電脫水器故障分析與解決措施

王 昊，鄭慶軍，王 鵬，張文平，成清林

（中海油能源發展采油服務分公司，天津 300452）

1 電脫水器的主要作用

伴隨著原油生產過程中開采難度的持續加大，采出液的主要成分變得越來越復雜，固有的原油脫水裝置進行脫水操作的難度日漸增大。電脫水器屬于原油生產過程中脫水轉油系統聯合站點的一項主要生產裝備，主要負擔著把一段含水量低于25%的原油液體進行電脫水操作，進而輸出達標的凈化油。如果電脫水器裝置在運行過程中出現故障將會造成原油內部含水量超標的不利后果，甚至會造成原油液體不能向外輸送，大大增加了生產水處理系統的負擔以及收油作業的任務量，對于平臺的平穩和安全生產帶來了非常不利的影響。為此，保障電脫水器裝置的正常穩定運行對于確保凈化油的品質以及平臺的穩定和安全生產具有非常關鍵的實際意義[1]。

2 電脫水器裝置的主要工作原理

交直流電脫水器內部設置有三個不同強度的電場：弱電場、中電場和強電場。當原油和水組成的乳化液經過熱沉降后，經電脫水泵升壓后進入電脫水罐體內，乳化液在電脫水罐下部的水層進入，對乳化液中的泥沙、固體顆粒等進行沖洗，除去固體雜質。這時的原油含有大量的水，導電率比較高，在電極板和油水界位之間設計一個弱電場，在這個弱電場中大部分水被脫除掉，這時乳化液的導電率已經很低了。然后進入電極板之間的強電場，小或更小的水滴受到更強的電場力，聚積成大水滴從原油中沉降出來，達到脫水目的。罐體內部電場結構如圖1 所示。

圖1 罐體內部電場結構

3 項目的背景介紹

某石油平臺配備有一套電脫水器處理系統，主要負責原油的脫水操作，處理過的原油的含水率合格以后才可以下艙以及向外輸送。該裝置采用的變壓器裝置為交流的三相防爆變壓器，容量為80 kVA，具備三檔的可調電壓。該設備在巡檢過程中出現了電脫水器的變壓器三相電壓不平衡的情況，單相的最大電流是105 A。如果電脫水器的變壓器在此種狀態下長時間工作，就能造成變壓器裝置的溫度升高、噪聲以及振動加劇，絕緣性能加快老化，最終將造成各種事故的頻繁發生，比如外部出現起火、放電、套管位置處閃絡等等。

4 使用過程中存在的問題

2020 年6 月8 日，相關人員在巡檢過程中發現電脫水器裝置現場控制盤的一次側電壓表三相電壓數值不平衡，特別是C 相的電壓數值下降至100 V，一次電流的數值大幅度增大。按照以往經驗，對電脫水罐排空，并重新進液。送電測試，三相電壓仍然不平衡，且電流值在100 A左右。此時需要停電對變壓器裝置進行進一步檢查。

首先將電脫變壓器高壓側油箱的變壓器油放空，拆除三相負載，對電脫變壓器分別做空載試驗和短路試驗，試驗結果顯示三相電壓平衡，因此排除電脫變壓器故障的可能性。

分別測量電脫變壓器的三相高壓引入棒的對地電阻和絕緣，發現C 相對地電阻約為2 Ω，對地絕緣為零。故判斷電脫水器罐內可能存在電極板脫落，或C 相高壓引入棒故障的可能性。無論是檢查電脫電極板的狀況，還是更換高壓引入棒，都需要對電脫水器罐開罐。平臺隨即組織相關技術人員實施電脫水器裝置的開蓋、清罐操作以及電氣系統的檢修。電脫水器裝置進罐檢修操作的步驟如下：

（1）進罐檢查，發現第三組電極板的絕緣吊掛，四個中有兩個腐蝕斷裂，導致電極板傾斜，與鄰近的負極搭接，故測量第3 組高壓引入棒的對地絕緣為零。其余未斷裂的絕緣吊掛以及高壓引入棒，均有不同程度的腐蝕。隨后工作人員將罐內的12 根絕緣吊掛部件進行了更換處理，并且為所有的螺釘以及圓鋼部位都增加了一個螺帽，將2 個螺帽緊固，防止下次出現螺帽在此位置脫落的情況發生[2]。罐內電極板脫落及更換絕緣吊掛如圖2 所示。

圖2 罐內電極板脫落

（2）在檢查高壓引入棒位置的過程中發現C 相的高壓引入棒表面發生了明顯爬電情況，已經在表面發現裂痕，隨后對3 根高壓引入棒以及相關的軟連接部件全部進行更換處理。再次對更換后的高壓引入棒對地測量絕緣，測量絕緣均在正常范圍內。

（3）完成了電脫變壓器高壓負載的接線，進行變壓器油的加注操作，檢查完成以后對變壓器裝置進行空載試驗，三相電壓分別為400 V，電流為0 A。隨后生產專業完成對電脫水器罐進水、排進空氣、重新進液的工作，在確認電脫各個視窗無乳化液和水后，送電測試。電脫變壓器三相電壓均在400 V 左右，電流5.6 A，電脫變壓器三相電壓不平衡的問題得到解決。

