润滑油白土精制装置存在的问题及技改措施

木合塔尔·买买提，潘从锦，张兴明，于宏伟

（中国石油克拉玛依石化分公司，新疆 克拉玛依 834000）

润滑油白土精制装置是利用活性白土具有良好的选择性吸附的特点，在较高的温度下与油品充分混合，吸附油品中胶质、沥青质等不理想组分，从而改善油品颜色、残炭、抗氧化安定性、抗腐蚀性、抗乳化性，提高其使用性能。润滑油白土精制装置是润滑油生产过程中提高产品质量的关键装置。中国石油克拉玛依石化分公司润滑油白土精制装置分为两套，其中Ⅰ套是1987年5月试车成功，设计处理能力为100kt／a；Ⅱ套是1995年9月试车成功，设计处理能力为150kt／a。目前因大量固体颗粒白土的加入，使装置的处理能力降低、收率降低、滤机滤布使用寿命缩短、消耗较多；设备方面，蒸发塔塔顶真空系统腐蚀严重，板框式压滤机、白土加料器、水环式真空泵、脱气塔塔底泵等设备故障率高，影响着装置的平稳安全运行。本文主要对中国石油克拉玛依石化分公司润滑油白土精制装置存在的问题进行分析并提出技术改造的措施。

1 装置技术特点

1.1 装置工艺流程

白土精制工艺是将粉状白土和原料油搅拌混合成悬浮液，经加热炉加热到一定温度，进入蒸发塔中保持一定时间，达到吸附平衡后进行过滤，除去废白土便得到精制油。主要包括原料油与白土的混合、加热精制、过滤分离等3个主要工艺过程。工艺原则流程示意见图1。原料油自上道工序进入润滑油白土精制装置原料罐区，由原料泵抽出，进入混合罐，白土由白土储罐经白土加料器系统按比例加入混合罐内与油品混合，混合罐内白土与油的混合物用炉进料泵抽出，经换热器与塔底油换热后，进入加热炉加热到工艺要求的温度后，进入蒸发汽提塔。油品与白土在塔内保持一定的接触时间，利用抽真空系统产生负压，蒸发出油品和白土混合物中的水分和轻组分，蒸出的轻组分和水分经塔顶冷却器冷却至45℃以下，流至真空分液罐进行油水沉降分离。真空分液罐上部不凝气用真空泵抽出，维持系统真空度。真空分液罐下面的油和水分流入油水分离罐，利用油品和水的密度差使油和水分分离，脱水后油流入污油罐定期送出装置。经过汽提后的塔底油用泵抽出，经换热器与原料换热，经冷却器冷却后，再到一级板式过滤机进行一次过滤，过滤掉油浆中的大部分白土。一次过滤后的油浆进入过渡油罐，由泵抽送至二级过滤机进行二次过滤，过滤掉油中残留的白土或其它杂质，进入半成品罐，再用泵抽出经冷却器冷却至60～70℃后送出装置。

1.2 工艺技术特点

（1）白土采用负压吸入方式，即用真空泵产生负压，将白土从仓库直接吸入料斗，避免正压操作造成粉尘飞场，改善加料的工作环境。

图1 白土精制装置工艺原则流程示意

（2）为了保证产品的机械杂质含量合格，过滤系统采用两级过滤。一级过滤使用板框压滤机，这种过滤机使用滤布过滤，大部分白土在一级过滤时被过滤出来，但还不能将油中的白土含量降到规定的指标，为保证油的质量，还需用滤纸作为过滤介质进行进一步过滤，即二级过滤。

（3）白土加料计量系统采用传感式称重加料器，采用PLC可编程程序控制器自动控制，称重系统选用精密气动称量技术，使得加料器计量准确，工作稳定可靠，操作简便，使用安全。

2 存在的问题

2.1 板框式压滤机故障率高

过滤系统采用两级过滤形式，一级为自动板框式压滤机，二级为手动板框式压滤机。主要存在的问题是该装置压滤机设备均为20世纪70—80年代产品，设备老化、陈旧，滤机配件少、机件密封效果差，导致滤机泄漏率、故障率越来越高。其次，由于装置滤机设备陈旧、过滤不密闭，正常过滤时漏油，造成地面油污多，液压站系统、电器控制系统故障多而导致维护工作量大、难度高等问题，不能够确保装置长周期安全运行。

