重劣質原油電脫鹽系統運行分析及建議

鄭 俊，岳廣民

(1.中海油石化工程有限公司，山東 青島 266061；2.山東玉皇盛世化工股份有限公司，山東 菏澤 274000)

山東玉皇盛世化工股份有限公司原料預處理裝置于2011年建成投產，設計加工能力為200×104t/a，以加工重劣質原油(塔里木原油與M100的混合油，M380燃料油、馬瑞原油與M480的混合油等)為主。其電脫鹽部分采用了江蘇金門的二級交直流電脫鹽工藝，即兩臺φ3200 mm×20000 mm(T/T)電脫鹽罐串聯，罐內采用垂直吊掛式極板，見圖1。每罐配置2臺160kVA交直流變壓器，輸出電壓為13～25kV，五檔調節。

圖1 垂直吊掛式交直流電脫鹽罐 表1 原料油性質比較

項目初期加工(塔里木原油、M100混合油)現加工(馬瑞原油、M480混合油)密度(20℃)/(g/cm3)0.895～0.920.95～0.978比重指數API21.7～31.312.7～16.9運動黏度(50℃)/(mm2/s)4.02～229.68256.3～295.97酸值/(mgKOH/g)<0.50.72～1.47硫含量/%(m/m)0.7～1.52.138(最大)鹽含量/(mgNaCl/L)26.5～55.970～200水分/%(m/m)0.22～0.480.1～1.0原油類別高硫低酸中間基高硫高酸環烷基

裝置投產初期，主要加工低酸中間基原油，電脫鹽系統基本維持正常操作，脫鹽脫水能夠達到公司規定的電脫鹽技術指標。自2015年以來，由于裝置改為加工重質高酸環烷基原油(加工原油性質比較見表1)，且種類增多，切換頻繁，罐內經常出現乳化現象，變壓器運行電流持續升高，經常出現變壓器大電流報警的情況，注水即電流超限，變壓器跳閘頻繁。故操作上只能降低注水量，通常僅為2%，有時二級電脫鹽還不能注水，造成脫鹽率下降，出水含油嚴重超標，脫鹽脫水效果明顯下降。據2015年度脫后原油含鹽量統計數據顯示，脫后含鹽量大多在40～60mgNaCl/L，最高達到145.6mgNaCl/L，總的脫鹽率不大于50%。脫后原油含水能控制在0.2%以下，電脫鹽排水含油量有時高達126.1 mg/L，大大增加了下游污水處理廠的壓力。

1 電脫鹽系統運行異常分析

由于所加工高酸重質原油屬于典型的環烷基原油，且密度、黏度、酸值及含鹽含水量較高，易形成穩定的乳化液，在電脫鹽罐內存在較為穩定、大量的乳化層，造成了電脫鹽的操作困難；電脫鹽變壓器有時出現電流過載、跳閘現象，經過對中控室運行記錄及DCS數據的研究調查，發現如下問題：

(1)變壓器運行電流超高并跳閘之前，大多都有一段平穩運行的時期，在某一時間點后，運行電流陡然上升，甚至跳閘，跳閘后一段時間內不能再次送電；

(2)罐區有不規律地間斷摻練污油、雜油的情況；

(3)變壓器跳閘時間往往與摻練污油、雜油起始時間一致。

基于此情況，玉皇公司罐區立即停止摻練任何污油、雜油，之后電脫鹽變壓器運行一直正常、平穩。據此分析，電脫鹽頻繁跳閘送不上電，與間斷性地污油、雜油摻練關系密切，可能是污油中的某些成分加劇了油品的乳化，造成乳化層過厚，進入電場，導致電流升高，直至跳閘。因此，加強電脫鹽源頭罐區原油的管理，嚴禁摻練理化性質不明的污油、雜油，提高電脫鹽運行的平穩率。

2 電脫鹽系統工藝參數優化

表2 電脫鹽系統工藝參數優化

在二級注水恢復、電脫鹽系統平穩運行之后，車間技術人員對該電脫鹽系統進行了破乳劑的篩選、操作工藝參數的調試和優化調整。經過近五個月的現場調節摸索,篩選出較適合馬瑞、M480混合油(重質高酸)原油性質的電脫鹽運行參數，見表2。在對一級二級均注水的情況下，電脫鹽脫后含水量基本穩定在0.08%～0.14%，接近0.1%的技術指標，但脫鹽率僅為60%左右，仍未達到預期的脫鹽效果，詳見表3。由此可見，要實現重劣質原油油水的有效分離，僅靠操作工藝參數的優化調整、破乳劑的篩選，電脫鹽效果有限。

