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標題: 高頻電脫鹽技術在大榭石化應用的綜合效果分析 [打印本頁]

作者: 石油人在北京 時間: 2013-4-29 21:01
標題: 高頻電脫鹽技術在大榭石化應用的綜合效果分析
摘要：結合高頻電脫鹽技術在大榭石化的應用實例，闡述了高頻電脫鹽技術的原理，對高頻電脫鹽技術在
高酸重質原油中的電脫鹽效果及節能減排效果進行了評價。大榭石化通過對2．25 Mt／a瀝青裝置一級電脫鹽罐實
施高頻電脫鹽技術改造后，取得了較好的效果，平均電脫鹽率提高了6．24 ，電脫切水含油質量濃度和COD分別降
低了73 mg／L和352 mg／I ，電脫系統設備電耗相對改造前節省約2O ，每噸原油破乳劑平均消耗量降低了4．13 g，
每年直接經濟效益在167萬元以上。
關鍵詞：高酸重質原油；高頻電脫鹽；大榭石化
中圖分類號： TE624．1 文獻標識碼：A doi：10．3969／j．issn．1006—396X．2012．06．007
General Effect Analysis Regarding the High Frequency Desalting
Technology on the Application of CNOOC Daxie
W ANG Shi— wen，YA()W an—he，GUO Zhen— yu
(Daxie Petrochemical Co．，Ltd．，CNOOC，Ningbo Zhejiang 315812，P．R．China)
Received 12 September 2012；revised 1 5 October 2012；accepted 31 October 2012
Abstract： The theory of high frequency desalting technology was illustrated through the application case of high frequency
desahing technology on CNOOC Daxie．and the desalting effect on high acid crude oil and it’S energy saving was evaluated．
The result shows that by using high frequency electric desalting transform ation on first order electric desahing tank of 2．25
Mt／a asphalt unit．the average electric desahing rate has been increased by 6．24 ，the oil concent and COD in blow down
water has been decreased by 73 mg／I and 352 mg／L，respectively．Power consumption of electric desalting tank has been saved
2O ，average demulsifier consum ption of per ton of crude oil has been decreased by 4．1 3 g，the direct economic benefit was
above 1．67 million yuan．
Key words： H igh acid heavy crude oil；High frequency desalting；Daxie petrochem ical
CorTesponding author．Te1．：+ 86— 574—86760670；e-mail：wangsw@ dxzspc．com
電脫鹽是煉油廠的龍頭裝置之一，原油性質的
不同對原油電脫鹽效果影響很大。電脫鹽運行的好
壞直接影響到污水處理場的原水水質。為此選擇合
適電脫鹽技術和操作工況是實現污水處理系統穩定
運行的先決條件之一。高頻電脫鹽技術是新一代的
