原油電脫水工藝設計的簡述

魏遠娟 穆道彬

【摘要】在對原油電脫水目的、標準及原理的解析和描述的基礎上，重點分析了在設計時確定電脫水工藝參數(shù)應考慮哪些方面和設備選型的一般步驟。

【關(guān)鍵詞】電脫水；原理；工藝參數(shù)；選型

在石油開采過程中，通常從地下采出的原油含有水或鹽，并隨著開采年限的增加以及注水開發(fā)，油井產(chǎn)水量也會不斷地增加，如果在生產(chǎn)過程中不進行脫水處理，一方面含水量較高會增加原油在生產(chǎn)、儲存和運輸?shù)冗^程中設備的容量，增加了開發(fā)過程中的成本；另一方面不能滿足用戶對含水量的要求。若達不到用戶的要求，就會降低原油的銷售價格或失去該原有產(chǎn)品的市場競爭力。據(jù)介紹，在油田將原有每降低1%的含水量，每年將節(jié)約鐵路或輸油管幾十萬噸的運輸量。

1、原油脫水的目的及標準

1.1原油電脫水目的

原油電脫水的目的是分離出油水混合液中的污水及雜質(zhì)，以獲得合格的商品原油，達到原油銷售的含水標準。

1.2標準

按我國現(xiàn)行的石油天然氣行業(yè)標準（SY/T 0045—1999）《原油電脫水設計規(guī)范》，對脫水原油的水含量標準按輕質(zhì)原油（20℃時，密度小于或等于0.8650g/cm3）、中質(zhì)原油（20℃時，密度小于或等于0.8650～0.9160g/cm3）、重質(zhì)原油（20℃時，密度小于或等于0.9160～0.9960g/cm3）分為三個等級標準，即為：對于輕質(zhì)原油的脫水原油，其含水量指標應小于或等于0.5%（質(zhì)量分數(shù)）；對于中質(zhì)原油的脫水原油，其含水量指標應小于或等于1%（質(zhì)量分數(shù)）；對于重質(zhì)原油的脫水原油，其含水量指標應小于或等于2%（質(zhì)量分數(shù)）。國際上每個國家或企業(yè)也有各自不同的等級標準。

2、原油電脫水原理

電脫水的過程也就是乳化原油在高壓電場力（交、直流電場）的作用下經(jīng)過破乳、聚結(jié)、沉降，使原油與水分離的過程。其基本原理是破壞乳化液油水界面膜的穩(wěn)定性，使其破裂，促進水顆粒凝聚成大水滴，借助油水密度差將水從原油中沉降下來。電脫水器聚結(jié)段的有電柵極可誘導水滴間偶極子的吸引，從而增加它們足夠大的相互碰撞幾率而達到凝結(jié)的目的。具體的機理是將原油乳狀液置于高壓直流或交流電場中，由于電場對水滴的作用，使水滴發(fā)生變形并產(chǎn)生靜電力（圖1）。水滴變形可消弱乳化膜的機械強度，靜電力可使水滴的運動速度增大，動能增大，促進水滴碰撞，而碰撞時其動能和靜電力位能便能夠克服乳化膜的障礙而彼此聚結(jié)成粒徑較大的水滴，在原油中沉降分離出來。

水滴在電場中聚結(jié)主要有三種方式，即電泳聚結(jié)、偶極聚結(jié)和振蕩聚結(jié)。

3、原油電脫水工藝參數(shù)的確定

原油電脫水器是油氣水處理系統(tǒng)中的重要設備，其主要工藝參數(shù)包括：操作溫度、操作壓力及乳化原油的停留時間、功率等。在設計時應考慮以下幾個方面：

1）原油電脫水工藝適宜處理含水小于30%的原油。如果原油乳化液的含水率太高，例如超過40%時，由于乳化液電導率的上升，不宜維持穩(wěn)定的電場，使脫水質(zhì)量急劇降低，嚴重時會產(chǎn)生電擊穿，使電脫水器操作不穩(wěn)定，造成事故發(fā)生。

2）電脫水操作穩(wěn)定應根據(jù)原油的黏溫特性確定，宜使原油的運動黏度在低于50mm2/s的條件下進行脫水。溫度對乳化原油穩(wěn)定性有很大影響，隨著溫度的增加，乳化原油穩(wěn)定性下降。其主要原因是乳化原油的主要乳化劑，如瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、石蠟等，在原油中的溶解度增加，減弱了由這些乳化劑構(gòu)成的內(nèi)相顆粒界面膜機械強度，使水滴易于在相互碰撞時合并下沉。

3）電脫水器操作壓力與原油飽和蒸氣壓有關(guān)。（SY/T 0045—1999）《原油電脫水設計規(guī)范》中規(guī)定：在設計時電脫水器操作壓力應比操作溫度下的原油飽和蒸氣壓高0.15MPa。通常設計時也按此規(guī)范執(zhí)行，但需要考慮原油工藝處理流程的實際情況，綜合考慮確定。

4）電脫水器的處理能力應根據(jù)原油乳狀液在電脫水器內(nèi)的停留時間確定。電脫水器的處理能力按下式計算：

V——電脫水器空罐容積，m3/臺；

T——選定的含水原油在電脫水器內(nèi)的停留時間，h。

5）原油乳狀液在電脫水器內(nèi)的停留時間，一般與乳化原油的性質(zhì)有關(guān)。一般的對于輕質(zhì)、中質(zhì)原油停留時間為20～40min，重質(zhì)原油或稠油停留時間不宜超高60min。在設計時最好按電脫試驗的數(shù)據(jù)確定。

6）電脫水器的功率按電破乳時需要加熱到的溫度和處理液量來確定。

7）電脫水器內(nèi)電場強度的設計，強電場部分的電場強度設計值一般為0.8～2.0kV/cm；弱電場部分的電場設計值一般為0.3～0.5 kV/cm。

4、電脫水設備選型

電脫水的選型主要是根據(jù)電脫水器的容積大小確定的，而原油電脫水器的容積主要取決于原油電脫水器的處理能力、乳化原油處理的難易程度、在電脫水器內(nèi)的停留時間和臺數(shù)。

電脫水選型和計算的步驟一般如下所示：

參考文獻

[1]馮叔初等編. 油田油氣集輸設計手冊.石油工業(yè)出版社，1995

[2]勝利石油管理局勘察設計研究院主編.原油電脫水器設計規(guī)范.石油工業(yè)出版社，1999.

作者簡介

魏遠娟（1980-），女，漢族，重慶人，碩士研究生，主要研究方向化工設備應用。