蜡油加氢注水管道过滤器堵塞原因分析

郑伟华，周灵杰，吴美玲，赵克品

[中石化（天津）石油化工有限公司研究院 天津 300271]

1 问题的产生

蜡油加氢装置的工作内容是将从常减压装置来的减压蜡油和从焦化装置来的焦化蜡油在催化剂作用下进行烯烃饱和、芳烃加氢饱和、加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱氧和加氢脱金属等反应的装置。反应产物经热高压分离器分离出的气相冷却至50 ℃左右后进入冷高压分离器进行气、油、水三相分离。为防止热高分气中的NH3和H2S在低温下生成铵盐结晶析出堵塞空冷器，在反应产物进入空冷器前进行注水，洗除其中的NH3和H2S，正常情况下，注水采用除盐水、汽提净化水等比例进水，水量为12 t/h左右，注水流程示意图如图1 所示。

图1 蜡油加氢注水流程图Fig.1 Flow sheet of wax oil hydrogenation water injection

装置大修重新开车后，蜡油加氢装置注水泵前管道过滤器出现了周期性堵塞问题。将管道过滤器拆开清洗时，发现过滤器上覆有一层黏滑的稠泥状物质，如图2 所示，注水缓冲罐的罐壁上亦有相同的黏稠物质，清洗后恢复正常，注水20 d左右再次发生管道过滤器堵塞。为维持装置正常运行，被迫将蜡油加氢注水由原来等比例的除盐水与汽提净化水切换为100%的除盐水。切水后，注水管道过滤器未再出现堵塞现象，但全部采用除盐水成本较高，也影响炼油的吨油取水指标，故急需对蜡油加氢注水管道过滤器堵塞原因进行分析，以寻求解决方案。

图2 注水管道过滤器堵塞物Fig.2 Blockage of water injection pipeline filter

2 试验方法

2.1 堵塞物灼烧测试

主要测试过程：将陶瓷坩埚在烘箱中120 ℃烘干至恒重后，在干燥器中冷却至室温，向坩埚中加入一定质量的样品，置于烘箱中，逐步升温至120 ℃，保持2 h，移至马弗炉中，以10 ℃/min的升温速率升至550 ℃，保持5 h，自然降温至100 ℃左右，取出置干燥器中冷却至室温，称重，计算失重率。

2.2 水样各指标测试方法

①温度、pH、溶解氧测试：HQ40d 型哈希便携式多功能水质分析仪。②COD测试方法：重铬酸钾法［1-2］。③TN 测试方法：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法［3］。④水样硬度测试方法：EDTA 滴定法。⑤悬浮物测试方法：重量法。⑥细菌数测试方法：平板计数法。

3 结果与讨论

3.1 堵塞原因分析

3.1.1 堵塞物分析

从图2 可以看出，过滤器堵塞物为一些黏滑的稠泥状物质，且容易从过滤器上取下，而盐垢非常坚硬、难以剥离。因此，从堵塞物的外观和性状分析，排除堵塞物为盐垢。

按照2.1 堵塞物灼烧测试对其进行高温灼烧测试，结果如表1 所示。

表1 堵塞物高温灼烧测试结果Tab.1 High temperature burning test results of blockages

由表1 可知，堵塞物经高温灼烧后几乎完全失重，推测过滤器堵塞物为有机质，不存在泥沙、黏土和管路腐蚀物。如要确定堵塞物的类型，则需要对水样做进一步分析。

3.1.2 水样水质分析

输水过程形成的堵塞物主要有盐垢、污垢和黏垢3 类［4］。盐垢可以通过测试水样的总硬度来判断［5］；污垢是水中的悬浮物等不溶杂质形成的沉积物［6-7］；黏垢是由微生物及其代谢产物和一些其他杂质夹杂在一起而形成的凝胶状、黏泥状物质［8-9］，微生物生长需要的碳、氮等营养物质。因此，可以通过测定水样的COD、TN、细菌数来判断堵塞物是否为黏垢。为此，需要对蜡油加氢注水缓冲罐前除盐水与汽提净化水的硬度、悬浮物、COD、TN等水质指标进行分析，以判断堵塞物的种类，测试结果如表2 所示。

加快水利改革发展是中央作出的重大战略决策部署。各级财政部门要始终将支持水利改革发展摆在财政支农工作的重要位置，不断加大投入，全面落实政策，推动水利事业发展再上新台阶。

表2 除盐水与汽提净化水水质分析结果Tab.2 Analysis results of desalinated water and stripping purified water