原油電脫鹽技術，它采用脈沖方波電壓，形成高壓、
脈沖式電場，這完全不同于以往的交流或交直流電
脫鹽電場。在高頻脈沖電場下，原油中的油水乳化
顆粒在瞬間形成的高壓電場下被極化，水滴之間的
聚結力大大增加，從而電脫鹽效果得到顯著改善。
1984年Bailesl1 首先提出高頻脈沖交流破乳，效果
收稿日期：2012 O9一】2
作者簡介：王仕文(1981 )，男，江西吉安市，工程師。
較好；1992年，英國BP公司的Ware—hm 油田首
先采用脈沖電脫鹽技術進行油水分離，且不使用任
何化學破乳劑¨2]。近年來國內對高頻電脫鹽技術在
油田化工中的應用也越來越多 ]。
中海石油寧波大榭石化有限公司(以下簡稱大
榭石化)主要加工渤海灣的低硫高酸重質原油，該類
原油具有密度大、酸值高、黏度大等特點，常規的二
級電脫鹽技術很難使脫后原油含水、含鹽合格，且電
脫污水極易乳化，給大榭石化的污水處理帶來了較
大壓力。2010年7月，大榭石化對2．25 Mt／a瀝青
裝置電脫鹽系統進行了高頻電脫鹽技術改造，改造
后電脫鹽效率明顯提高，電耗降低，電脫污水c()D
及含油降低明顯，取得了良好效果，為國內加工類似
原油電脫鹽技術的研究提供了方向。
第6期王仕文等．高頻電脫鹽技術在大榭石化應用的綜合效果分析 25
1 高酸重質原油加工特點及難點
大榭石化現有0．75 Mt／a瀝青裝置(以下簡稱
I套瀝青裝置)和2．25 Mt／a瀝青裝置(以下簡稱II
套瀝青裝置)各1套，原油合計加工能力8 Mt／a，全
部加工中國海洋石油總公司自產的曹妃甸、秦皇島
32—6、旅大1O一1、流花等海洋原油，其基本性質見
表1。
表l 大榭石化加工原油基本·眭質
Table 1 The basic nature of the crude oil processing in Daxie petrochemical company
陛質參數綏q-36—1 曹妃句蓬萊19—3 旅大1O一1 秦皇島32—6 流花
p(2O℃ )／(g·cm 。) 0．966 0．941 0．927 0．940 0．950 0．932
)，(8O ℃ )／(mm。·s ) 279．90 30．86 27．42 24．41 364．8O 112．7O
酸值／Emg(KOH)·g一 ] 2．67 2．57 3．2O 6．46 2．91 2．8o
D(鹽)／(mg·L ) 59．0 25．8 130．0 2O．4 16．2 59．6
(水)， 0．15 O．30 0．30 痕跡0．28 0．40
重質低硫重質低硫低硫環烷低硫中低硫環重質低硫
原油類別
環烷基中間基中間基間基烷基中間基
*注：秦皇島32—6和流花原油的黏度為5O℃ 下的運動黏度。
在加工過程中主要面臨以下幾個方面的問題：
(1)原油密度大，油水密度差小，造成油水分離
推動力小，貯罐自然沉降脫水和電脫鹽工藝油水分
離困難；
(2)原油重組分中的芳香烴、膠質含量低，瀝青
質含量高。這樣的組分導致瀝青質更容易聚集，進
而導致原油乳化嚴重和污水帶油；
(3)原油酸值高，其攜帶的環烷酸鹽是天然的
表面活性劑，加大了破乳難度，加工過程破乳劑消耗
偏高；
(4)電脫污水含鹽高，環烷酸溶解油含量高，可
生化性相對較差，污水處理難度大；尤其對反滲透濃
水深度處理工藝提出了更嚴格的要求；
(5)輕油收率低，減壓系統負荷大，減頂污水產
生量大。
2 高頻電脫鹽機理及優點
普通脫水電源為正弦交流或近似正弦交流，屬
緩慢變化的電場，對乳化膜的沖擊力不強。高頻智
能響應電脫鹽專用電源技術將普通的正弦交流或近
似正弦交流電場電轉化為矩形波電場，矩形波電場
由零開始瞬間躍變到極大值，使水珠中的正、負離子
得到最大限度的加速，對乳化膜形成最為強烈的沖
擊。
在電場中，原油乳狀液中2個相鄰、粒徑相同的
水滴之間的聚結力F為[2]：
F 一 (1)
式(1)中：￡為原油乳狀液的介電常數；E為外加電場
的電場強度，V／ram；d為兩顆水滴之間的距離，
m；r為水滴半徑，／xm。
由式(1)可知，要使水滴之間的聚結力增大，必
須從提高電場強度，增大水滴直徑，縮短水滴之間的
距離3方面著手。高頻電脫鹽相對常規電脫鹽技術
其優勢主要表現在以下幾個方面：
