高速電脫鹽運行問題的分析

陳保華

（中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008）

近年來國際原油價格長期高位運行，原油成本占煉油企業(yè)加工總成本的比例越來越高（95%以上），控制進口原油成本是煉油企業(yè)提高經(jīng)濟效益的首要工作。隨著國際原油市場油價的高企，加工重質(zhì)劣質(zhì)原油不僅可以降低煉油成本,而且可以提高石油資源風(fēng)險的規(guī)避能力，對煉廠效益的影響也越來越大，因此善于吃“雜糧”和“粗糧”的經(jīng)濟效益優(yōu)勢日益彰顯。

但是加工劣質(zhì)原油造成脫鹽困難，電脫鹽裝置長時間大電流運行影響設(shè)備使用壽命，甚至造成電極棒擊穿，是制約全廠長周期運行的關(guān)鍵因素，成為加工原油結(jié)構(gòu)優(yōu)化的技術(shù)瓶頸。

1 電脫鹽裝置簡介

我公司電脫鹽裝置采用臥式水平電極板的兩級高速電脫鹽形式，每級電脫鹽都有4層電極板，原油乳化液從電極板之間通過噴嘴水平噴出。4層電極板第三層電極板接地，一、二、四層電極板帶電(圖1)。

圖1 電脫鹽裝置電極板示意圖

電脫鹽裝置額定電流為526A，最大工作電流不應(yīng)超過額定電流的70%（即368A）。在電脫鹽實際運行過程中，隨著加工原油的重質(zhì)化劣質(zhì)化，電脫鹽電流經(jīng)常高位運行，接近最大工作電流，是制約全廠平穩(wěn)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

2 電脫鹽電流高原因分析

2.1 高速電脫鹽難以適應(yīng)原油變化頻繁的運行工況

電脫鹽罐的處理能力取決于水在原油中的沉降速度。沉降速度大則單位體積電脫鹽處理量大，沉降速度小則單位體積電脫鹽罐處理量亦隨之變小。原油和水兩相密度差是沉降分離的推動力，而分散介質(zhì)的粘度則是阻力。油和水的沉降分離，基本上符合球形粒子在靜止流體中自由沉降的斯托克定律，即：

U=d2（p1-p2）g/18vp2

式中：U —水滴沉降速度，m·s-1；

d —水滴直徑，m；

p1、p2—水和油的密度，kg·m-3；

v —油的運動粘度，m2·s-1；

g—重力加速度，m·s-2。

由上式可知，兩相間的密度差增大和分散介質(zhì)的粘度減小，都有利于加速沉降分離。

目前所加工的幾種原油的相對沉降速度對比見表1。

表1 幾種原油的相對沉降速度對比表

從表1中可以看出，不同原油的粘度一般隨著密度增加而增加，在水中的沉降速度相差很大。水滴在原油A的沉降速度是在原油C中的16倍，是在原油D中的113倍，是在原油E中的146倍。因此，高速電脫鹽技術(shù)對于原油A等輕質(zhì)原油的脫鹽脫水效果較好，對原油D和原油E等重質(zhì)原油的脫鹽脫水效果較差。

2.2 部分原油存在天然乳化層

部分原油酸值高，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高，這樣的原油在開采和運輸過程中容易形成天然的乳化層，導(dǎo)致電脫鹽乳化層增厚，如達爾油。

2.3 部分原油金屬含量高

部分原油金屬含量高，原油電導(dǎo)率偏高，導(dǎo)致電脫鹽電流增高。相關(guān)原油數(shù)據(jù)分析見表2。

表2 相關(guān)原油數(shù)據(jù)分析表

從表2可以看出，相對于輕質(zhì)原油A而言，重質(zhì)原油E的金屬含量高13倍，原油F金屬含量高8倍。因此對于加工重質(zhì)化的原油而言，降低原油的金屬離子含量有利于降低原油電導(dǎo)率，對優(yōu)化電脫鹽裝置運行是很有必要的。

2.4 原油罐底存有乳化層和大量水

原油罐底存有乳化層和大量水，原油抽出口接近油水界面，導(dǎo)致切換原油罐時，電脫鹽電流增高。

3 電脫鹽優(yōu)化運行分析

影響電脫鹽脫水效果的主要工藝參數(shù)包括油水混合強度、溫度、電場強度、洗滌水用量，破乳劑種類及用量和原油性質(zhì)。

3.1 混合強度

原油與注水只有經(jīng)過充分混合后才能有效地萃取出其中所含的鹽類，同時也可使原油中的固體不溶物鹽得到潤濕而被脫除?？傮w而言，混合強度越高，混合效果越好。但當混合強度過高時，會使分散在油中的水滴直徑變小，反而會使水滴沉降速度降低，影響脫水效果。