5 電脫水器常見故障原因及分析

5.1 電脫水器罐內緊固件（螺栓及螺母）松動掉落

導致電脫水器罐內緊固件（螺栓及螺母）出現松動掉落的原因是因為平臺是4 樁腿升降式插拔樁類型的可移動式平臺，對比于固定型式的平臺擺動幅度較大，特別是在遇到極端天氣的過程中，電脫水器罐內的電極板擺動幅度會非常大，因此導致電脫水器罐內緊固件（螺栓及螺母）出現了松動掉落的現象。

5.2 電脫水器絕緣吊掛出現腐蝕狀況

當電脫水器絕緣吊掛出現腐蝕狀況時，可能存在化學藥劑腐蝕及油品腐蝕的情況。電脫水器絕緣吊掛工作周期通常狀況下是非常長的，因為電脫水器相關工程技術人員始終未能編制停產檢修相關計劃，導致到目前為止一直沒有更換電脫水器絕緣吊掛的情況發生。

5.3 電脫水器變壓裝置進行空載短路相關試驗

電脫水器相關工程技術人員進行電脫水器變壓裝置空載短路試驗的目的是檢驗電脫水器變壓裝置及罐內電極板是否能夠正常工作，空載試驗指的是將電脫水器罐內電極板、電極棒及變壓裝置三者進行連接，在通常狀況下一次側三相電壓均在400 V，一次側電流數值非常微小，幾乎沒有產生電流。然而電脫水器變壓裝置在配電的過程中，相關試驗結果和出現故障時相同。當這種狀況出現時，將電脫水器罐內電極板進行接地處理，絕緣吊掛絕緣性能沒有滿足相關技術標準及法規，導致電極板出現短接現象[3]。

5.4 油水界位過高影響電脫水器的使用壽命

電脫水器來液要求含水率在30%以內，當游離水脫除后含水原油含水不達標，進入電脫水器會造成電場極間導電率增加，放水量過大，放水不及時會造成油水界面過高水淹電極，引起電流升高現象。

電脫水罐內的油水界位將成為電脫水器的“心臟”，在電脫水設備運行過程中起著關鍵作用，這是因為油水界位與電極之間形成了一個弱電場，在操作中，必須保持油水界位低于電極的高度，不過也不要使其過低，否則將影響夾帶油量。如果油水界位升高到電極區，電極就會發生短路，嚴重降低電脫水器變壓裝置的使用壽命。

6 針對電脫水器常見故障及問題的解決措施

6.1 加速新型變壓器的采辦工作效率

電脫水器相關工程技術人員必須加快新型變壓器的采辦工作效率，在電脫水器的變壓裝置到貨以后，必須在第一時間實施安裝調試及應用，其中施工技術人員已經針對作業現場變壓裝置的安裝調試工作進行了現場檢驗，督辦施工企業加速備料相關工作。

6.2 電脫水器相關事項的詳細評估

電脫水器相關工程技術人員對于電脫水器在石油挖掘開采作業的過程中，電脫水器相關生產制造廠家的技術人員針對電脫水器變壓器進行全方位地評估，能夠在這種運行狀態下減少運行時間，把電壓檔調節至最低檔電壓（16 kV）進行工作。

6.3 電脫水器變壓裝置控溫措施

此類電脫水器變壓裝置在工作過程中會出現油溫持續升高的狀況，然而此時正處在炎熱的夏季，電脫水器相關工程技術人員必須確保電脫水器變壓裝置在工作的過程中溫度不超過相關技術標準，對于此類問題采取以下三點措施：

（1）電脫水器變壓裝置頂部安裝遮陽棚，避免由于陽光直射導致溫度升高。

（2）給電脫水器變壓裝置安裝防爆型軸流風機，針對電脫水器變壓裝置實施降溫及通風。

（3）電脫水器相關工程技術人員必須對于電脫水器變壓裝置進行定時的巡檢并且記錄相關重要的參數信息，一旦電脫水器變壓裝置的油溫不斷升高直到接近85.5℃時，電脫水器相關工程技術人員必須在第一時間對電脫水器變壓裝置的散熱片實施噴水降溫工作，假如溫度仍然持續升高，此時電脫水器變壓裝置必須立即停止運行，觀察電脫水器變壓裝置油溫的變化情況，當油溫降至60.5℃時再啟動電脫水器變壓裝置使其進行工作。現階段電脫水器變壓裝置油溫始終保持在60.5～71.5℃區間范圍內。

7 結論

針對現階段電脫水器普遍存在的缺陷，電脫水器相關工程技術人員必須從源頭上徹底解決相關問題，彌補電脫水器的產品質量缺陷，針對電脫水器實施創新及技術改造，因為相關設備正處于生產作業的周期，基于施工的影響建議實施電脫水器的升級與技術改造。

依據平臺電脫及新型電脫水器變壓裝置的實際狀況，由相關電脫水器工程技術人員編制相關技術升級與改造方案見下述兩點：

（1）電脫水器相關工程技術人員可以將電脫水器的變壓裝置換成智能型直流防爆型變壓裝置，該裝置的優點一般具有節能及降低能源損耗，電脫水器在日常運行過程中依據流程的實際狀況自動調整電壓級別，進而達到最大限度地降低能耗的目的。

（2）電脫水器罐內改造工作指的是相關電脫水器工程技術人員針對電脫水器罐內的正、負極梁分別實施固定連接，并且針對極梁進行斜拉筋加強固定，避免發生脫落現象。去掉電脫水器的負極梁和罐壁連接，使用絕緣附件與罐壁進行連接，防止發生導通狀況。