(1)避免短路：在原油含水量過高或乳化嚴重
的情況下，脈沖電源可以實現在極板間短路前使高
壓進入脈沖間歇期，避免短路形成。
(2)輸出電壓幅值可調：原油電脫水需要一定
的電場強度，但強度要合適，太高了會產生電分散，
使水珠以更細的顆粒懸浮在原油中；太低了水珠間
不能發生震蕩聚結及偶極聚結，不能實現油水快速
分離。常規的電脫鹽輸出電壓只能在幾個檔位之間
切換，輸出電壓不完全連續，為此無法根據原油性質
變化將電場強度調節到一個最佳范圍。高頻智能響
應電脫鹽專用電源技術可將50 Hz交流電經過整流
濾波后，得到連續可調的直流電。因此，可將電場強
度控制在更精確的范圍。
(3)頻率連續可調(相同條件下具有更好的脫
水效果，脫水時水珠受力情況如圖1所示)。由圖1
可見，小水珠周圍有一層乳化膜。乳化膜既能與水
珠產生較強的結合力，也能與原油產生較強的結合
力，要使水珠快速沉降，必須把該膜打碎。一般情況
下原油中的小水珠內部都含有鹽類的正、負離子，在
原油中加上高壓交流電場后，小水珠被極化，這些正
負離子會向電場的正、反方向快速移動，產生內摩擦
26 石油化 I 高等學校學報第25卷
熱，不斷克服膜強度。被極化的小水珠相互結合形
成大水珠，加速沉降使油水分離，電脫水過程見圖
2。當外加電場電場振蕩頻率同乳狀液中水滴的固
有振蕩頻率相等或接近時，就會發生共振現象，此時
水滴的振動幅度最大，其外表面的油一水薄膜最易
被破壞，并與相鄰水滴發生聚集。同時由于水滴振
動幅度增大，水滴間距離相對縮短，使水滴間距聚結
力增加，從而提高脫水效果I 。高頻智能響應電脫
鹽專用電源技術可將50 Hz工頻電場轉換為連續可
調的高頻電場，為此更容易使乳化液水滴發生振蕩
聚集，達到更好的脫水效果。
Fig．1 Stress performance of water droplet
圖1 水珠受力
n))水珠聚集
Fig．2 Schematic diagram of electric dewatering
圖2電脫水過程示意圖
(4)節省電耗：高頻間斷供電方式，減少了通電
時間，降低運行電流，可以減少脫鹽電耗；避免極板
之間形成短路或電流過大。在形成水鏈前短暫終止
供電，避免短路。短路消失后，再加下一個脈沖，就
可以避免電能的泄漏；高頻電場相對工頻電場在相
對較低的電場環境下可達到同樣的效果。
3 高頻電脫鹽技術在大榭石化的
技術改造方案
3．1 改造前狀況
大榭石化2．25 Mt／a瀝青裝置原設計加工曹妃
甸原油并按西江原油校核，電脫鹽設備的加工能力
為600萬t／a，年開工8 400 h，裝置操作彈性為6O
～ l 00 。第一級和第二級都采用書5 0O0 mlTl×
28 000 mitt的電脫鹽罐，技術采用交直流電脫鹽技
術，利用進油分配管，使乳化液在罐體內均勻分布，
充分利用罐體最大截面。兩級交直流電脫鹽工藝流
程如圖3所示。
Fig．3 Electrostatic desalting process
of AC／DC power systems
圖3 兩級交直流電脫鹽工藝流程
2．25 Mt／a瀝青裝置于2009年3月一次開車
成功，輕收、總拔、能耗等各項指標均達到設計要求。
但脫后含水含鹽、排水含油等指標除少數原油外很
難達到設計要求，尤其是蓬萊l9—3原油和流花原
油，其中流花油主要表現為電脫注水后極易乳化，脫
后含鹽超標，蓬萊油的電脫排水含油嚴重超標，加_T二
以上原油時經常給污水處理場帶來困難。有的公司
在采用三級電脫鹽的情況下也未能很好的解決以上
兩種原油的電脫鹽問題，為降低以上兩種原油的加
丁難度主要通過摻煉方式加工以上兩種原油。大榭
石化因受原油資源和減線油生產方案限制，以上兩
種原油摻煉的機會較少，為此迫切的需要尋找一種
新的技術提高電脫鹽效率，經技術調研和篩選，最終
確定了對一級電脫鹽罐實施高頻智能響應電脫鹽改
造的技術方案。
3．2 改造方案
3．2．1 設備運行分析和主要改造思路在加工劣
質原油或加工原油儲罐底部原油時，往往在電脫鹽
罐油水界位處形成頑固乳化層。因此，針對油水界
位處頑固乳化層的破乳是這次改

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