高效電脫技術的工作原理及應用

仲躋峰 劉錦偉 司 杰 許 可

(1、3海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2天津中海油工程設計有限公司，天津 300451)

一、電脫鹽脫水的工作流程及工作原理

電脫鹽脫水的工作過程

原油首先需要進行注水混合以溶解原油中的鹽類，在注入破乳劑之后，利于直流高壓電的強電場中，利用電場產生的誘導偶極使油水分離。經過分離的原油通過物理手段將原油、水、固體雜質以及鹽份脫出。工作流程見圖一

圖一 電脫鹽脫水工作流程

電脫水破乳機理

海上油田生產，需要原油采集時快速脫水，受平臺面積的限制，沉降罐的體積不可能過大。由于原油乳狀液比較穩(wěn)定，單憑利用傳統的破乳劑讓乳狀液進行自然熱化學沉降往往耗時過長，滿足不了原油采集時快速脫水的生產需求。將原油乳狀液放入一定的電場強度中，使水滴的凝結過程加快，對原油的快速脫水起到非常明顯的作用。

首先我們來看一下圖二中微小水滴在靜電場中的聚結行為

圖二 靜電場中水滴的凝結過程

電場對原油乳狀液的作用機理為，乳狀液中的水滴在電場中因感應產生誘導偶極，順電場方向的兩端帶上不同的電荷，接觸電極的水滴還會帶上凈電荷，這些帶電的水滴按極性排列，相鄰的水滴電荷相等，極性相反，產生偶極聚結力，聚結成較大的水滴。這個聚結力用下公式表達。

其中，f—偶極聚結力，N；k—原油的介電常數；E—電場強度，V/cm；r—水滴的半徑，cm；l—兩水滴間的中心距，cm。

從公式（1）可以看出，聚結力f與E2和（r/l）4成正比，電場強度對水滴的聚結有很大的影響，提高電場強度，可以大大增大水滴之間的聚結力，加快水滴的聚結，但電場強度過高，會導致耗電量增大，容易短路跳閘，而且會使水滴產生電分散作用。因而在不引起電分散的情況下，提高電場強度對脫水是有利的。國內煉油廠脫水裝置常用電場強度在500～1000V/cm之間。原油電脫水是原油在電脫水裝置中，利用高壓電場、破乳劑、溫度等因素的綜合作用，破壞乳狀液，水滴相互合并、粒徑變大，并自原油中沉降分離出來，實現油水分離，從而脫出原油中的鹽類及固體雜質的凈化過程。

在原油電脫水過程中，原油和水的分離是借助原油和水兩相的密度不同，水滴在原油中自由沉降速度符合斯托克斯定律，如下公式，

其中，u— 沉降速度，m/s；d— 水滴直徑，m；g— 重力加速度，m/s2；ρ1-ρ2— 原油與水的密度差，kg/m3；η — 原油粘度，N.s/m2。

從公式(2)可以看出，原油與水兩相間密度差增大和原油粘度的減少，都有利于加速水滴沉降速度，沉降速度與水滴直徑的平方成正比，所以，增大水滴的直徑，可以大大加速它的沉降速度。因此，在原油脫鹽、脫水過程中，要控制各種因素的影響，創(chuàng)造條件使微小水滴聚結變大，以加速油水分離過程。

二.高效鼠籠式電極平流電脫鹽脫水技術

（圖三） 高效鼠籠式電極平流電脫鹽脫水罐側視內部結構圖

鼠籠式電極平流電脫鹽脫水技術在自身電脫水罐內部采用了分段多層偏心鼠籠式組合電極（見圖三），電極組合件由3～4層橫斷面呈半圓環(huán)形的電極組成，這樣的設計組合是相鄰兩層電極之間形成了環(huán)形電場，在下部又能形成垂直電場，電極組合件中相鄰兩層電極之間的間距則從頂部到底部逐漸由小增大。

鼠籠式電極平流電脫鹽脫水罐具有如下技術特點：

a.采用了平流臥式脫鹽脫水罐工藝，克服了老式脫鹽脫水罐中的水滴下沉受阻這一缺點，電場作用時間長，原油流速不受限制，利于原油脫鹽脫水速度的加快；

b.由于電極組合件由2～3層橫截面為半圓環(huán)形的電極組成，所以可以形成多層環(huán)形電場和垂直電場，能最大限度地占據罐內的空間，使有效電場的空間增大，且可消除電場死角和空電位，使罐內電場利用率提高40-60%，從而單位體積的處理量提高30%左右；

c.電極組合件中相鄰二層電極之間的間距由頂部到底部逐漸增大，沿著內部液體流動方向依次布置為弱電場、過渡電場、強電場，所形成的電場的電場強度由頂部到底部逐漸減弱，在橫截面上電場強度的分布為“上強下弱”。在罐體內油料含水量較小的上部區(qū)域電場強度大，油料含水量較大的下部區(qū)域電場強度較小，因此電場強度分布合理；

d.油水混合物料在電脫水罐內水平流動，下降的水滴沿油料流動方向呈水平拋物線軌跡下降，不受罐內油流的再分散作用，減輕了油料與下降水滴之間的返混效應。

三.平流電脫鹽脫水技術應用實例

在海上油田的應用

處理能力：400 X 104 t/a

1)原油的性質：

1>比重 0.95g/cm3.

2>粘度 50℃，473.2 mm2/s.

3>酸值 3.6 mgKOH/g。

4>含水 30%。

2）應用結果：

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原油電脫水技術的實際應用結論：

對于脫前原油含水小于30%時，脫后原油含水小于0.5%。，脫后原油含鹽小于30mg/L；

原油電脫鹽脫水后其它檢測數據：

排水含油小于200ppm（進入污水系統進行再處理）；

電耗小于0.2KWh/t。

[1]熊偉，侯傳教，梁青，等.Multisim 7 電路設計及仿真應用[M].北京：清華大學出版社.