曹宏远

(中国石化上海石油化工股份有限公司炼油部，上海 200540)

近年来原油市场呈现不规则剧烈波动，以某炼厂常减压装置为例，进入该常减压装置的原油品种繁多、性质复杂。电脱盐设施操作调整难度日益增加，对正常稳定运行造成冲击，电脱盐罐直接向含油污水池排乳化层的情况时有发生。该常减压装置改造前仅依托含油污水池分仓通过重力沉降法进行除油，实际证明该除油方法存在明显的短板和环保隐患，含油污水化学耗氧量(COD)、油等主要污染物浓度大幅波动，油泥总量日渐增加，每周转至焦化焦池回炼的总量高达30～60 t，同时也对下游污水生化处理装置造成影响。过量的无法转至焦池回炼的油泥只能连同污油转进常减压装置回炼，形成较大的安全生产隐患。

1 炼厂电脱盐含油污水处置现状

目前炼厂常用的油水分离工艺是重力沉降式分离法和旋流离心处理工艺，前者的分离设备主要有大罐、污水池隔油仓、油水分离器等，后者的分离设备包括水力旋流器、离心萃取分离器等。重力沉降法在该常减压装置改造前也有采用，主要利用油水密度差及不相溶性，实现轻重组分分离。分析该装置改造前电脱盐污水的排污情况，重力沉降工艺实际运行现状如下：该常减压装置设二级电脱盐系统，第一级电脱盐罐(V5001A)采用智能响应技术，第二级电脱盐罐(V5001B)采用低速交直流电脱盐技术。经两级脱盐脱水后原油中盐(NaCl)的质量浓度不大于3 mg/L，含水率小于0.2%，含油含盐污水的油质量浓度不大于150 mg/L。电脱盐污水排往装置含油污水系统。

经过对电脱盐罐排污水现场取样查看和水污染物采样分析数据对比总结，电脱盐排污水呈如下特点：重质油含量高，与污水密度非常接近，分离困难；污油油滴粒径小，乳化严重，分离困难；含大量细微悬浮物，加重水质原油乳化；含盐量和矿化度高，对设备腐蚀性大，且容易结垢造成设备堵塞；含硫化物、挥发酚等高度危害气体。该常减压装置电脱盐排污水水质分析数据见表1。

表1 炼厂某常减压装置电脱盐排污水水质

根据2018年该常减压装置污水的排放统计数据，装置平均排污量为45 m3/h左右，污水中油的平均质量浓度为52 mg/L，峰值高达188 mg/L。分析数据见图1。

图1 某常减压装置2018年含油污水油含量排放趋势(三相分离技术投用前)

通过比对2018年含油污水排污采样分析数据可知：仅通过重力沉降法对电脱盐污水的油水分离效果非常有限，无法满足电脱盐排污水油含量的去除要求，经常导致下游污水处理装置进水COD、油质量浓度超标，严重影响污水处理厂的达标排放和回用。结合以往对常减压电脱盐污水的分析总结，分仓重力沉降法有如下缺点：

(1)由于污水含油粒径小，含大量细微悬浮颗粒，乳化严重，重油密度大，污油密度与水非常接近，重力沉降仅能去除部分浮油，导致处理效果差；

(2)只能分离浮油和部分分散油，对乳化油无效果，起不到破乳作用，出水含油仍然高；

(3)沉降时间长，占地面积大，存在严重的内部短路流和涡流、处理分散以及乳化油去除效率偏低等显著缺点，抗冲击性能差，除油效果不稳定，无法满足电脱盐含油污水处理波动剧烈的要求，采用油水分离器有一定改进，但效果有限；

