统。根据原水水质及出水水质要求，该厂除盐水生产通过板式换热器、多介质过滤器、活性炭过滤器、超滤UF、反渗透RO、除碳器和混床等设备，包括预处理系统、反渗透系统、离子交换系统、加药系统等[1-3]，工艺流程如图1所示。

    1 ?工程设计

    哈萨克斯坦PKOP炼油厂除盐水系统的设计规模为：超滤（UF）：4×150 t/h;反渗透（RO）：4×100 t/h;混床：3×210 t/h。系统设计年开工时数为8 160 h，连续运行。正常运行时，超滤（UF）和反渗透（RO）运行3个系列，剩余1个系列再生;混床运行2个系列，剩余1个系列再生。当全厂的凝结水回收系统运行不畅或停运时，超滤、反渗透、混床等的多个系列可以同时运行，以满足全厂对除盐水的消耗需求，表2为该厂正压锅炉对除盐水的水质要求[4]：TDS小于0.1 mg/L，电导率小于0.2 μs/cm，SiO2小于0.02 mg/L。

    1.1 ?预处理系统

    为保证UF和RO系统能长期、平稳、可靠运行，并满足系统的进水水质要求，系统包括以下主要工艺设备：

    （1）板式换热器：因水温较低时，水的粘度增加，将导致反渗透系统产水量下降。因原水温度最低时为5 ℃，设置2套板式换热器（一用一备）利用全厂回收的凝结水调节原水温度，保障反渗透系统在最佳工况下运行。每套换热器处理能力为645 t/h，设计温升为10 ℃。

    （2）多介质过滤器：去除进水中的细小悬浮物、胶体、有机物，从而保证其出水TSS在5 mg/L以下。本系统设置直径3 000 mm的多介质过滤器5台，单台设计处理水量为124 t/h，总处理水量为620 t/h。

    （3）活性碳过滤器：为确保出水余氯量小于0.1 ppm，本系统设置直径3 000 mm的活性碳过滤器5台，单台设计处理水量为124 t/h，总处理水量为620 t/h。

    （4）自清洗过滤器：作为超滤膜（UF）的预处理设备，去除水中的悬浮颗粒对UF起保护作用。本系统设置直径300 mm的自清洗过滤器4台，单台设计处理水量为160 t/h，过滤精度100 μm，总处理水量为640 t/h。

    （5）超滤（UF）：超滤膜的孔径大约在0.002～0.1 μm范围内，可全部去除大于0.1 μm的胶体和颗粒物，确保出水SDI指数≤3，浊度≤0.2 NTU。本系统设置超滤4套，单套设计处理水量为150 t/h，每套超滤装有36根美国陶氏公司的SFP-2880型的外压式超滤膜。

    原水中的颗粒物、胶体或溶质大分子等在超滤膜表面或膜孔内沉积，造成超滤的污染。当超滤膜面达到或超过溶质的饱和溶解度时，便形成凝胶层，超滤的通量急剧降低，此时需对膜装置进行清洗，以恢复其性能[5，6]。参照原水水质组分，以及膜的特性，超滤（UF）采用次氯酸钠、盐酸、氢氧化钠等溶液与超滤反洗水混合，经反洗泵加压至0.3 MPa后，对超滤膜进行反洗。

    为了保证反渗透（RO）进水中的氧化性氯含量和防止反渗透（RO）浓水侧产生结垢，在超滤（UF）出水进RO前需加注适量的亚硫酸氢钠、110%阻垢剂和100%非氧化杀菌剂。

    1.2 ?反渗透（RO）系统

    反渗透（RO）系统主要功能是对超滤（UF）产水进行预脱盐处理[7]，RO是除盐水系统的主要工序，其包括以下主要工艺设备：

    （1）保安过滤器：去除UF产水中残存的微量悬浮颗粒、胶体、微生物等，防止其进入RO而击穿反渗透膜组件，造成大量漏盐的情况。本系统设置直径600 mm的保安过滤器4台，单台设计处理水量为200 t/h，过滤精度5 μm。

    （2）高压泵：保证反渗透膜正常运行的进水压力，保证RO的设计产水量。本系统设置高压泵4台，每台设计流量为150 t/h，扬程为160 m。

    （3）反渗透装置：除去水中绝大部分可溶性盐分、胶体、有机物及微生物。为确保出水TDS≤24 mg/L，电导≤50 μs/cm，本系统设置一级两段反渗透模组共计4台（3开1备），单台模组的设计产水量为100 m?/h，设计脱盐率达到>99%。单台模组内设有20支膜柱（按14：6方式排列），每个膜柱内装有6支美国陶氏公司的BW30-400型的低压复合膜。

    为确保反渗透系统运行和操作的灵活性和安全平稳，在超滤（UF）产水进入4台反渗透（RO）模组前，每台RO模组均单独设有保安过滤器和高压泵，与RO模组呈一对一的串联设置。

    1.3 ?混床系统

    混床系统将RO产水中留存的离子进一步去除，以达到锅炉补给水的水质要求，包括以下主要工艺设备：

    （1）除碳器：产水中游离的CO2过高将影响混床系统的再生周期。为确保混床系统的运行周期和减少再生频率，本系统设置除碳器2台，每台设计处理量为210 t/h。

    （2）混合离子交换器（简称混床）：对反渗透产生的初级除盐水进一步精制，在混床中阴/阳树脂是相互均匀的，所以进水中的阳离子交换和阴离子交换是多次交错进行。水中所含盐类的阴/阳离子通过混床，则被混床中的树脂交换而得到高纯度的水，从而达到锅炉补给水的水质要求。本系统设置直径为2 600 mm的混床3台，每台设计处理量为210 t/h。

