重劣質(zhì)原油電脫鹽系統(tǒng)運(yùn)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(yù)處理裝置于2011年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)加工能力為200×104t/a，以加工重劣質(zhì)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(jí)交直流電脫鹽工藝，即兩臺(tái)φ3200 mm×20000 mm(T/T)電脫鹽罐串聯(lián)，罐內(nèi)采用垂直吊掛式極板，見圖1。每罐配置2臺(tái)160kVA交直流變壓器，輸出電壓為13～25kV，五檔調(diào)節(jié)。

圖1 垂直吊掛式交直流電脫鹽罐 表1 原料油性質(zhì)比較

項(xiàng)目初期加工(塔里木原油、M100混合油)現(xiàn)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(shù)API21.7～31.312.7～16.9運(yùn)動(dòng)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(huán)烷基

裝置投產(chǎn)初期，主要加工低酸中間基原油，電脫鹽系統(tǒng)基本維持正常操作，脫鹽脫水能夠達(dá)到公司規(guī)定的電脫鹽技術(shù)指標(biāo)。自2015年以來，由于裝置改為加工重質(zhì)高酸環(huán)烷基原油(加工原油性質(zhì)比較見表1)，且種類增多，切換頻繁，罐內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，變壓器運(yùn)行電流持續(xù)升高，經(jīng)常出現(xiàn)變壓器大電流報(bào)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(shí)二級(jí)電脫鹽還不能注水，造成脫鹽率下降，出水含油嚴(yán)重超標(biāo)，脫鹽脫水效果明顯下降。據(jù)2015年度脫后原油含鹽量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，脫后含鹽量大多在40～60mgNaCl/L，最高達(dá)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(shí)高達(dá)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(tǒng)運(yùn)行異常分析

由于所加工高酸重質(zhì)原油屬于典型的環(huán)烷基原油，且密度、黏度、酸值及含鹽含水量較高，易形成穩(wěn)定的乳化液，在電脫鹽罐內(nèi)存在較為穩(wěn)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(shí)出現(xiàn)電流過載、跳閘現(xiàn)象，經(jīng)過對(duì)中控室運(yùn)行記錄及DCS數(shù)據(jù)的研究調(diào)查，發(fā)現(xiàn)如下問題：

(1)變壓器運(yùn)行電流超高并跳閘之前，大多都有一段平穩(wěn)運(yùn)行的時(shí)期，在某一時(shí)間點(diǎn)后，運(yùn)行電流陡然上升，甚至跳閘，跳閘后一段時(shí)間內(nèi)不能再次送電；

(2)罐區(qū)有不規(guī)律地間斷摻練污油、雜油的情況；

(3)變壓器跳閘時(shí)間往往與摻練污油、雜油起始時(shí)間一致。

基于此情況，玉皇公司罐區(qū)立即停止摻練任何污油、雜油，之后電脫鹽變壓器運(yùn)行一直正常、平穩(wěn)。據(jù)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(guān)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(jìn)入電場(chǎng)，導(dǎo)致電流升高，直至跳閘。因此，加強(qiáng)電脫鹽源頭罐區(qū)原油的管理，嚴(yán)禁摻練理化性質(zhì)不明的污油、雜油，提高電脫鹽運(yùn)行的平穩(wěn)率。

2 電脫鹽系統(tǒng)工藝參數(shù)優(yōu)化

表2 電脫鹽系統(tǒng)工藝參數(shù)優(yōu)化

在二級(jí)注水恢復(fù)、電脫鹽系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行之后，車間技術(shù)人員對(duì)該電脫鹽系統(tǒng)進(jìn)行了破乳劑的篩選、操作工藝參數(shù)的調(diào)試和優(yōu)化調(diào)整。經(jīng)過近五個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)摸索,篩選出較適合馬瑞、M480混合油(重質(zhì)高酸)原油性質(zhì)的電脫鹽運(yùn)行參數(shù)，見表2。在對(duì)一級(jí)二級(jí)均注水的情況下，電脫鹽脫后含水量基本穩(wěn)定在0.08%～0.14%，接近0.1%的技術(shù)指標(biāo)，但脫鹽率僅為60%左右，仍未達(dá)到預(yù)期的脫鹽效果，詳見表3。由此可見，要實(shí)現(xiàn)重劣質(zhì)原油油水的有效分離，僅靠操作工藝參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整、破乳劑的篩選，電脫鹽效果有限。