(4)污水池周边容易发生挥发性有机物(VOCs)散发，异味明显，严重影响工作环境。在40 ℃左右的含油污水池内回收处理轻污油危险性极高。

国内其他炼厂尝试采用水力旋流器对电脱盐含油污水进行处理，在江西、湖南、山东等地的炼厂拥有此类设备[1]。经过调研和分析，该类技术对进水污染物有一定控制要求，恶劣工况适应性较差，除油效果易受影响，容易造成设备堵塞影响正常运行。其中离心萃取分离技术是一种较新的处理技术，目前仍在中试。根据中试效果，该工艺运行成本较高，对电脱盐污水的油去除效率并不理想。主要存在如下问题：

(1)电脱盐污水含大量细微悬浮颗粒和小颗粒油珠，存在乳化严重的特点，同时又挟带与污水密度接近的重油，导致旋流分离器分离效果差，出水含油高；

(2)抗冲击性能差，除油效果不稳定，在油质量浓度剧烈波动的非正常排污工况下，经旋流分离后无法确保最终出水的油质量浓度能持续稳定达标，去除效率只有50%～60%；

(3)由于污水含盐量高，矿化度高，旋流管容易结垢，严重时造成旋流器无法正常工作；

(4)离心萃取分离仍然应用油水密度差来分离，需要添加一定量的的萃取剂(或轻组分相)，运行时需要加装高速离心机。对电脱盐污水的处理可靠性差、能耗高，处理效果无法满足预期。

2 三相分离工艺原理

为解决电脱盐污水油含量处置难题，减少电脱盐罐非正常排污的安全环保隐患，该常减压装置结合国内油水分离工艺技术现状，优化改进现有旋流离心处理设施，采用缓冲沉降罐与高效旋流分离过滤器相组合对电脱盐排污水进行油泥、污油、污水的三相分离。主要流程为在三个并联的高精度旋流除油过滤器前增设一个缓冲沉降罐，以降低高浓度污水对高精度旋流过滤器正常运行的冲击，同时结合往年电脱盐罐实际生产过程遇到的不稳定恶劣排污工况，对缓冲罐和旋流分离设备内部结构进行优化和改进，加强该工艺在非正常排污工况下的适用性以及稳定的油去除率。简要工艺流程见图2。

三相分离工艺流程第一部分即缓冲沉降罐内部主要采用了斜板沉降原理(见图3)。斜板的加入，能够使污水沉降时间变短，从而提高分离效率。相较普通重力沉降，斜板沉降分离效率可提高20%左右，处理量提升2～4倍。罐上部设置波纹聚结板[2]捕捉污油(轻组分)，底部设置斜板区沉降油污泥颗粒(重组分)。斜板沉降结合浅池原理和聚结原理，污水流入斜板区经过斜板并与斜板互相作用，油相上浮聚结成大的油颗粒并与上部斜板形成流动油膜，连续上浮的油相液滴与沿着斜板流动的油膜不断相互作用并全部聚结在油膜上，完成聚结过程。然后聚结的油膜(轻组分)由斜板顶部分离出，污泥(重组分)受重力作用下沉，由斜板底部流出[3]。

图2 三相分离工艺流程

图3 三相分离缓冲沉降罐工作原理

设置缓冲沉降罐进行初步油水分离主要目的是截留污水中大量可能造成后续过滤器堵塞的盐类污染物、颗粒物以及大颗粒油珠和乳化层等，以保证高精度旋流分离过滤器的正产运行。

三相分离工艺流程的第二部分即高精度旋流分离过滤器具备旋流除油、破乳分离过滤、截留除油和自动反洗的功能。分离过滤器通过在内部投放特殊处理的纤维填料，利用斯托克斯定律，借助破乳纤维丝将油滴浸润聚结。油滴在精细纤维通道中聚结，不断相互碰撞聚成大油颗粒并上升，然后在所接触的纤维表面形成油膜，纤维丝不断促进大油颗粒聚结和乳化的细小水包油状颗粒破乳，最终解决乳化油难以分离的问题。高精度旋流分离过滤器过滤时压盘向纤维压紧，污水从下端分流，分出部分含油清水和高含油浓水。清水直接经过滤料区过滤，浓水输送上部分离区，分离油浮到罐顶，水经过滤料区过滤后和下部过滤的水一起进入集水轮盘到达出水口排出。反冲时压盘滤料被放松，关闭上下部通水孔。搅动滤料，将滤料截留在表面的颗粒洗掉，冲洗水从进水口进入冲洗滤料后在反冲出口排出。

