长江三星电脱盐成套设备在常减压中的应用

沈筱彦，董广超

长江三星电脱盐成套设备在常减压中的应用

沈筱彦，董广超

（浙江石油化工有限公司， 浙江 舟山 316000）

结合电脱盐设备结构和电脱盐工艺流程两个方面介绍了大型工业化脱盐脱水工艺，并分析了其运行效果。结果表明：长江三星电脱盐成套设备脱盐脱水效果较好，基本上达到了脱后原油盐含量低于3 mg·L-1、脱后原油水含量低于0.2%、电脱盐切水含油量低于200 mg·L-1、切水化学需氧量低于1 000 mg·L-1的技术要求。现场实践发现，电脱盐效果还与操作温度、操作压力、电脱盐注水、混合强度、电场强度、破乳剂和原油停留时间等因素有关，电脱盐操作参数可从这些角度进一步优化。

脱盐； 石油； 常减压； 蒸馏； 腐蚀

原油电脱盐不仅仅是一种单纯的防腐手段，伴随着脱盐、脱水和脱金属技术的日益成熟，它已变成为下游装置提供优质原料所必不可少的原油预处理工艺，是炼油厂节能降耗、减轻设备结垢和腐蚀、防止催化剂中毒、减少催化剂消耗、延长装置运行周期的重要过程[1-2]。

目前国内炼油厂应用的电脱盐技术主要是高速电脱盐和高效交直流电脱盐两种。近几年，高速电脱盐技术由于罐体积小、造价成本低且脱盐效率高而得到了广泛的应用。但是，高硫高酸等重质原油比例越来越大，且炼制的原油品种更换频繁，给高速电脱盐装置带来很大的冲击。尤其对于采用多装置热联合设计的炼化一体化单位，中间产品全部热出料直接进入下游相关装置，原油电脱盐装置一旦出现波动，直接影响下游装置的生产稳定性。所以，在近期新建或改造的电脱盐罐仍选用传统的交直流电脱盐技术。

浙江石油化工有限公司2#1 000万t·a-1常减压蒸馏新建装置选用长江三星能源科技股份有限公司生产的两级低速高效交直流电脱盐成套设备[3]，保证了脱盐效果稳定，脱后含盐小于3 mg·L-1。

1 长江三星电脱盐设备介绍

1.1 电脱盐罐

电脱盐罐作为原油脱盐脱水的重要设备，其大小决定了原油在强电场、弱电场的停留时间及含盐污水在罐内停留时间，对脱后原油含盐含水及排水带油影响很大。

浙江石油化工有限公司2#1 000万t·a-1常减压蒸馏装置电脱盐罐采用高效低耗卧式电脱盐罐，采用管式原油分布器从罐下方进料，罐体选用Q345R材质，罐体壁厚46 mm，规格Φ5 600×37 500 mm，罐体容积970 m3，罐体重量约为310 t，内件重量约为10 t。罐体采用三鞍座，中间固定两头滑动。

长江三星电脱盐成套设备的主体组成是电脱盐罐，配备防爆电压器、电极板及绝缘吊挂、高效混合设备、界位控制仪、原油分布器及反冲洗系统。

1.2 防爆变压器

电脱盐变压器的作用就是在电脱盐罐内设置一个电场[4]，当原油经过这个电场时，带电分子定向移动达到油水分离的目的。本装置单个电脱盐罐设置3个变压器，变压器输出电压设置了5个档位：13、16、19、22、25 kV，为避免发生过载跳闸现象，操作时电流应小于其额定值。

1.3 电极板及绝缘吊挂

交直流双电场轴向有8根平行的电极主梁，两对正极梁，两对负极梁，在容器轴线方向依次排列正负相间的垂挂式变极距电极板。

利用高压变压器把普通交流电源提高至13~25 kV，两个平行电极板需要和两个反向布置的半波整流器分别建立连接，后者同时连接在高压变压器二次绕组线圈的一端，平行电极板由交流半波输送电能，所以会产生高压直流强电场。由于电压能交替变化出现在正、负极板中，导致极板下端端板、油水界面两者形成交变弱电场[5]，而在强电场和弱电场中间分布着直流中电场。电脱盐罐侧视图及强弱电场分布如图1所示。

