梁宏宝 陈洪涛 陈 颖 梁宇泽

(东北石油大学 a.机械科学与工程学院;b.化学化工学院，黑龙江 大庆 163318)

近年来，吉林油田出现老化油现象，老化油的破乳脱水极为困难，会随着分离后的净化油及污水等进入其他处理环节，严重破坏油水分离过程，影响原油的脱水质量和含油污水的处理效果，威胁到采出液和含油污水处理设施的正常运行[1]。老化油的及时回收与高效处理有着十分重要的经济意义[2]。老化原油处理主要通过沉降过滤等手段进行预处理，然后回收至原油系统与大量新鲜原油混掺后泵入电脱水装置在电场作用下使水滴聚结借助重力从油中分离[3]。

目前，在换热器设备中，管壳式换热器使用量最大[4]，对国外换热设备市场调研表明，管壳式换热器占主导地位(约64%)[5]。管壳式换热器有着广阔的应用前景，笔者打破常规处理工艺思路，建立了一套利用换热器达到老化油脱水目的的处理工艺，经过大量室内模拟实验，物性分析和理论计算，按照设计标准规范GB 150[6]、GB 151[7]研制出老化油深度蒸馏脱水装置。用温度指标替代含水率指标，在装置运行过程中，以温度控制老化油进装置流量，以导热油流量调节温度。

1 模拟实验①

为了明晰含水老化油的含水率与温度之间的关系，在实验室做老化油模拟蒸馏实验，实验开始后记录不同时刻的含水率随温度变化的情况，实验现象见表1，测得含水率随温度变化的曲线如图1所示。

表1 不同温度下水和油加热爆沸的实验现象

图1 不同温度时老化油的含水率

由实验可知，含水老化油温度在80～105℃之间时含水率略有下降，110℃左右开始急剧下降，120℃开始趋于平稳。说明含水老化油在105～110℃之间达到沸点开始沸腾，温度在120℃时测定含水率为1%，125℃时测定含水率为0.5%，含水率不大于0.5%时即达到脱水目的。因此，可以用温度示数替代含水率的检测。

2 脱水装置简介

2.1 装置的工作原理

如图2所示，老化油深度脱水装置采用U形管半布管形式的管壳式换热器，管程走导热油，壳程走老化油，分为左腔室和右腔室并由一根导油管连通。左腔室为初蒸部分，其温度控制在105～115℃，老化油由装置上部进入，沿S路线流动到右腔室，下部U形管束是换热区，上部为蒸汽区，为防止老化油爆沸，在U形管束上布一层铁丝网并铺上沸石，初蒸部分可以实现老化油含水率由10%下降到1%的目标；右腔室为精蒸部分，其温度控制在120～125℃，可以分为换热区、蒸汽区和泄油区，老化油从右至左沿S路线流动到泄油区，无水老化油从出口流出脱水装置。

图2 U形管脱水装置示意图

2.2 装置的布管形式

U形管具有结构坚固、操作弹性大、适应性强、可靠程度高、选材范围广、处理能力大以及能承受高温高压等特点，在工程中得到广泛应用[8]。排列在管板上的换热管，应在整个换热器截面上均匀地分布，换热管子在管板上的排列方式通常有正三角形、旋转正三角形、正方形及正方形旋转45°等几种[9]。在本设计中结合流体的性质，为保障流体流动通畅，采用φ25mm钢管正三角形排列，如图3所示，布管形式如图4所示。

图3 排列形式

图4 布管形式

图4中，深灰色S形管和紧贴其上的箭头共同表示老化油在U形管束之间流动的路径，这样固定的折流挡板有一定的合理性，可以增强含水老化油的受热，使蒸馏更充分；另一方面不至于出现死油区，可以提高换热脱水效率，而且不会因为局部温度过高而出现爆沸现象。爆沸主要与换热面积、老化油含水率和换热时间有关。

