常減壓電脫鹽優(yōu)化改造技術分析

蔡幫偉 侯利國 楊威 楊洪凱 陳慶東（中海油惠州石化有限公司公司煉油一部，廣東 惠州516086）

0 引言

電脫鹽是原油進入蒸餾前的第一道預處理工序，是常減壓裝置重要的運行設備，主要承擔原油脫鹽、脫水的重任。電脫鹽使用的電耗占比常減壓裝置能耗的10%左右，降低電脫鹽使用電耗將有利于降低裝置能耗；電脫鹽的脫鹽效果是常減壓防腐的保障，同時脫水效果也是裝置平穩(wěn)操作的主要關鍵，因此提高電脫鹽運行效果是降低裝置能耗及保障裝置安全、平穩(wěn)運行的重要措施。

1 改造背景

中海油惠州石化有限公司常減壓蒸餾（Ⅰ）設計加工100%高酸重質(zhì)原油——蓬萊原油，加工能力1200萬噸/年，操作彈性設計為60%～110%，裝置采用三級電脫鹽工藝流程，第一級采用了高速電脫鹽技術，第二、三采用了交直流電脫鹽技術。蓬萊油田在原油的開采、集輸過程中會產(chǎn)生老化油。由于老化油中含有大量金屬離子及強極性有機物，導致其導電性較強［2］，此外老化油中含有FeS、粘土、修井液及各種化學藥劑，使其形成穩(wěn)定性很高的乳化液，增加電脫鹽破乳難度。受加工劣質(zhì)原油影響一級電脫鹽運行工況較差，出現(xiàn)主要異常情況如下：

（1）原油乳化嚴重，一級電脫鹽破乳困難，排水易帶油

（2）高速電脫鹽電流偏高易使變壓器油的老化、碳化、變壓器線圈的擊穿甚至冒煙著火現(xiàn)象

（3）電脫鹽罐運行電流較高，電耗較大

2 一級電脫鹽罐電場結(jié)構(gòu)及配套電源構(gòu)造

2.1 原電場結(jié)構(gòu)特點

原第一級電脫鹽罐內(nèi)采用了第一代高速電脫鹽電場結(jié)構(gòu)，罐內(nèi)設計了四層水平電極板，從上至下第1、2、4 層電極板帶電，第3層電極板接地，布置如圖1所示：

圖1 一級電脫鹽罐電極板簡圖

一級電脫鹽罐體內(nèi)部第4 層電極板采用了至下向上的支撐結(jié)構(gòu)，用于固定第4層帶電極板的絕緣支撐固定在靠近水層的橫梁上方，距離水層較近，當水位波動時，位于水層和第四層帶電極板之間的乳化液會上升，導致緣距離縮短，容易引起電流波動，進而影響電脫鹽罐破乳效果。

2.2 配套電源系統(tǒng)

改造前電脫鹽設備采用的電源多是傳統(tǒng)的100%全阻抗電源，100%全阻抗電源在處理重質(zhì)原油、易乳化原油時，會出現(xiàn)經(jīng)常性的大電流或短路現(xiàn)象，設計100%全阻抗的目的是在二次電流短路時保護一次電流不超額定電流，變壓器不會發(fā)生故障。但同時由于100%全阻抗導致大量無用功消耗在阻抗線圈，導致電耗大量浪費，不利于煉廠節(jié)能降耗［3］。

3 一級電脫鹽罐電場結(jié)構(gòu)及配套電源改造

3.1 改變一級電脫鹽罐第四層電極板安裝形式

將第四層極板從支撐形式改造為懸掛在第三層接地極板上，通過電極板的改造消除支撐件對電場的影響，在不影響電流情況可將界位控制提高5%，增加水停留時間，改善排水發(fā)黑情況。改造前后兩種結(jié)構(gòu)對圖如圖2：

圖2 一級電脫鹽電極板構(gòu)造

3.2 改變一級電脫鹽罐配套電源系統(tǒng)

將原有一級電脫鹽罐的100%全阻抗電源改造成智能響應控制電源，變壓器電壓由6000V改為380V，增上PLC控制系統(tǒng)。取消了內(nèi)置在變壓器內(nèi)的100%電抗器，降低了損耗在電抗器上的電壓，減少了無用功消耗。智能響應電源通過調(diào)整可控硅的導通角來達到調(diào)壓的目的。在人機界面上可以設定變壓器的運行模式及運行電壓，運行模式有恒壓模式和調(diào)壓模式，恒壓模式就是變壓器在某個恒定的電壓下運行，調(diào)壓模式就是變壓器的運行電壓在有規(guī)律的變化。一旦運行模式及電壓設定好后，智能響應電源將按照設定好的程序運行。運行電流電壓通過變送器反饋到PLC及可控硅控制器進行閉環(huán)控制，以保證智能響應電源嚴格按照設定的參數(shù)運行。

通過圖3可以看出，全阻抗變壓器隨著電流的升高，變壓器輸出電壓在降低，當電流達到額定電流時，電壓已經(jīng)降到接近零了；智能響應變壓器，隨著電流的升高電壓也在降低，當降低的幅度遠遠小于全阻抗變壓器，在電流達到額定電流時，電壓僅僅降低了30%。我們需要在大電流時場強保持一定的強度，提高破乳、聚集的能力。在全阻抗電源運行電流大時，由于變壓器實際輸入到罐內(nèi)的電壓很低，其有效場強很低，如果使用智能響應電源，在達到同樣有效場強時的運行電流會很低，有效的降低了電脫鹽的能耗。

圖3 全阻抗電源與智能響應電源變壓器輸出伏安特曲線圖

4 改造后效果評價

4.1 改造前后數(shù)據(jù)對比（參見表1）

實施后一級電脫鹽罐運行工況有明顯改善，具體表現(xiàn)如下：

（1）電脫鹽罐電流不再報警，且離額定電流有較大空間，操作彈性大；

（2）電耗有明顯降低，平均每天節(jié)約電耗約4833.3kW·h/d；

（3）脫后原油鹽含量及脫后含水量明顯下降，其中脫后含鹽降低54%，脫后含水降低68.8%。

表1

4.2 經(jīng)濟效益

根據(jù)工業(yè)用電0.68 元/kW·h 計算，每年可以節(jié)約（5100-267）*365*0.68=120萬元。

4.3 社會效益

該技術采樣智能響應控制電源，提高電脫鹽抗干擾能力，使電脫鹽罐電流控制更加平穩(wěn)，操作彈性更大。大大降低操作員勞動強度。

脫后含鹽改造后較改造前降低1.29mg/L，折合每年從原油中多脫除16.83t鹽。原油中的鹽在加熱條件下會水解產(chǎn)生大量硫化氫、氯化氫等腐蝕介質(zhì)，對裝置腐蝕產(chǎn)生嚴重危害。鹽含量高會加重換熱器中的結(jié)垢，影響裝置換熱終溫。脫除鹽可節(jié)省因設備腐蝕、結(jié)垢、爐管結(jié)焦等產(chǎn)生的大量費用。