表3 電脫鹽系統優化后的脫鹽脫水情況

3 原因分析

原油電脫鹽脫水技術是利用靜電場力和化學破乳劑的共同作用，依靠油水密度差來推動油水兩相的分離，實現原油乳狀液的破乳脫水脫鹽。故如何實現油水在電脫鹽罐內的有效分離是電脫鹽技術的關鍵問題。

由下式斯托克斯定律計算公式[1]可知， 要提高電脫鹽脫水效果應增大原油中水滴的自由沉降速度u。而u取決于水滴直徑、油水密度差和油黏度。現加工的重劣質混合油較初期混合油密度更大，油水的密度差更小，油黏度更大，故更不利于油水分離。

u=d2(ρ1-ρ2)g/(18μ)

式中，u為水滴自由沉降速度，m/s；d為水滴直徑，m；ρ1為水密度，ρ2為原油密度，kg/m3；μ為原油黏度，Pa·s；g為重力加速度，m/s2。

大量實驗結果及實踐經驗表明，影響電脫鹽效果的關鍵因素主要有七項：操作溫度、水質及注水量、破乳劑及注入量、混合強度、穩定的油水界面、電場強度和油流在電場內的上升速度(也可換算成在電場內的停留時間)[2-3]。上述七項因素如果都比較合理，電脫鹽效果一定可達到預期的技術指標。這七項因素中，前六項因素通過電脫鹽的操作工藝參數調整已達到理想狀態。那么，電脫鹽效果仍未達到預期技術指標，歸根結底是油流在電場內的上升速度過大(即在電場內的停留時間過短)造成的。當油流上升速度大于水滴的沉降速度時，水滴將來不及沉降，快速上升的油流將微小水滴帶出罐體，造成脫后原油含鹽含水超標。

因此，為提高重劣質原油的電脫鹽效果，在電脫鹽罐體積一定的條件下，應盡可能降低油流在電場內的上升速度。油流在電場內的上升速度越小，電脫鹽裝置對劣質原油的能力更強。這將成為高效電脫鹽技術研發的一種思路。

4 總結與建議

(1)在加工劣質原油過程中，應加強電脫鹽源頭罐區原油的管理，嚴禁摻練理化性質不明的污油、雜油；

(2)僅通過操作工藝參數的優化調整、破乳劑的篩選，提高重劣質原油的電脫鹽效果有限；

(3)在電脫鹽罐體積一定的條件下，應盡可能降低油流在電場內的上升速度，才是突破電脫鹽技術瓶頸的根本方法；

(4)交直流電脫鹽技術已不適應原油重劣質化，裝置大型化發展的要求，目前迫切需要開發出一種大型化、高效、節能、環保的電脫鹽技術。我國江蘇金門能源裝備有限公司研發的雙進油雙電場技術，將單電場改為上、下部兩個互不關連的低速電場，顯著降低了油流在電場內的上升速度，減小了脫鹽設備的設計尺寸，在國內外油田和煉化企業得了較為廣泛的應用。美國Natco集團推出的雙頻電場技術，在國外油田原油脫鹽脫水的現場應用中取得巨大成功。該技術大幅提高了脫鹽脫水效率，并與常規的AC技術相比，降低了設備的設計尺寸。

建議我國電脫鹽設備研發公司能夠將這兩種技術結合起來，研發出一種新型的電脫鹽技術，并在我國推廣和應用，這必將有效地應對現階段原油重質化和劣質化、裝置大型化的嚴峻挑戰。

[1]夏 清,陳常貴.化工原理[M].天津:天津大學出版社,2005:143-159.

[2]陳明燕,劉 政,聶崇斌,等.重質原油電脫鹽影響因素分析及操作條件優化研究[J].石油與天然氣化工,2011,40(6):578-580.

[3]侯 俠,王 靜.影響電脫鹽系統脫鹽效率的因素分析及改進意見[J].石油化工應用,2006,25(4):37-40.

[4]劉祖虎,孫 云,蔣長勝.雙進油雙電場原油電脫鹽脫水技術及裝備[J].石油化工設備,2016,45(3):1-5.

[5]沈瑋瑋,陳家慶,胡成勇,等.原油脫水(鹽)用雙頻電場技術研發及應用[J].石油機械,2014,42(3):56-60.