Обессоливание сырой нефти — это процесс, в котором сырая нефть контактирует с горячей водой и химикатами для удаления примесей, таких как хлоридные соли и твердые частицы, из сырой нефти в предварительном подогреве. Специализированное оборудование, называемое электростатическим коагулятором или опреснителем, является неотъемлемой частью процесса, наряду с соответствующими теплообменниками, которые подают сырую нефть и воду при соответствующих температурах для эффективного обессоливания. Полученная вода, соли и осадок поступают на дно опреснителя, где охлаждаются, а затем отправляются на очистку сточных вод. (См. рисунок 1) В этой статье будут рассмотрены проблемы охлаждения сточных вод опреснителя; мы также поделимся нашим опытом смягчения этих проблем с помощью технологии спиральных пластинчатых теплообменников Alfa Laval.

Рисунок 1: Упрощенная система охлаждения сточных вод опреснительной установки с установленными спиралями Альфа Лаваль

 Основа состава обессоливающей воды 

«Вода» обессоливающей установки на самом деле вовсе не вода; это смесь солей металлов, твердых частиц  и  даже  тяжелых масел и  асфальтенов . Качество сточных вод обессоливающей установки  также сильно различается от сырой нефти к сырой  и  изо дня в день.  Поэтому любой теплообменник  ,  предназначенный для охлаждения только  воды,  несомненно , выйдет из строя при воздействии  обычных  условий обессоливающей установки. Обеспечение теплообменника для успешного охлаждения обессоливающей воды требует  не только понимания основ проектирования, но и переходных условий, таких как сбои обессоливающей установки и  промывка грязью *, которые значительно изменяют качество воды.  Надежное охлаждение этой воды  важно ,  поскольку  она составляет значительную часть общего объема  сточных вод нефтеперерабатывающего завода, а высокие температуры  разрушат биологические процессы, происходящие ниже по течению. Это общая мотивация для нефтеперерабатывающих предприятий искать более совершенные технологии для охлаждения обессоливающей воды.   

Рисунок 2: Пути движения потоков в спиральном пластинчатом теплообменнике 

 Проблемы теплопередачи 

Главной проблемой  успешного теплообмена на водной стороне опреснителя является загрязнение и закупорка.  Загрязнение может происходить на  любой  (или обеих)  стороне (ях)  теплообменника.  По мере нагревания питательной воды загрязнение может происходить  в зависимости от источника воды. Если вода является пресной  или колодезной , минералы могут осаждаться на теплообменнике по мере нагрева воды.  Другие источники воды , такие как вода из барабана ,  несут  значительное количество  твердых частиц  и следов масел, которые влияют на теплопередачу.  Знание этих  механизмов загрязнения и методов проектирования для ограничения их воздействия является  важной  частью проектирования теплообменника.  

Сточные  воды опреснителя   обычно являются наиболее проблемными из-за своего состава. Вода , теперь загрязненная маслом, взвешенными  твердыми частицами  и растворенными твердыми частицами , охлаждается в два этапа перед сбросом на очистные сооружения сточных вод с помощью сепаратора API. Масло часто покрывает поверхность теплопередачи, делая сложные инструменты проектирования бесполезными для точного моделирования производительности. Твердые частицы из опреснителя также могут закупоривать каналы теплообменника ,  требуя незапланированного простоя для механической очистки. В последнее время Alfa Laval наблюдала, как тяжелые масла и  асфальтены  уносятся водой ,  смешиваясь со взвешенными твердыми частицами и серьезно закупоривая теплообменники.  Это явление наиболее заметно на нефтеперерабатывающих заводах, которые перерабатывают тяжелый битум, такой как канадская  нефть  , и загрязняет любой тип теплообменника .  Внедрение теплообменника, разработанного для  минимизации воздействия  этих механизмов загрязнения, имеет решающее значение для надежной работы.   

Решение 

За прошедшие годы  компания Alfa Laval накопила опыт работы со  многими типами  теплообменников  в системах опреснения воды , включая различные пластинчатые и  трубчатые  типы . Большинство типов  теплообменников  с трудом справляются с различными  механизмами загрязнения и обеспечивают неудовлетворительную производительность. Основная причина заключается в том, что большинство теплообменников используют  параллельные каналы  или трубки  для распределения  потока внутри теплообменника.  Во время  промывки грязью  или  попадания твердых частиц  невозможно равномерно распределить  твердые  частицы по всем трубкам ,  поэтому многие каналы засоряются и засоряются  на короткое время  (рисунок 3) .  Это приводит к гидравлическому ограничению ,  а также  к снижению теплопередачи и  может привести к незапланированным отключениям . Для успешного прохождения твердых частиц необходим теплообменник, который исключает  предпочтительные пути потока параллельных теплообменников;  и это является ключом к работе спиральных пластинчатых теплообменников .

Рисунок 3: Теплообменник S&T, работающий 1 месяц в опреснительной установке

Спиральная пластина представляет собой одноканальное устройство теплопередачи, которое  пропускает твердые частицы через канал, не застревая в теплообменнике.  (Рисунок 4) Это устраняет проблему гидравлического ограничения и позволяет спирали работать  без незапланированных остановок.  Другие  механизмы загрязнения отложениями,  такие как  асфальтиновые  отложения  , неизбежно  прилипают к любой поверхности теплообменника, включая спиральную пластину.  Влияние этого механизма загрязнения заключается в снижении производительности теплопередачи и  увеличении перепада давления .  Наш опыт показал, что, хотя спиральный пластинчатый теплообменник может загрязняться в этом конкретном типе  механизма , время работы  может быть в 3-5 раз  больше, чем у других технологий из-за  высоких  скоростей  каналов  и одноканального расположения технологии  спиральной пластины  .  Еще одним преимуществом является то, что когда требуется   очистка  спиральной пластины  , выпаривание  или химическая очистка очень эффективны, поскольку в теплообменнике нет засоренных участков ,  что гарантирует, что все чистящие химикаты достигнут тонкого слоя загрязнения на поверхности.  Механическую очистку также легко выполнить, сняв  одну или обе крышки с устройства  и  произведя гидроструйную очистку  с помощью типичных инструментов для НПЗ .   

Рисунок 4: Холодная и горячая сторона спирального пластинчатого теплообменника после двух месяцев работы в том же опреснителе. Чистка не требуется.