由表2 可知，水样硬度均为零，说明水中没有不溶性钙盐和镁盐，不会形成沉淀，排除堵塞物为盐垢；水样中悬浮固体含量几乎为零，排除堵塞物为污垢；当水中COD大于10 mg/L时，容易形成黏垢。结合堵塞物外观性状、高温灼烧完全失重、除盐水中含有大量细菌等特征，综合推断堵塞物为微生物大量繁殖形成的黏垢。

3.2 微生物大量繁殖原因分析

确定了过滤器堵塞原因后，需要选取有代表性的取样点对影响微生物生长繁殖的水质指标进行取样分析，包括温度、pH、营养物质（COD、TN）、溶解氧、细菌数等，以验证以上推断。

3.2.1 采样点的确定

除盐水和汽提净化水由产水装置出口到蜡油加氢注水缓冲罐之间有一段管道运输过程，为了选取具有代表性的采样点，分别对产水装置出口的除盐水产水、汽提净化水产水，对注水缓冲罐前的除盐水注水、汽提净化水注水，对缓冲罐后过滤器前的罐后注水进行取样分析，水质测试结果如表3 所示。

表3 蜡油加氢不同采样点水样水质分析结果Tab.3 Water quality analysis results of different sampling points for wax oil hydrogenation

由表3 可知，除盐水产水和除盐水注水的水质指标相当，因此，只需选取除盐水注水作为除盐水水路的采样点。汽提净化水是由酸性污水通过高温汽提得到的，所以产水温度较高，经管道运输后，汽提净化水罐前注水温度降为36.5 ℃，同时，随着温度的降低，其中的溶解氧含量增加，这2 个指标的变化均有利于微生物的生长，且汽提净化水注水水质会直接影响到罐后注水水质指标的变化。因此，选择汽提净化水注水作为汽提净化水水路的采样点。最终选取3 个采样点，即除盐水注水、汽提净化水注水、罐后注水。

3.2.2 水样测试及微生物繁殖影响因素分析

蜡油加氢注水由100%除盐水切换回等比例的除盐水、汽提净化水，装置运行22 d后，注水泵后压力表由0.20 MPa降为0.18 MPa，将管道过滤器拆开，发现发生堵塞。在此期间，对选取的3 个采样点水样的温度、pH、溶解氧、COD、TN、细菌数等指标进行取样分析，分析结果如图3 ~ 8 所示。

图3 各采样点水样中细菌数随时间的变化情况Fig.3 Variation of number of bacteria with time at each sampling point

①细菌数量变化情况分析

由图3 可知：经高温汽提后，汽提净化水注水中细菌数较少；除盐水注水中细菌数随时间逐渐增加；缓冲罐后注水中细菌数随时间增加得较快。

细菌在混合注水后的缓冲罐中大量生长繁殖，导致罐后注水点中细菌数增多。在过滤器将近堵塞时，罐后注水点的细菌数急速增高，可能是由于过滤器接近堵塞时水流速度降低，致使细菌及菌胶团聚集造成的。

②温度变化情况分析

大多数微生物生长繁殖的适宜温度为20～40 ℃，超出该温度范围时，其生长就会受到抑制［10-11］。由图4 可知：除盐水注水温度范围为28～34 ℃；汽提净化水注水温度范围为32～41 ℃；罐后注水点温度范围为29～36 ℃。各股水的温度都很适于微生物的生长，为微生物生长繁殖提供了良好的温度条件。

图4 各采样点水样温度随时间的变化情况Fig.4 Variation of water sample temperature with time at each sampling point

③溶解氧变化情况分析

由图5可知：除盐水注水溶解氧范围为6.5～7.0 mg/L；汽提净化水注水的溶解氧范围为0.8～1.6 mg/L；罐后注水的溶解氧范围为1.2～2.2 mg/L，且该水样中含有大量微小气泡。虽然罐后注水是等比例的除盐水注水、汽提净化水注水，但其溶解氧浓度并不等于除盐水、汽提净化水的平均值，而是明显低于其平均值。一方面，可能是由于两股水混合过程中溶解氧以大量微小气泡的形式逸出；另一方面，微生物生长繁殖过程也消耗一定量的溶解氧，导致混合后的注水溶解氧偏低。

图5 各采样点水样溶解氧随时间的变化情况Fig.5 Variation of dissolved oxygen with time at each sampling point

不同微生物对溶解氧的需求不同：好氧微生物需要充足的溶解氧，一般不低于2 mg/L；兼氧微生物的溶解氧在0.2～2.0 mg/L之间；厌氧微生物的溶解氧在0.2 mg/L以下［12-14］。由此可见，除盐水注水中的溶解氧很适宜好氧微生物生长繁殖，汽提净化水注水的溶解氧适宜兼氧微生物生长，罐后注水的溶解氧中好氧、兼氧微生物都可以生长繁殖。