    当混床内阴-阳树脂失效后，产水指标达不到锅炉给水要求时，混床需采用98%（w）浓硫酸和17%碱液进行再生处理，再生时利用2种树脂的比重不同，用反洗使阴/阳树脂完成分离，阳树脂沉积在下，阴树脂悬浮在上[8]。本系统通过DCS控制程序设定硫酸和碱液的加注顺序、加注时间和加注量，自动实现混床内阴-阳树脂的再生工作。

    2 ?运行情况

    2.1 ?预处理系统

    通过条件试验确定了预处理系统各工序的主要工艺参数：板式换热器出水温度控制为大于15 ℃;多介质过滤器和活性炭过滤器的运行时间设定为24 h，冲洗时间设定为15.5 min/次;超滤UF的运行时间设定为30 min，冲洗时间设定为200 s/次，控制超滤UF的进水压力为0.073～0.076 MPa，进出水压差不大于0.02 MPa（详见表3）。

    在原水进水量为310 t/h，板式换热器投用1台，多介质过滤器和活性碳过滤器投用3台（单台实际处理量约105 t/h），自清洗过滤器投用2台（单台实际处理量约150 t/h），超滤投用2台（单台实际处理量约150 t/h）及表3运行参数条件下，多介质和活性碳过滤器对原水TSS的去除效果较好，进水TSS为7 mg/L，出水为1.67 mg/L，TSS的去除率为76%;活性炭过滤器出水余氯为0.08 mg/L，达到设计指标小于0.1 mg/L的要求。

    超滤UF在单台进水量约为150 t/h及表3运行参数条件下，进/出水的水质运行数据详见表4，由表4可见：超滤UF进水TSS为1.67 mg/L，浊度为0.8NTU，SDI指数为4.5;出水TSS为0.8 mg/L，浊度为0.18NTU，SDI指数为2.5，均达到TSS小于1 mg/L、浊度小于0.2NTU和SDI指数小于3的设计指标要求。

    2.2 ?反渗透（RO）系统

    通过条件试验确定反渗透（RO）系统稳定运行的工艺条件为水温15 ℃、进水压力1.2 MPa、产水率70%、单台处理量约为100 t/h，在上述工艺条件下，RO系统的运行数据见表5。由表5可见，进水电导率为855 μs/cm，TDS为427 mg/L，TSS为0.8 mg/L;出水电导率为24.8 μs/cm，TDS为10.9mg/L，TSS为0 mg/L，脱盐率为98%，均达到电导率小于50 μs/cm、TDS小于24 mg/L和脱盐率大于97%的设计指标要求。

    2.3 ?混床系统

    混床经初次再生后，并对混床的再生条件进行了设定：反洗流量为40 t/h，反洗时间为15 min;再生硫酸耗量为120 g/mol，再生碱液耗量為220 g/mol（详见表6）。混床再生完成后，启动混床给水泵进行正洗，并稳定其正常产水流量约200 t/h，当出水电导不大于0.2 μs/cm时转入制水程序。

    混床在产水流量为195～210 t/h范围的条件下，对混床的运行数据进行采集（详见图2），由图2可见：在产水电导不大于0.2 μs/cm的条件下，混床的运行周期达到了120 h，周期制水量达到24 000 t左右，满足混床再生理论周期4.74 d（约114 h）的设计要求。

    3 ?结 论

    鑒于PKOP炼厂原有除盐水系统仍在运行，新建系统仅在系统约50%的设计负荷（原水进水量为310 t/h）条件下，通过条件试验确定了各工序单套关键设备（多介质和活性碳过滤器、超滤UF、反渗透RO和混床）的操作参数，并对以上设备进行了满负荷性能测试，运行结果表明：

    （1）多介质和活性碳过滤器对原水TSS的去除效果较好，进水TSS为7 mg/L，出水为1.67 mg/L，TSS的去除率为76%;活性炭过滤器出水余氯为0.08 mg/L，达到设计指标小于0.1 mg/L的要求。

    （2）超滤UF产水的TSS为0.8 mg/L，浊度为0.18 NTU，SDI指数为2.5，均达到TSS小于1 mg/L、浊度小于0.2 NTU和SDI指数小于3的设计指标要求。

    （3）反渗透RO出水电导率为24.8 μs/cm，TDS为10.9 mg/L，TSS为0 mg/L，脱盐率为98%，均达到电导率小于50 μs/cm、TDS小于24 mg/L和脱盐率大于97%的设计指标要求。

    （4）混床在产水流量为195～210 t/h和产水电导不大于0.2 μs/cm的条件下，运行周期达到了120 h，周期制水量达到24 000 t左右，满足混床再生理论周期4.74 d（约114 h）的设计要求。

    随着该系统逐步满负荷投用和生产运行经验的不断积累，该工艺将会更加成熟完善，以满足全厂除盐水的用水要求。

    参考文献：

    [1]刘小平，等. 除盐水制备技术进展[J].工业水处理，2008，28（4）：6-9.

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    [5]刘忠洲，等. 微滤、超滤过程中的膜污染与清洗[J].水处理技术，1997，23（4）：187-193.

    [6]张志军.陶瓷膜污染与清洗[J].河北工业科技，2009，26（1）：61-64.

    [7]王翔，等. 兰州石化公司第一套除盐水装置反渗透系统脱盐率下降原因分析[J].甘肃科技纵横，2013，16（9）：47-49.

    [8]孙鸿飞. 阴离子交换树脂床“钠离子放大”原因、影响及应对措施[J].当代化工，2014，43（9）：1932-1934.