图1 电脱盐罐侧视图

在直流电场和交流电场共存的环境中，水颗粒受力能够产生双重作用，一方面可以保证有效地脱盐脱水，另一方面可以提升对油包水型乳化液内含水量的处理能力，同时因为电极板、罐体两者间有交流电场，所以能够避免罐体受到电化学侵蚀[6]。

绝缘吊挂[7]是将电极板悬挂于电脱盐罐内的重要部件，要求有良好的绝缘性能，安装时要保持垂直，使其只承受垂直方向的拉力，严禁受扭力和弯应力。绝缘吊挂选用优质绝缘级聚四氟乙烯材料。

1.4 高效混合设备

长江三星电脱盐成套设备采用静态混合器和混合阀串联使用，混合阀采用辽宁科达特特种阀门有限公司DN550ZJHM-50双模头气动调节阀。油水先经过静态混合器初步混合后通过混合阀阀芯的剪切作用，进一步将洗涤水均匀地分散于油中，使原油中的固体盐和盐水滴得到充分溶解。该设备具有混合压降小，混合强度可灵活调节等优点。

1.5 界位控制仪

对界面控制仪的选择是影响电脱盐罐内油水界面控制的一个重要因素，油水界位低容易造成切水带油，但若油水界位高容易造成电极板短路。因此，必须控制平稳合适的油水界位。本装置电脱盐系统采用天津市耐特测控仪器有限公司508系列射频导纳物位计。射频导纳技术采用了三端Cote-Shield技术，将阻抗和容抗综合在一起，提高了测量油水界面的精度和可靠性，不受附着物、传感器结垢、温度、密度变化的影响，克服了单纯电容测量法因挂料引起的测量误差和能量补偿。

2 长江三星电脱盐工艺介绍

浙江石油化工有限公司2#1 000万t·a-1常减压蒸馏装置采用两级串联交直流电脱盐技术，原油经过脱前换热流程后在混合器前注水、注破乳剂，通过混合器和混合阀形成油水乳化液分别进入电脱盐A罐和B罐，在高压电场和重力作用下，实现油水分离，保证脱后原油含水量≤0.2%，含盐量≤3 mg NaCl·L-1，切水油含量≤100 mg·L-1，切水COD含量≤1 000 mg·L-1。

2.1 电脱盐基本原理

在电脱盐工艺中，是依靠加入的新鲜水对原油进行洗涤，使原油中的盐分溶解到新鲜水中，然后在电场的作用下实现油水分离。原油和水之间是互不相容的，油水分离的推动力便是油水密度差，这也是重油中的水分和盐分更难脱除的主要原因，水从原油中沉降速度可通过STOCKS公式计算。

而在实际操作过程中，原油中的水和油往往会形成乳化液，在重力沉降之前必须要进行破乳，高压电场就是破除乳化液最有效的手段之一。原油乳化液通过电场时，水滴中的正负电荷受电场力作用而重新分布。水滴本身是电中性的，但在电场力的作用下形成偶极，并沿电场线方向重新排列，从而改变或破坏乳化液的稳定状态，增加了水滴的聚积几率，促进了水滴的接触、聚结和沉降[8]。

2.2 电脱盐工艺流程

电脱盐工艺流程简图如图2所示，主要分为原油电脱盐、切注水系统、反冲洗系统和注剂流程。原油经过脱前换热流程温度上升到110~145 ℃后进入电脱盐系统，在混合器前注水、注破乳剂，通过混合器和混合阀充分混合后进入电脱盐A罐进行脱盐脱水，一次脱盐脱水后再在混合器前注水、注破乳剂后进入B罐，在高压电场和重力作用下，实现油水分离。