2.2 白土加料器老化严重

白土加料计量使用时间较长，设备老化，故障率一直居高不下，在使用中存在以下缺陷：①白土加入量与白土原料流量计测得的流量的自动化关联程度低，需要人工换算，不适合生产发展的需要：②气缸电磁阀因长周期频繁工作，容易烧坏：③柔性软管的白土泄漏量大，加料房白土粉尘较多。

2.3 脱气塔塔底泵体冲刷腐蚀严重

脱气塔塔底调节阀选型过大，生产中不能进行适时调节，操作装置需要手动控制阀门开度，不利于安全生产。其次由于调节阀不能有效控制流量，选型过大的油浆泵高速运转对泵体冲刷腐蚀严重，涡壳和叶轮更换周期大大缩短，仅2010年2台泵共更换涡壳2套、叶轮3套。由于油浆泵磨损，导致出口排量和压力降低，影响装置加工能力。

2.4 水环式真空泵泵体易结垢

水环式真空泵的工作液为新鲜水，存在的问题是泵体易结垢，造成泵频繁发生超负荷跳闸，平均每2个月就需拆泵清垢，增加了生产成本。

2.5 蒸发汽提塔塔顶真空系统腐蚀严重

在生产过程中，蒸发汽提塔塔顶真空系统腐蚀极为严重（图1中红色部分为塔顶真空系统流程），其中蒸发塔塔顶冷却器的壳体因腐蚀严重，于2002年10月更换碳钢壳体、管束更换为1Cr18Ni9Ti不锈钢芯子。2003年11月该冷却器壳体出现腐蚀穿孔，将壳体进行修复后，对内壁进行了镍磷镀防腐处理。2004年不锈钢管束前后出现腐蚀穿孔13次，堵管12根。2006年检修冷却器管束时进行了热固化涂料防腐。真空分液罐在停工检修期间对其内部进行检查，发现腐蚀严重，腐蚀区域集中在油液流经线上，对真空分液罐内壁底部封头进行了贴补不锈钢板的防腐措施。

为了找出腐蚀产生的原因，取油水分离罐冷凝液做水质分析，结果为pH值3.19、氯离子质量浓度155.2mg／L、铁离子质量浓度120.3mg／L。表明装置的酸性介质腐蚀十分严重，而酸性物质来源于活性白土和上游糠醛精制装置来的原料。

从白土中的腐蚀介质提取试验结果来看，白土本身呈酸性，且含有硫酸根、氯离子等杂质，这些物质在白土精制过程中，会由加工处理的油品带出，并溶于水中，形成低浓度的硫酸、盐酸的混合水溶液，对装置造成腐蚀。从腐蚀速率监测及常用材料的耐蚀性能评价来看，仅采取材料升级来解决该部位腐蚀问题的方法是行不通的，要最终彻底解决该部位的严重腐蚀问题，应考虑采取工艺防腐措施［1］。

2.6 白土消耗量大，精制油收率低

润滑油白土补充精制工艺能有效地脱除油品中残余溶剂及含硫、氮、氧的极性化合物，对提高油品的抗氧化安定性和改善油品颜色起着非常重要的作用，其缺点是白土用量大，精制油损失大，环保问题突出。目前Ⅱ套白土精制装置的白土加入量为5%，所产生的废白土中油含量一般在35%～40%。因大量固体颗粒白土的加入，使装置的处理能力降低、消耗升高、收率降低、滤机过滤布使用寿命缩短、工人劳动强度增加。

3 技术改造措施

3.1 优化流程，停用原料油泵

Ⅱ套糠醛精制装置以加工20号变压器油的半成品为主，经过换热器、冷却器冷却到50℃左右，送到半成品罐。Ⅱ套白土精制装置加工20号变压器油时，用原料泵抽取10号罐区的半成品油。采用热联合的方法，优化工艺流程，停止使用白土装置18.5kW的原料泵，由Ⅱ套糠醛精制装置将半成品油直接送入白土精制装置，达到降低电耗的目的。

3.2 增设原料脱气塔

白土精制过程中，由于白土在与油品混合过程中携带一定量的空气，在高温条件下，易造成氧化，影响产品的质量。为了避免这一现象的发生，混合罐出来的油浆进加热炉前增加一台脱气塔及抽脱气塔泵，使混合液进入加热炉前脱去白土油中的空气。

