加工绥中36-1原油时换热器堵塞原因分析及在线清洗研究

康东会，王 伟，吴 嫡，李 朋

(中国海油(青岛)重质油加工工程技术研究中心有限公司，山东 青岛 266500)

加工绥中36-1原油时换热器堵塞原因分析及在线清洗研究

康东会，王 伟，吴 嫡，李 朋

(中国海油(青岛)重质油加工工程技术研究中心有限公司，山东 青岛 266500)

针对某炼化公司在加工绥中36-1原油时换热器压降增大、换热效率降低的问题，采用元素组成、红外光谱和甲苯溶剂溶解试验等多种手段对堵塞物进行分析，结合油田采油工艺过程及添加的采油助剂，确定加工绥中36-1原油时换热器堵塞物是由聚丙烯酰胺在换热器表面形成笼状结构引起的。针对分析结果，提出将常压塔塔顶油打入原油泵入口的在线解决换热器堵塞的清洗方案，实际应用结果表明该方案有效可行，具有降本增效和节能环保的双重效果。

换热器 堵塞 聚丙烯酰胺 绥中36-1原油 在线清洗

某炼化公司主要以加工绥中36-1原油为主，在其部分装置运行一段时间后出现原油换热器壳程压降升高、换热器换热效率下降等现象，严重影响原油脱盐脱水效果。检修时发现换热器中有大量堵塞物，这些堵塞物清理困难，增加了检修劳动强度。据调查，原油换热器壳程压降升高、换热器换热效率下降等现象主要是在长周期(半年以上)加工绥中36-1原油时发生，如果与其它黏度较低的原油(如旅大原油)交替加工，则可明显减轻甚至消除堵塞现象。本研究采用多种手段对换热器堵塞物进行分析，确定堵塞物的分子组成，弄清换热器堵塞的原因，提出原油换热器的在线清洗方案，考察清洗效果。

1 实 验

1.1 实验样品

样品取自某炼化公司电脱盐前最后一级换热器壳层，样品为黑色、具有一定黏弹性的稠状结垢物，如图1所示。原油经一系列换热后进入电脱盐装置，由于结垢的原因，电脱盐装置最后一级换热器壳程出口温度由开工时的120 ℃降至运行6个月时的100 ℃左右。其它相邻3个换热器壳程内部均有堵塞物，造成原油换热温度偏低，电脱盐效率下降，再加上电脱盐系统小、装置超负荷运行，脱盐后原油含盐量为8～9 mgNaCl/L，脱盐效果达不到指标要求。

图1 换热器中的堵塞物

1.2 仪 器

元素分析仪，Elemental公司生产，型号Vario ELⅢ；红外光谱仪，PerkinElmer公司生产，型号Frontier；等离子发射光谱仪，美国热电公司生产，型号Icap6300。

1.3 实验内容

首先对样品进行脱水，脱水后的样品进行物性、元素组成、红外光谱等分析，同时对样品的甲苯不溶物及灰分进行元素分析，根据测定结果及各种现象判断堵塞物的类别，分析换热器堵塞的原因，并根据换热器堵塞原因采取相应的措施。

2 结果与讨论

2.1 堵塞物组成分析

对样品进行元素分析，结果见表1。由表1可见：堵塞物中碳、氢元素质量分数达到84.80%，同时含有大量S、N，说明样品中有较大量非烃类物质存在；堵塞物的H/C原子比为1.50，低于原油的H/C原子比，说明堵塞物中含有大量的不饱和组分或有机物分子中含有大量的杂原子结构；堵塞物的硫含量与原油的硫含量基本相当，而氮含量远高于原油氮含量，说明堵塞物中含有较大量的含氮类物质。

表1 堵塞物与原油的元素分析结果

2.2 堵塞物甲苯溶解试验

采用甲苯溶剂对堵塞物样品进行分离，堵塞物中甲苯可溶物含量为83.2%，甲苯不溶物含量为16.8%，说明堵塞物大部分为可被甲苯溶剂溶解的有机物。对甲苯不溶物进行元素含量分析，其中碳、氢、氮3种元素质量分数分别为20.0%，2.0%，2.3%，合计24.3%；与堵塞物相比，甲苯不溶物的H/C原子比更低，氮含量更高。结合对上游绥中36-1原油生产情况调研，认为这些有机物可能为采油助剂聚丙烯酰胺类物质。

2.3 堵塞物甲苯不溶物的红外光谱表征

将堵塞物的甲苯不溶物研磨成细粉，测定其红外光谱，结果见图2和表2。

图2 堵塞物甲苯不溶物的红外光谱

表2 堵塞物甲苯不溶物的红外光谱峰位对应官能团

2.4 堵塞物灰分分析

将堵塞物燃烧后，再将残留物放在775 ℃高温炉中加热转化成灰分，测得其含量为10.25%。所得灰分如图3所示，采用X射线荧光(XRF)对灰分组成进行分析，结果见表3。

图3 堵塞物的灰分

由表3可见，堵塞物灰分主要由铁、钙、镁、硅、铝等元素组成，与绥中36-1原油进行对比可以发现，钙、铁、镁的含量分布情况与原油中的分布情况趋势一致。因原油中含有少量的水，所以钙含量略高。并且由于堵塞物中所含泥砂较多，因此铝、硅含量明显高于原油中铝、硅的含量。