图2 电脱盐工艺流程简图

电脱盐注水量一般为原油加工量的3%~8%，通过P-0301AB可实现电脱盐A罐和B罐单注单切，但为了减小水的消耗量，一般采用二级注新鲜水、二级切水回注一级流程。

在正常运行一段时间后，原油中携带的砂粒、黏土、钻井泥浆及铁锈等不溶物质在水和破乳剂的作用下沉积在电脱盐罐底部，若不及时处理，不断沉积的固体物质会抬高油水界位，若界位达到高压电场区会引起电极板短路或击穿、切水带油等问题，影响电脱盐的平稳运行，所以必须定期对电脱盐罐进行反冲洗[9]。长江三星电脱盐成套设备设置了单独的电脱盐反冲洗流程，A罐和B罐均可进行单独在线反冲洗操作。

2.3 原油性质

浙江石油化工有限公司2#1 000万t·a-1常减压蒸馏装置目前所炼原油性质如表1所示。

表1 原油一般性质

2.4 操作参数

浙江石油化工有限公司2#1 000万t·a-1常减压蒸馏装置电脱盐系统操作参数如表2所示。

表2 电脱盐主要工艺操作条件

在目前电脱盐工艺操作条件下，脱盐脱水效果较好，基本上达到了脱后原油盐含量低于3 mg·L-1、脱后原油水含量低于0.2%、电脱盐切水含油量低于200 mg·L-1、切水化学需氧量（COD）低于1 000 mg·L-1的技术要求。

3 电脱盐操作参数优化调整

由于本装置为新开工装置，电脱盐系统的各种操作参数还可进一步优化，若要处理高含盐量原油或者执行更加严格的脱盐、脱水和环保指标，可以从以下几个方面调整参数以达到更佳的脱盐效果。

3.1 混合强度

混合强度是指油、水、破乳剂在混合阀和混合器内的混合程度，这是由于原油通过混合阀和混合器时产生的压力降造成的，混合强度不足会造成油水混合不充分。如果混合强度不足而影响脱盐率，就必须增加混合阀的压力降。但是混合强度并非越大越好，混合强度过大油水会产生一种稳定的乳化液，增加了在电场中的破乳难度。如果电脱盐罐的电压低和脱盐后原油含水量过大则可能是混合强度过大，理论上压力降应小于70 kPa。

3.2 电脱盐操作温度

操作温度是影响原油脱盐脱水效果最关键的因素。由STOCKS公式可知，温度过低会增加原油的黏度和水滴的沉降时间，油水分离推动力减小，从而降低脱盐效率。提高电脱盐操作温度可以加快分子的布朗运动，增加水分子的碰撞机会，加速油水乳化膜的破坏从而加快水分子的聚结。但若电脱盐操作温度过高，高压电引入棒内有冷凝水会发生击穿现象，绝缘吊挂也会因绝缘层发生塑性变形而损坏。电脱盐罐内操作温度一般不超过145 ℃。

3.3 电脱盐操作压力

电脱盐罐的操作压力一般比油水混合物蒸气压高0.14 MPa左右，对脱盐效率没有直接的影响。若操作压力过低，原油中的轻组分蒸发、气化，在罐内产生气体，会使电极区出现电弧，影响脱盐效率[10]。

3.4 电脱盐注水

在原油进入电脱盐系统前注入一定量的新鲜水，可以促进油水乳化液中水滴聚结，并稀释原油中盐水滴，溶解固体盐颗粒，从而降低原油中的盐含量。但是注水量过多既增加了水的消耗量和污水处理量，又容易产生电击穿跳闸现象，减少电脱盐设备的使用寿命。电脱盐注水一般会与切水进行热交换回收切水中的能量，同时减少电脱盐操作温度的损失，注水温度越接近原油温度，越易使油水充分混合，不易乳化。

