高頻電脫鹽技術(shù)在大榭石化應(yīng)用的綜合效果分析

石油人在北京

摘 要： 結(jié)合高頻電脫鹽技術(shù)在大榭石化的應(yīng)用實例，闡述了高頻電脫鹽技術(shù)的原理，對高頻電脫鹽技術(shù)在
高酸重質(zhì)原油中的電脫鹽效果及節(jié)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(shù)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(zhì)量濃度和COD分別降
低了73 mg／L和352 mg／I ，電脫系統(tǒng)設(shè)備電耗相對改造前節(jié)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(jīng)濟效益在167萬元以上。
關(guān)鍵詞： 高酸重質(zhì)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．a(chǎn)nd 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(zhì)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(zhì)。為此選擇合
適電脫鹽技術(shù)和操作工況是實現(xiàn)污水處理系統(tǒng)穩(wěn)定
運行的先決條件之一。高頻電脫鹽技術(shù)是新一代的
原油電脫鹽技術(shù)，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(jié)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(shù)進行油水分離，且不使用任
何化學破乳劑¨2]。近年來國內(nèi)對高頻電脫鹽技術(shù)在
油田化工中的應(yīng)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(zhì)原油，該類
原油具有密度大、酸值高、黏度大等特點，常規(guī)的二
級電脫鹽技術(shù)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(tǒng)進行了高頻電脫鹽技術(shù)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(nèi)加工類似
原油電脫鹽技術(shù)的研究提供了方向。
第6期 王仕文等．高頻電脫鹽技術(shù)在大榭石化應(yīng)用的綜合效果分析 25
1 高酸重質(zhì)原油加工特點及難點
大榭石化現(xiàn)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(chǎn)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(zhì)見
表1。
表l 大榭石化加工原油基本·眭質(zhì)
Table 1 The basic nature of the crude oil processing in Daxie petrochemical company
陛質(zhì)參數(shù) 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(zhì)低硫 重質(zhì)低硫 低硫環(huán)烷 低硫中 低硫環(huán) 重質(zhì)低硫
原油類別
環(huán)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(zhì)含量低，瀝青
質(zhì)含量高。這樣的組分導致瀝青質(zhì)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(huán)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(huán)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(tǒng)負荷大，減頂污水產(chǎn)
生量大。
2 高頻電脫鹽機理及優(yōu)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(yīng)電脫鹽專用電源技術(shù)將普通的正弦交流或近
似正弦交流電場電轉(zhuǎn)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(jié)力F為[2]：
F 一 (1)
式(1)中：￡為原油乳狀液的介電常數(shù)；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(jié)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(guī)電脫鹽技術(shù)
其優(yōu)勢主要表現(xiàn)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(xiàn)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(diào)：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(chǎn)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(fā)生震蕩聚結(jié)及偶極聚結(jié)，不能實現(xiàn)油水快速
分離。常規(guī)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(xù)，為此無法根據(jù)原油性質(zhì)
變化將電場強度調(diào)節(jié)到一個最佳范圍。高頻智能響
應(yīng)電脫鹽專用電源技術(shù)可將50 Hz交流電經(jīng)過整流
濾波后，得到連續(xù)可調(diào)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(xù)可調(diào)(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(chǎn)生較強的結(jié)合力，也能與原油產(chǎn)生較強的結(jié)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(nèi)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(chǎn)生內(nèi)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(jié)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(fā)生共振現(xiàn)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(fā)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(jié)
力增加，從而提高脫水效果I 。高頻智能響應(yīng)電脫
鹽專用電源技術(shù)可將50 Hz工頻電場轉(zhuǎn)換為連續(xù)可
調(diào)的高頻電場，為此更容易使乳化液水滴發(fā)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(jié)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(huán)境下可達到同樣的效果。
3 高頻電脫鹽技術(shù)在大榭石化的
技術(shù)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(shè)計加工曹妃
甸原油并按西江原油校核，電脫鹽設(shè)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(shù)采用交直流電脫鹽技
術(shù)，利用進油分配管，使乳化液在罐體內(nèi)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(shè)計要求。
但脫后含水含鹽、排水含油等指標除少數(shù)原油外很
難達到設(shè)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(xiàn)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(jīng)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(chǎn)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(shù)提高電脫鹽效率，經(jīng)技術(shù)調(diào)研和篩選，最終
確定了對一級電脫鹽罐實施高頻智能響應(yīng)電脫鹽改
造的技術(shù)方案。
3．2 改造方案
3．2．1 設(shè)備運行分析和主要改造思路在加工劣
質(zhì)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