高精度旋流分离过滤器主要用于污水油含量的深度脱除，确保出水水质能够满足油质量浓度低于10 mg/L的设计指标。在缓冲沉降罐和高精度旋流分离过滤器顶部、底部都设置排污口，烃类气体经顶部脱气设施密闭排往火炬焚烧，排油阀门根据进口油含量设置自动排放频率，分离出来的污油排去污油罐。底部排泥阀门根据运行状态和进口的颗粒物含量，同样设置自动排污频率，分离出来的油泥去往槽车。

3 运行情况及效果

该常减压装置在原油加工过程中，受原油性质、清洗回收油和不明性质废油等影响，电脱盐罐运行并不稳定，随原油性质的变化会间歇性出现电流异常波动、罐内乳化层增厚、排入含油污水池造成污水池内污油积聚、污水池周边VOCs散发等问题，给环境和员工职业健康都造成了影响。同时后续还可能引起跳闸、装置塔设备压力操作异常、电脱盐排污水带油等一系列连锁生产事故。为有效控制电脱盐罐运行异常造成的安全环保隐患，2019年11月该装置含油污水三相分离项目正式开始投用，该工艺实际操作参数见表2。

表2 三相分离设备操作参数

投用后，三相分离工艺设备整体运行稳定，在电脱盐排污水油质量浓度在正常值150 mg/L附近波动时，经油水分离后最终排入含油污水池的污水油质量浓度低于30 mg/L。在出现异常工况非正常排污时，进水油质量浓度高达220.16 mg/L，经过缓冲罐初步分离和高精度旋流分离过滤器深度去油后，出水油质量浓度仍能控制在16.77 mg/L，除油效率达92.38%，说明整个工艺通过设置缓冲罐后具备了恶劣排污工况抗干扰能力。投用初期除油效果能符合企业纳管指标，但未达到设计值。随着对高精度旋流分离过滤器的维稳运行和操作调整，2019年12月起，该常减压装置含油污水油质量浓度控制在10 mg/L以内，满足该工艺设计值出水油质量浓度低于10mg/L的控制要求。运行分析数据见表3。

表3 三相分离设备投用初期运行效果

项目投用后，污水的平均油质量浓度为14.63 mg/L，较投用前降低了42.5%，并且在稳定运行后，该常减压装置含油污水油浓度的分析数据全部低于10 mg/L。解决了装置原先在40 ℃左右的含油污水池内回收处理轻污油(未经拔头的轻质原油，含较多烃类)作业的难题，并有效降低了电脱盐污水对下游环保水务部污水生化处理装置造成冲击的风险。

4 结论及建议

(1)缓冲沉降罐处理工序能缓解恶劣工况(排乳化层、原油性质剧烈波动等)高浓度污水对高效旋流分离器正常运行造成的冲击，确保进入旋流分离过滤器污水水质稳定。整套三项分离处理工艺按照目前的运行情况解决了恶劣排污工况下污水油含量高的难题。

(2)优化缓冲沉降罐的内部结构，包括斜板沉降区的斜板倾角、板长和波纹聚结板结构布置，以及高精度旋流分离过滤器内部滤料纤维的性能和压紧度是改善设备除油效率的研究方向。

(3)三相分离工艺通过物理过程实现油水分离，未添加任何催化剂和吸附药剂，不会造成二次污染。成套设备现场占地面积较小，具有一定经济适用性。长周期运行以及高精度的稳定除油效率仍待进一步在日常生产过程中进行总结分析和改善。