3 自动化管线的布置

3.1 导热油管线和老化油管线

管程走导热油，初蒸和精蒸两个腔室的导热油采用并联方式进入，这样的好处是可以分别调节进入装置的导热油的流量，从而达到对壳程老化油温度的控制。导热油管线进初蒸腔室和精蒸腔室的管线安装有流量调节阀，在导热油进、出管线之间安装有电动切断阀，在老化油进装置和出装置管线安装有电动切断阀。蒸馏装置安装有5个热电偶，其中热电偶(4)测得的温度最高，即当温度达到此值时，老化油脱水合格。热电偶(4)将测得的电信号经计算机分析传给老化油进装置的电动切断阀，即温度达到125℃时打开电动阀，温度低于125℃时关闭电动阀。其工作原理如图5所示。

图5 自动控制管线

在脱水装置的初蒸腔内装有两个液位传感器LT(01、02)，当发生爆沸现象时，液面超过警戒液面，传感器将电信号迅速传给计算机，计算机立刻做出反应将信号分别传给流量调节阀FV(01、02)使其关闭、电动切断阀XV(01)使其关闭、电动切断阀XV(02)使其打开、电动切断阀XV(03)使其关闭和电控柜使其断电。电动切断阀XV(03)安装在无水老化油出精蒸腔室到缓冲罐之间的管线上，它的作用是在发生爆沸时阻止缓冲罐中的老化油受到污染。

3.2 蒸汽管线

蒸汽管线是连接脱水装置和冷凝器的管线。考虑其安全性，在蒸汽管线上安装安全阀。当发生爆沸时安全阀打开，液体沿管线喷出装置，管线布置如图6所示。

图6 蒸汽管线示意图

3.3 老化油出装置管线

无水老化油从脱水装置出来后，经管道流动到缓冲罐，缓冲罐内装液位传感器，当液面达到一定高度时，传感器将电信号传给齿轮泵的变频电机，电机工作带动齿轮泵将无水老化油泵出设备；当液面降到最小时，传感器将电信号传给变频电机，电机停止工作。工艺流程如图7所示。为达到气相平衡，缓冲罐与外界连通，在管线的末端安装带阻火器的呼吸阀，考虑设备的安全性，缓冲罐可能存在可燃性凝析气体。

图7 无水老化油出装置流程

3.4 凝结水出装置管线

凝结水管线与老化油出装置管线布置相似，从冷凝器凝结出来的水经管线流到凝结水罐中，水罐中安装有液位传感器，当液面达到一定高度时，传感器将电信号传给离心泵的变频电机，电机开始工作；当液面降至最小，传感器将电信号传给变频电机，电机停止工作。

同样，为达到气相平衡，凝结水罐与外界连通，在管线的末端安装带阻火器的呼吸阀，考虑设备的安全性，缓冲罐可能存在可燃性凝析气体。不同的是，凝结水从冷凝器到凝结罐这段管线上安装有吹扫作用的三阀组和温度表，根据温度表的示数，判断凝结的效果，从而手动调节冷凝器的循环冷水流量调节阀，工艺流程如图8所示。

图8 凝结水出装置的流程

4 现场应用效果评价

现场投运后，该设备运行平稳，日处理含水老化油48m3，老化油含水率达标。与某新型移动式老化油处理装置[10]对比，移动式老化油处理装置对老化油的处理效果较好，可使处理后的原油含水率小于2%，污水含油量小于500mg/L；而老化油深度脱水装置，处理后老化油的含水率小于0.5%，污水含油量小于400mg/L。

5 结束语

老化油深度脱水装置依据室内模拟实验，规范性设计，科学合理地布置管线，同时配套设计了自控系统，保证其安全平稳地运行。为确保装置的安全性，采用物理措施和电气措施防止爆沸，装置内装有防沸石和液位传感器。装置每天可以处理含水老化油48m3，对老化油的及时处理和回收具有重要的经济意义。