④pH变化情况分析

每种微生物生长都有其最适宜的pH范围，在这一范围内酶的活性最高，如果其他条件适合，则微生物的生长速率也最高。大多数细菌、藻类和原生动物的最适宜pH为6.5～7.5，pH在4～10之间也可以生长［15-16］。

从图6 可知：除盐水注水pH范围为8.2～9.2；汽提净化水注水pH范围为9.0～10.5；罐后注水点pH范围为9.0～10.0。虽然各采样点水样pH均高于微生物的最适宜pH，但基本在其可生长范围之内，可以维持微生物的生长繁殖。

图6 各采样点水样pH随时间的变化情况Fig.6 Variation of pH value with time at each sampling point

⑤COD变化情况分析

微生物的生长、繁殖及代谢活动都离不开营养物质。碳是构成微生物机体的重要元素，水中的含碳有机物是微生物的重要能源，COD可以反映水中有机物的含量。当生物处理系统中碳源缺乏时，会影响微生物的生长代谢［17-20］。

由图7 可知：除盐水注水COD 基本为0 mg/L；汽提净化水注水COD 范围为110～130 mg/L；罐后注水点COD 范围为78～118 mg/L。注水点COD 浓度明显高于除盐水注水、汽提净化水注水两者的平均值，这可能是由于缓冲罐中存在有机污染物的积累，使得罐后注水点的COD浓度增高。随着时间的推移，注水点COD逐渐呈下降趋势，可能是由于微生物大量繁殖作为碳源被消耗掉。

图7 各采样点水样COD随时间的变化情况Fig.7 Variation of COD with time at each sampling point

总体来看，罐后注水中存在一定浓度的含碳有机质，可以为微生物提供所需碳源，能够满足微生物生长繁殖的需要。

⑥TN变化情况分析

氮是构成微生物机体的重要元素，菌体的蛋白质、核苷酸中均含有氮元素。无机氮源包括氨盐、硝酸盐等，个别细菌还可利用气态氮作为氮源［21-23］。

由图8 可知：除盐水注水的TN 基本为0 mg/L；汽提净化水注水TN范围为13～16 mg/L；罐后注水点TN范围为11～13 mg/L。与COD的含量相似，罐后注水点TN浓度明显高于除盐水注水、汽提净化注水两者的平均值，应该是由于缓冲罐中有机污染物累积。同样，随着时间的推移，注水点TN逐渐呈下降趋势，可能是由于微生物大量繁殖作为氮源被消耗掉。罐后注水中含有一定浓度的含氮物质，可以为微生物提供其生长繁殖所需的氮源。

图8 各采样点水样TN随时间的变化情况Fig.8 Variation of TN with time at each sampling point

综合上述各采样点水样的分析结果可知：罐后注水水样温度、溶解氧有利于微生物的生长繁殖；水样中存在一定量的有机质，可以为微生物提供所需碳源、氮源等营养物质，满足微生物生长繁殖的需要；pH虽不在微生物生长的最适宜范围内，但可以维持其生长繁殖。因此，罐后注水的水环境适合微生物生长繁殖，而且除盐水注水、汽提净化水注水在缓冲罐中混合后具有一定的停留时间，为微生物的生长繁殖提供了更加有利的条件，使得注水缓冲罐后、泵前管路过滤器发生了周期性堵塞。

4 结 论

①通过对堵塞物外观性状观察、灼烧测试及对水样相关指标的分析，确定堵塞物是由微生物大量繁殖、沉积导致的。

②通过对不同采样点水样的分析，最终确定3 个采样点：除盐水注水、汽提净化水注水、罐后注水。

③分别对各采样点水样的温度、pH、溶解氧、COD、TN和细菌数进行跟踪测试，测试结果表明：注水水样温度、溶解氧有利于微生物的生长繁殖；水样中的碳源、氮源等营养物质满足微生物生长繁殖的需要；pH虽不在微生物生长的最适宜范围内，但可以维持其生长繁殖。因此，判断蜡油加氢注水管道堵塞是由微生物大量繁殖产生的黏垢导致。

依据以上测试结果，结合装置实际情况，提出了可行性抑菌方案，并得到了实施。具体措施为，用100%的高温汽提净化水对缓冲罐和输水管线持续进行5 d的冲洗，之后将汽提净化水进水管线绕过缓冲罐进行跨接，除盐水仍进入缓冲罐。此后蜡油加氢注水设施正常运行8 个月一直未发生堵塞现象，问题得到了解决。■