表3 電脫鹽系統(tǒng)優(yōu)化后的脫鹽脫水情況

3 原因分析

原油電脫鹽脫水技術(shù)是利用靜電場(chǎng)力和化學(xué)破乳劑的共同作用，依靠油水密度差來推動(dòng)油水兩相的分離，實(shí)現(xiàn)原油乳狀液的破乳脫水脫鹽。故如何實(shí)現(xiàn)油水在電脫鹽罐內(nèi)的有效分離是電脫鹽技術(shù)的關(guān)鍵問題。

由下式斯托克斯定律計(jì)算公式[1]可知， 要提高電脫鹽脫水效果應(yīng)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?，F(xiàn)加工的重劣質(zhì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，影響電脫鹽效果的關(guān)鍵因素主要有七項(xiàng)：操作溫度、水質(zhì)及注水量、破乳劑及注入量、混合強(qiáng)度、穩(wěn)定的油水界面、電場(chǎng)強(qiáng)度和油流在電場(chǎng)內(nèi)的上升速度(也可換算成在電場(chǎng)內(nèi)的停留時(shí)間)[2-3]。上述七項(xiàng)因素如果都比較合理，電脫鹽效果一定可達(dá)到預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)。這七項(xiàng)因素中，前六項(xiàng)因素通過電脫鹽的操作工藝參數(shù)調(diào)整已達(dá)到理想狀態(tài)。那么，電脫鹽效果仍未達(dá)到預(yù)期技術(shù)指標(biāo)，歸根結(jié)底是油流在電場(chǎng)內(nèi)的上升速度過大(即在電場(chǎng)內(nèi)的停留時(shí)間過短)造成的。當(dāng)油流上升速度大于水滴的沉降速度時(shí)，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(biāo)。

因此，為提高重劣質(zhì)原油的電脫鹽效果，在電脫鹽罐體積一定的條件下，應(yīng)盡可能降低油流在電場(chǎng)內(nèi)的上升速度。油流在電場(chǎng)內(nèi)的上升速度越小，電脫鹽裝置對(duì)劣質(zhì)原油的能力更強(qiáng)。這將成為高效電脫鹽技術(shù)研發(fā)的一種思路。

4 總結(jié)與建議

(1)在加工劣質(zhì)原油過程中，應(yīng)加強(qiáng)電脫鹽源頭罐區(qū)原油的管理，嚴(yán)禁摻練理化性質(zhì)不明的污油、雜油；

(2)僅通過操作工藝參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整、破乳劑的篩選，提高重劣質(zhì)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(yīng)盡可能降低油流在電場(chǎng)內(nèi)的上升速度，才是突破電脫鹽技術(shù)瓶頸的根本方法；

(4)交直流電脫鹽技術(shù)已不適應(yīng)原油重劣質(zhì)化，裝置大型化發(fā)展的要求，目前迫切需要開發(fā)出一種大型化、高效、節(jié)能、環(huán)保的電脫鹽技術(shù)。我國(guó)江蘇金門能源裝備有限公司研發(fā)的雙進(jìn)油雙電場(chǎng)技術(shù)，將單電場(chǎng)改為上、下部?jī)蓚€(gè)互不關(guān)連的低速電場(chǎng)，顯著降低了油流在電場(chǎng)內(nèi)的上升速度，減小了脫鹽設(shè)備的設(shè)計(jì)尺寸，在國(guó)內(nèi)外油田和煉化企業(yè)得了較為廣泛的應(yīng)用。美國(guó)Natco集團(tuán)推出的雙頻電場(chǎng)技術(shù)，在國(guó)外油田原油脫鹽脫水的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得巨大成功。該技術(shù)大幅提高了脫鹽脫水效率，并與常規(guī)的AC技術(shù)相比，降低了設(shè)備的設(shè)計(jì)尺寸。

建議我國(guó)電脫鹽設(shè)備研發(fā)公司能夠?qū)⑦@兩種技術(shù)結(jié)合起來，研發(fā)出一種新型的電脫鹽技術(shù)，并在我國(guó)推廣和應(yīng)用，這必將有效地應(yīng)對(duì)現(xiàn)階段原油重質(zhì)化和劣質(zhì)化、裝置大型化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

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