3.3 采取设备与工艺的防腐措施，解决塔顶真空系统的腐蚀问题

3.3.1 设备防腐蚀措施 采取了以下设备防腐蚀措施：①冷却器管束采用热固化涂料防腐。但是冷却器检修后的安装过程中若对涂层造成损伤，则会形成“大阴极、小阳极”而加速腐蚀。②对冷却器壳体内壁采用镍磷镀防腐处理，与管束的热固化涂料防腐效果相当，但是使用1年后检修发现局部地方开始出现起层剥离现象，而且管束抽装对壳体内壁的镀层损伤也严重。③对真空分液罐采取贴补不锈钢复合钢板防腐蚀措施，在真空分液罐油液进口管下贴补600mm的不锈钢板，沿纵向中心线弯曲，以使油液引向封头而不往两边漫流。④塔顶管线更换为不锈钢材质（18－8），塔顶管线伸入塔内100 mm，避免凝液接触塔壁与管线的焊口而加剧腐蚀。

3.3.2 工艺防腐蚀措施 单靠设备防腐、材质升级难以解决该系统的严重腐蚀问题，且费用较高，因此采取了以下工艺防腐措施：①对冷却器的管程、壳程走向进行调整，循环水改为走壳程，蒸发塔塔顶油气改为走管程，降低壳体的腐蚀，腐蚀范围缩小到管束和管箱，避免壳体腐蚀。②检修期间在蒸发塔塔顶馏出线到冷却器进口前增加注剂流程，加注点定在蒸发塔顶部，采取隔膜计量泵连续注中和缓蚀剂，并严格控制注剂量，使脱水罐凝液的pH值在7左右。

3.4 利用络合脱氮工艺减少白土用量

为了减少润滑油白土精制装置的白土用量，达到节能减排的目的，通过增设液相脱氮工艺过程来降低白土用量，提高精制油收率。

3.4.1 络合脱氮工艺流程 采用络合脱氮精制工艺，需对原有白土补充精制装置进行以下改造：①增加Ⅰ套以电精制沉降为主的络合脱氮精制设备，主要包括静态混合反应器组、电精制沉降罐、废渣油储罐、脱氮剂储罐、计量标定罐、脱氮剂计量泵、脱氮剂及废渣油输送泵等。②增加1台加热器，使原料温度能够满足络合脱氮工艺的进料要求。

液相络合脱氮精制工艺流程示意见图2。原料由糠醛精制装置或罐区来，经基础油加热器（管程）加热到80～90℃后与脱氮剂混合，经静态混合器充分混合反应后，进入电精制沉降罐进行电沉降分离。脱氮剂与润滑油中的非理想组分形成络合物，在电场的作用下，密度大的络合物及未充分反应的脱氮剂沉降至电精制罐底，经罐底排至废渣油储罐，脱氮精制后的润滑油由电精制罐顶部排出，经脱氮油过滤罐送至白土精制装置混合罐进行后继白土补充精制。废渣油自电精制沉降罐底经气动阀多次少量地排入废渣油储罐储存，经脱氮剂及废渣油输送泵抽出装入槽车运至脱氮剂生产厂处理。

图2 液相络合脱氮工艺原则流程示意

3.4.2 络合脱氮工艺应用效果 液相络合脱氮－白土补充精制组合工艺的白土加入量（w）为2.5%，与单纯采用白土精制工艺相比可以减少50%的白土用量，精制油收率提高0.8%～1.2%，不仅具有一定的经济效益，同时具有很大的环境效益。应用液相络合脱氮－白土补充精制组合工艺后，装置生产状态良好，运行平稳。组合工艺与单纯白土精制工艺相比，有以下优点：机泵磨损相对较轻，减少了机泵维修次数；减少了过滤机的过滤负荷及排渣次数，减轻了工人的劳动强度；延长了过滤机滤布的使用寿命，降低了生产成本；减少了白土的输送量，固体颗粒白土和废白土对环境的污染降低，保护了环境。

3.5 设备的改造

3.5.1 压滤机的升级改造 针对压滤机存在的问题，结合生产实际，经过多次考察和论证，决定一级过滤选用XAZ120／1000－3DFFBT型全自动板框式压滤机，二级过滤选用 BAYZ70／870－FF－1型全自动板框式压滤机。该新型板框式自动保压型压滤机，使压滤机滤板夹紧、松开、取板、拉板、过滤、保压等均采用自动程序完成，降低了操作的危险和劳动强度，保证了设备的运行安全。更换电气控制系统，该系统的主要元件选用进口欧姆龙PLC机，电器元件选用施耐德产品。配置人机界面终端（HMI），适时监控设备的运行状态［2］。更换液压控制系统，压滤机液压系统的主要控制元件选用意大利ATOS公司的产品，该液压元件密封性能好，不漏油，动作灵敏可靠，使用寿命长。

