強(qiáng)化電場功率補(bǔ)償電脫鹽技術(shù)對于原油脫鈉的作用

韓 磊，王德輝，柴永新

(1.中國石化青島安全工程研究院，山東青島 266104 2.中國石油天然氣股份有限公司大慶煉化分公司，黑龍江大慶 163411)

1 概述

化學(xué)驅(qū)油技術(shù)是目前國內(nèi)油田提高原油采收率的重要技術(shù)之一，是實現(xiàn)油田儲層改造、原油增產(chǎn)、殘余油開采以及原油輸送的重要手段。在二次采油、三次采油、壓裂酸化等油井增產(chǎn)措施與原油集輸過程中均使用了大量的油田化學(xué)劑，包括各種無機(jī)酸、無機(jī)金屬鹽、有機(jī)化合物和聚合物等。這些油田化學(xué)劑部分直接進(jìn)入原油中，部分與原油儲層發(fā)生相互作用，產(chǎn)物進(jìn)入原油中，從而對原油后續(xù)加工過程產(chǎn)生影響。

采油化學(xué)劑壓裂液添加劑、防蠟劑等中通常含有烷基苯磺酸鈉[1]。烷基苯磺酸鈉具有良好的表面活性，可以降低油水界面張力和減少形成乳狀液所需能量，并且價格低廉，是一種應(yīng)用廣泛的表面活性劑。由于采油過程中添加的烷基苯磺酸鈉有部分殘留在原油中，從而容易造成油水乳化[2]，給煉廠的電脫鹽帶來難度，同時可能導(dǎo)致脫后原油中金屬鈉含量偏高，造成重油加工裝置催化劑中毒問題。

大慶煉化公司350×104t/a常減壓裝置加工原料為管輸大慶原油，采用兩級交直流電脫鹽工藝，由于原料雜質(zhì)含量較高，電脫鹽效果不佳，經(jīng)常出現(xiàn)脫后含鹽超標(biāo)、排水帶油問題，并且脫后原油鈉含量通常在6～10 mg/kg，有時甚至高達(dá)10 mg/kg以上，使后續(xù)重油催化裂化裝置催化劑壽命低，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

為改善電脫鹽效果，降低金屬鈉對二次加工裝置的影響，大慶煉化公司于2018年底采用強(qiáng)化電場功率補(bǔ)償電脫鹽技術(shù)對二套常減壓電脫鹽裝置進(jìn)行改造，開展了工業(yè)試驗，取得良好的脫鹽及脫鈉效果。

2 強(qiáng)化電場功率補(bǔ)償電脫鹽技術(shù)

國內(nèi)電脫鹽技術(shù)和裝備的發(fā)展是從引進(jìn)并消化國外成套電脫鹽裝備開始的，此后隨著研究的深入，先后開發(fā)了具有自主特色的低速交流電脫鹽、高效交直流電脫鹽、平流臥式電脫鹽、脈沖式電源、智能調(diào)壓電脫鹽、雙進(jìn)料雙電場電脫鹽等技術(shù)。這些技術(shù)的主要出發(fā)點一方面在于改進(jìn)電脫鹽的供電方式，起到提高脫水脫鹽效率、節(jié)約電耗的效果；另一方面在于改進(jìn)電極結(jié)構(gòu)，通常是追求使電場占據(jù)更大空間以及使原油盡早進(jìn)入電場，從而延長電場中的停留時間，往往會布設(shè)多層強(qiáng)弱不同的電場以期達(dá)到更佳的脫水脫鹽效果。

然而大量高速顯微觀測和數(shù)值仿真研究表明，分散相水滴的極化和聚結(jié)可以在短時間內(nèi)完成，因此電極板并不需要占據(jù)很大的空間。電極面積增大、層數(shù)增加不但容易造成脫鹽電流增大、負(fù)荷過大、不能保證足夠場強(qiáng)且無謂增加電耗；而且電極位置過低壓縮了水相空間，不利于油水分離。

強(qiáng)化電場功率補(bǔ)償電脫鹽技術(shù)主要設(shè)計原則是盡量使所有原油平穩(wěn)通過電場，保證足夠高的電場強(qiáng)度，但無需在電場中長時間停留。具體特點包括：①采取下進(jìn)上出進(jìn)油方式，設(shè)置二次進(jìn)油分配器，保證原油平穩(wěn)通過電場，使油水界位穩(wěn)定；②簡化電場結(jié)構(gòu)，只保留一層強(qiáng)電場，通過壓縮極板間距提高電場強(qiáng)度，充分發(fā)揮強(qiáng)電場聚結(jié)效果，提高脫水效率[3]；③減小極板面積，縮短原油在強(qiáng)電場中的停留時間，減小無謂電耗；同時極板安裝位置上提，提高油水界位操作彈性，利于改善排水質(zhì)量；④電極板由格柵式改為純鋼板，電場更均勻，減小尖端放電可能性；⑤設(shè)置“恒壓限流”功率補(bǔ)償電源控制系統(tǒng)，實現(xiàn)在線無級調(diào)壓，并可適應(yīng)原料性質(zhì)波動，穩(wěn)定操作，保護(hù)變壓器和絕緣件等設(shè)備。