電脫鹽混合強度過大會產(chǎn)生一種穩(wěn)定的油水乳液，它在電脫鹽的電場中不能輕易破乳?；旌蠌姸却蟮恼髡淄ǔ０姌O區(qū)電壓低和被攜帶到被脫鹽處理后的原油中的水量大于正常攜帶水量，推薦混合強度不宜超過80kPa。

目前常減壓一級電脫鹽混合強度控制在40kPa，二級電脫鹽混合強度控制在50kPa。目前脫后原油中水含量為0.15mg·L-1，說明混合強度控制是合適的。

3.2 電脫鹽溫度

較高的電脫鹽溫度，可以使原油的粘度降低，減少水滴的運動阻力。同時，較高的電脫鹽溫度還有利于油水界面張力的降低，從而使水滴受熱膨脹，乳化膜減弱，有利于破乳和聚結(jié)。另外溫度還可以通過影響油水密度差、原油粘度而影響水滴的沉降速度，從而影響脫鹽效率。因此，提高原油進電脫鹽裝置溫度是很有利的。

但是原油電導(dǎo)率隨溫度提高而增加，溫度過高，MgCl2、CaCl2開始水解，不利于脫鹽。推薦操作溫度為140～145℃。

3.3 注水

在原油的脫鹽過程中，注入一定量洗滌水的目的主要是與原油混合，增加水滴的密度使之更易聚結(jié)。同時注水還可以破壞原油乳化液的穩(wěn)定性，對脫鹽有利。目前注水比例為4.1%～4.5%，脫后原油水含量低于0.15mg·L-1，含油污水中油含量低于30mg·L-1，各項參數(shù)調(diào)整合理。

同時電脫鹽注水堿性過高會促使油水乳化，因此注水pH值應(yīng)控制在7～8之間較為合適。目前電脫鹽注水為非加氫凈化水，其pH值為9.4左右，鹽含量為10mg·L-1，不利于電脫鹽破乳。

3.4 電場強度

電場強度是影響電脫鹽效率的一個主要工藝參數(shù)。每一種原油都有與其相適應(yīng)的脫鹽電場強度，過高或過低都會使脫鹽率降低。在原油質(zhì)量穩(wěn)定的情況下，19kV的電場強度可以滿足生產(chǎn)的需要。但是當原油質(zhì)量波動較大時，它的不足就表現(xiàn)明顯。

北京石化設(shè)計院通過研究總結(jié)出脫鹽率、停留時間及電場強度三者之間的相互關(guān)系。在停留時間一定的條件下，提高電場強度有利于脫鹽率提高。目前我公司一、二級電脫鹽電場強度都是選擇19kV，難以滿足加工多品種性質(zhì)差異大的原油的需要。

3.5 破乳劑

由于破乳劑的“廣譜性”較差，不同性質(zhì)的原油要求采用不同類型的破乳劑。針對不同品種的原油，應(yīng)該選用哪種破乳劑需要在實踐中摸索。

4 結(jié)論

（1）目前大部分電脫鹽裝置采用單一的油溶性破乳劑，這種破乳劑主要溶解在油相中，難以對乳化層起到較好的破乳作用。在油溶性破乳劑的基礎(chǔ)上加注部分水溶性反相破乳劑，不同性質(zhì)的破乳劑以一定的比例混合構(gòu)成一種新的混合型破乳劑，其破乳效果可能高于任何一種單獨使用的效果，這種現(xiàn)象稱為破乳劑的協(xié)同效應(yīng)。

（2） 針對部分原油金屬含量高的情況，可以增設(shè)金屬增脫劑，使其與原油中的金屬離子發(fā)生螯合反應(yīng)，生成能溶于水的化合物或者能懸浮于水中呈固體小顆粒的化學(xué)物質(zhì)，降低原油的電導(dǎo)率，從而降低電脫鹽電流。

（3）為解決部分原油在開采和運輸過程中形成天然破乳劑的問題，建議在原油進罐前加注低溫破乳劑，在原油沉降過程中對原油進行預(yù)破乳，降低電脫鹽的壓力。

（4）加工原油的水含量對電脫鹽裝置電流影響較大，因此在生產(chǎn)過程中應(yīng)加強原油脫水管理。

（5）為確保加工原油調(diào)合均勻，性質(zhì)穩(wěn)定，對于加工多種原油的煉廠，在原油罐區(qū)應(yīng)設(shè)置原油在線調(diào)合設(shè)施，確保加工原油性質(zhì)穩(wěn)定。

（6）煉廠電脫鹽注水應(yīng)采用偏酸性的洗滌水，水的pH值調(diào)節(jié)到7～8，偏堿性的洗滌水容易形成乳化層。

（7）針對加工原油品種多、原油性質(zhì)不穩(wěn)定的煉廠，應(yīng)改造內(nèi)構(gòu)件增設(shè)第三級低速電脫鹽，或者增設(shè)超聲波混合設(shè)施，以 提高加工原油的適應(yīng)性。

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