表3 堵塞物灰分与绥中36-1原油灰分的元素组成 w，%

2.5 换热器堵塞原因分析

在上游采油过程中，注入了一定量的聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺在进入原油换热器时，在换热器表面发生聚集，逐步形成笼状结构，同时钙、镁离子易与聚丙烯酰胺分子链上的羧基结合，可使聚合物分子在溶液中形成的三维网状结构向超分子聚集体转化，致使聚合物水解度增大[2-3]。刘东等[4]认为金属离子可使聚丙烯酰胺交联。Fe3+等多价金属离子与聚丙烯酰胺相互作用导致聚丙烯酰胺可以形成坚韧的凝胶；Na+，Ca2+，K+等离子可与聚丙烯酰胺分子链内和分子链间的酰胺侧基间形成氢键，这种强有力的分子间作用力使得大量聚丙烯酰胺分子互相聚集。此外，原油中夹带的砂土遇到聚丙烯酰胺沉积物时，也会被吸附到沉积物上[5]。绥中36-1原油是一种典型的重质原油，其黏度高于一般原油，由于其黏度大，很难将聚丙烯酰胺沉积物带走，使得换热器中沉积物越来越多，最终导致堵塞。

2.6 在线清洗方案及应用效果

根据由以上分析结果，提出了一种在线清理换热器堵塞物的方案。即根据装置设计情况，将一部分轻油打入原油中进行循环回炼，使进入生产装置的原油黏度降低到一定数值，从而将堵塞物清除。

具体操作过程为：从常压塔轻油出口引出一条管线，与原油泵入口处管线连接，将部分轻油打循环到原油泵入口，与原油混合，调节阀门使轻油的循环量为原油量的2%～15%。通过原油换热器组进出口的压降和原油出换热器的温度来判断原油换热器的堵塞情况，从而调节轻油的循环量和循环时间。该方法通过加入常压塔塔顶油(简称常顶油)或常一线油降低原油的黏度，从而在线清除原油换热器管束上的黏附物质，解决原油换热器的堵塞问题。清理方法实施示意见图4。

图4 在线清洗方案实施示意

在原油泵入口掺炼5%常顶油，正常运行72 h后，拆检发现换热器壳程管壁黏附的胶状物质明显减少。装置恢复正常运行后，一、二次换热温度分别由原来的110 ℃和175 ℃变为135 ℃和198 ℃，换热器压降明显下降，换热器两端的压降在装置加工量为180 t/h时仅有1.65 MPa(清洗前加工量在120 t/h时已达到了2.20 MPa)，表明换热器中堵塞物的量明显减少，消除了高压力条件下工作的安全隐患。换热器在线清洗后，加热炉用天然气的消耗量下降，大大节约了加工成本，减少了烟气的排放。每次换热器检修时均观察到产生的油垢明显减少，危废处理成本大幅降低，社会效益良好。

3 结 论

(1) 对某炼化公司原油换热器堵塞物进行了组成和红外光谱分析，表明堵塞物中含有一定量的聚丙烯酰胺。

(2) 原油换热器堵塞原因为聚丙烯酰胺在换热器表面发生聚集，随着聚丙烯酰胺在换热器表面越聚越多，逐步形成笼状结构，原油中的大分子在笼状结构中流通不畅，从而引起换热器压降增大。

(3) 将常顶油打入原油泵入口的方案，可以在不影响装置正常运行的情况下，解决换热器堵塞问题，消除换热器堵塞对生产带来的不利影响。

[1] 罗曼，关平，刘文汇.利用红外光谱鉴别饱和脂肪酸及其盐[J].光谱学与光谱分析，2007，27(2)：250-253

[2] 宋爱莉，孙林，朱洪庆，等.SZ36-1油田缔合聚合物驱堵塞物形成机理分析[J].石油钻采工艺，2011，33(1)：83-87

[3] Stahl A G.Production of high molecular weightvinyl lactam polymers and copolymers：The United States，US 4644020[P].1987-02-17

[4] 刘东，李丽，周承诗，等.注聚区油井防砂层堵塞原因与解堵措施[J].中国石油大学学报(自然科学版)，2010，34(2)：78-82

[5] 关淑霞，邰永娜，于海南，等.聚丙烯酰胺胶状杂质的形成原因[J].化学研究，2011，22(1)：84-87

CAUSE ANALYSIS OF BLOCKAGE OF HEAT EXCHANGER FOR PROCESSING SUIZHONG 36-1 CRUDE AND ONLINE CLEANING STUDY

Kang Donghui，Wang Wei，Wu Di，Li Peng

(CNOOC(Qingdao)HeavyOilProcessEngineering&TechnologyCenterCo.Ltd.，Qingdao，Shandong266500)

The problem of high pressure drop and low heat exchange efficiency of heater exchanger when processing Suizhong 36-1 oil is analyzed by element composition，FT-IR，and toluene dissolution test. Combined with the knowledge of crude oil production process and the additives used，the material with cage-like structures caused by polyacrylamide is found to be the reason for heater exchanger blockage. An online clean method，in which the No.1 side cut of atmosphere distillation tower is pumped into the inlet pipeline of crude，is proposed. The commercial application proves that the suggested method is effective and feasible，and has both cost efficiency and energy saving effect.

heat exchanger；blockage；polyacrylamide；Suizhong 36-1 crude；online cleaning

2015-12-22；修改稿收到日期：2016-03-06。

康东会，硕士，高级工程师，从事原油评价及炼油工艺研究工作，公开发表论文5篇，获授权专利5项。

吴嫡，E-mail：fisher850@126.com。