3.5.2 解决水环式真空泵泵体易结垢问题 用软化水替代新鲜水作工作液，防止水垢。将原水环式真空泵使用的工作新鲜水改为软化水，更换了水环式真空泵的工作介质、降低水的硬度，以降低发生结垢的几率。用软化水作为工作液后，提高了工作效率，改善了泵内的工作环境，避免了真空泵结垢现象的发生，保证了机组的安全经济运行。

3.5.3 脱气塔塔底泵增加变频器 脱气塔塔底泵加装变频器，调节泵的出口压力和流量，从而达到降低用电量的目的。投用后，机泵叶轮和蜗壳的使用寿命由6个月提高到3年以上，大大降低了白土油浆泵的维修费用，减少了装置的危险作业次数。

3.5.4 更换白土加料器 针对白土加料器使用中存在的缺陷，2012年将加料器更换为冲击式固体流量计。它是一种可用于在线连续测量自由落下的粉粒状介质的固体流量计，较好地实现了白土下料中的连续、均匀以及精确计量控制。

3.6 技术改造后的经济效益估算

（1）停止使用Ⅱ套白土精制装置18.5kW的原料泵后，每年节电157.62MW·h，相当于每年节约6.5万元。

（2）更换板框式压滤机后，故障率大幅降低，故障维修频次由改造前的102次／a降到5次／a，滤机配件更换和人工维修成本节约70万元／a，挽回滤机停机导致的效益损失为108万元／a。滤机改造后的总经济效益为178万元／a。

（3）水环式真空泵用新鲜水和软化水作为工作液时，能耗费用相当。但是用软化水作为工作液后，提高了工作效率，减少了维修费用。

（4）液相络合脱氮－白土补充精制组合工艺可节省50% 的白土用量，油品综合收率可提高1百分点以上，产品平均价格按8000元／t计算，则提高油品收率带来的收益可高达1200万元／a。该组合工艺不仅可创造显著的经济效益，还可节省含油废白土的环保排污费用。

技术改造后的总经济效益为1384.5万元／a。

4 目前存在的问题及解决方案

4.1 真空系统的腐蚀问题及解决方案

（1）塔顶真空系统防腐蚀措施中，因为存在氯离子腐蚀环境，采用1Cr18Ni9Ti材质作冷却器管束不能彻底解决腐蚀问题，应采用2205双向不锈钢制作管束和容器内衬。

（2）冷却器的管程、壳程走向调整后，换热器的管箱短接也曾经出现腐蚀情况，因此建议管箱材质升级为不锈钢，减少腐蚀。

（3）为了更好地控制脱水罐的pH值，建议在脱水罐安装pH值在线监测系统，根据监测结果调整缓蚀剂加注量。

4.2 白土倒装过程存在的问题及解决方案

目前，白土倒装过程是采取人工卸车、人工拆袋、人工加料的方式向白土储罐装料，输送方式为真空吸入。倒装过程中存在白土袋破损白土漏出、倒白土时敞开散倒、白土粉尘到处飘的问题。长期沿用此种装料方式，人员近距离接触白土，影响到装料人员的身体健康，也会对周围环境造成不良影响，工作现场环境污染严重，不适应当前的清洁生产。建议对装置的白土运输由袋装改为罐装，用工业风将罐装车上的白土压到装置内的白土储罐，以防止白土粉尘污染。

5 结束语

采用热联合的方法，优化了工艺流程；利用络合脱氮工艺，减少白土用量，提高了精制油收率；对压滤机的升级改造，保证了设备运行的可靠性；用软化水替代新鲜水作工作液，解决了水环式真空泵泵体易结垢问题；脱气塔塔底泵增加变频器，解决了泵体冲刷腐蚀问题。通过这些工艺优化和设备改造措施，提高了润滑油白土精制装置运行的技术水平，取得了较大的经济效益和社会效益。但是在装置的长周期运行方面还存在一些问题，如蒸发塔塔顶真空系统的腐蚀问题和白土倒装过程的环境污染问题等。

［1］孔朝辉，越立新，翟金山，等.白土装置蒸发汽提塔顶冷凝系统的防腐蚀研究［J］.全面腐蚀控制，2005，19（5）：27－32

［2］张德康，秦荣斌.白土装置滤机控制系统升级改造及故障处理分析［J］.炼化科技，2011（3）：39－41