3 工業(yè)裝置改造

2018年12月17日切除第一級電脫鹽罐，實施改造，12月31日投用。改造內(nèi)容主要為：電脫鹽罐體利舊，內(nèi)構(gòu)件更換為新型強(qiáng)化電場電極結(jié)構(gòu)；變壓器利舊，新增一套功率補(bǔ)償自動調(diào)壓電控系統(tǒng)。由于罐體和變壓器利舊，極大節(jié)約了改造成本。表1為改造前后電場參數(shù)的對比，圖1顯示了功率補(bǔ)償電控系統(tǒng)的構(gòu)成。

4 工業(yè)試驗效果

大慶原油的基本性質(zhì)如表2所示，屬于輕質(zhì)低硫低酸原油，脫前原油鹽含量平均在10 mgNaCl/L以內(nèi)，有機(jī)氯含量低于1 μg/g，整體性質(zhì)對脫鹽有利。其改造前采用了兩級交直流電脫鹽，主要工藝操作條件為：操作溫度125～130 ℃，操作壓力0.8～0.9 MPa，注水量約5.3%，破乳劑采用油溶性破乳劑，注入量約18 μg/g，混合壓差35～65 kPa。經(jīng)過兩級電脫鹽后，脫后含鹽超標(biāo)、排水帶油問題比較嚴(yán)重，脫后含鹽合格率僅有29.3%(≯3 mgNaCl/L)，排水含油合格率僅有25.2%(≯150 mg/L)。

表1 強(qiáng)化電場功率補(bǔ)償電脫鹽技術(shù)與傳統(tǒng)電脫鹽技術(shù)電場情況對比

圖1 功率補(bǔ)償電源控制系統(tǒng)示意

表3對比分析了改造前后電脫鹽運(yùn)行效果，其中改造前取了一整年(2018年全年)運(yùn)行數(shù)據(jù)的平均值，改造后取了5個月(2019-01-01至2019-05-26)運(yùn)行數(shù)據(jù)的平均值?？梢钥闯鰪?qiáng)化電場功率補(bǔ)償電脫鹽技術(shù)與傳統(tǒng)交直流電脫鹽相比全面提升了電脫鹽運(yùn)行效果，其中排水水質(zhì)改善尤為顯著。與此同時取得了良好的脫鈉效果，由于脫后鈉含量降低，緩解了重油加工裝置催化劑中毒問題，延長了催化劑壽命，從而帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

表2 管輸大慶原油的基本性質(zhì)

圖2顯示了2019年應(yīng)用強(qiáng)化電場功率補(bǔ)償電脫鹽技術(shù)后與2018年改造前脫后原油鈉含量及鈉脫除率的變化趨勢，可以看出改造后脫后原油鈉含量較改造前降低，且波動減小，月平均脫后鈉含量從改造前5.0～11.9 μg/g至改造后可以穩(wěn)定在5 μg/g以內(nèi)，脫鈉率也從2018年的46.4%提高至2019年的71.9%。強(qiáng)化電場電脫鹽技術(shù)在提升了脫鹽效果的同時還顯示出良好的脫鈉效果，相應(yīng)的后續(xù)ARGG重油催化裂化裝置原料鈉含量也有所降低，催化劑平衡劑單耗降低。在保證了防腐作用的同時，還能對緩解催化劑中毒起到良好作用，從而對于保證裝置長周期運(yùn)行并且降低運(yùn)行成本具有重要意義。

表3 工業(yè)試驗效果匯總

圖2 脫后原油鈉含量變化趨勢

5 結(jié)語

隨著化學(xué)驅(qū)油技術(shù)在油田的廣泛應(yīng)用，殘留在原油中的少量采油化學(xué)劑將對煉油廠原油加工過程產(chǎn)生不利影響，如具有表面活性的有機(jī)鈉鹽會造成煉油廠原油預(yù)處理電脫鹽裝置處理后原油金屬鈉含量偏高。強(qiáng)化電場功率補(bǔ)償電脫鹽技術(shù)采用新型電極板結(jié)構(gòu)和分布設(shè)計、功率補(bǔ)償電控系統(tǒng)等技術(shù)，使電脫鹽罐內(nèi)電場更加合理、高效和穩(wěn)定。采用該技術(shù)對大慶煉化350×104 t/a常減壓電脫鹽裝置進(jìn)行了改造，經(jīng)過工業(yè)試驗證明脫鹽脫鈉效果提高，排水含油顯著降低，該技術(shù)除了能夠滿足電脫鹽基本要求，還對金屬鈉具有優(yōu)異的脫除效果，對于保證重油加工裝置長周期運(yùn)行起到了很好的作用。