3.5 电场强度

水滴在电场中的泳动速度同电场强度和分子本身所带的净电荷量成正比，电场强度越强，水滴的聚结速度越快，越有利于水滴从原油中分离。长江三星电脱盐成套设备变压器输出电压设置了5个档位，实际操作过程中可根据原油的性质、水含量的多少来选择合适的变压器档位。

3.6 破乳剂

破乳剂的注入位置、注入量和种类都会影响原油乳状液的破乳效果[11]。本装置破乳剂注入位置有3处可供选择，分为是原油进装置阀组、电脱盐A罐混合器前和电脱盐B罐混合器前。由于破乳剂专一性很强，很难寻求到高效广谱的破乳剂以适应多种类型的原油，需要对破乳剂的种类进行筛选，并通过实验来确定破乳剂的用量。本装置目前使用Dorf Ketal SR 1149破乳剂，若今后所炼原油性质发生比较大的变化则需考虑更换破乳剂种类，或采用两种或多种破乳剂进行复配，或者添加增效助剂以提高原油的脱盐效率[12]。

4 结束语

浙江石油化工有限公司2#1 000万t·a-1常减压蒸馏装置新开工运行半年多，脱后原油盐含量、水含量以及电脱盐切水含油量、化学需氧量指标均表明长江三星电脱盐成套设备选型合适，系统运行平稳，达到了设计预期值。然而，目前电脱盐操作参数还可进一步优化。影响电脱盐系统脱盐效率的因素有很多，任何一个因素考虑不周或调节不当都会影响脱后原油指标以及环保指标。因此，必须从整体出发，结合电脱盐罐的内部构造、脱盐原理和脱盐工艺将各个环节考虑周全，使整个电脱盐系统发挥最大效能。

［1］候芙生. 中国炼油技术[M]. 北京：中国石化出版社，2011.

［2］贾鹏林，娄世松，楚喜丽. 原油电脱盐脱水技术[M]. 北京：中国石化出版社，2010.

［3］刘军儒. 交直流电脱盐装置：中国，CN932463053[P].1994-09-21.

［4］朱道松. 高效原油电脱盐控制系统的设计及实现[D]. 北京：中国科学院大学，2017.

［5］陈家庆，黄松涛，王姬革，等. 高频高压脉冲交流电场破乳技术及其原油电脱盐应用研究[J]. 石油炼制与化工，2017，48（8）：12-19.

［6］陶雪，刘明冲，韩晶，等. 双进油双电场电脱盐脱水技术及其在大港石化的应用[J]. 石油炼制与化工，2016，47（12）：11-16.

［7］丁小平，刘建春，张跃文. 万向型绝缘吊挂：中国，CN012017558 [P].2001-12-12.

［8］陈东魁.高密度高含盐原油脱盐脱水技术研究[D]. 河北：燕山大学，2017.

［9］昌兴文，刘统华，刘晓燕，等. 常减压蒸馏装置电脱盐反冲洗系统的增效设计[J]. 当代化工，2016，45（8）：1876-1877.

［10］唐孟海，胡兆灵. 常减压蒸馏装置技术问答[M]. 北京：中国石化出版社，2015.

［11］马宝利，朱建华. 委内瑞拉重油破乳脱水的破乳剂评选及电脱盐过程操作条件优化[J]. 石油炼制与化工，2012，43（6）：98-102.

［12］原晓娟. 提高电脱盐装置脱水脱盐效率的方法研究[D]. 北京：中国石油大学，2016.

Application of Yangtze River Samsung Electric Desalination Equipment in Atmospheric & Vacuum Distillation Unit

,

(Zhejiang Petrochemical Co., Ltd., Zhoushan Zhejiang 316000, China)

The equipment structure and the process flow of Yangtze River Samsung electric desalination equipment were introduced and its operation effect was analyzed. The results showed that the equipment achieved good desalination and dehydration effect, the salt and water contents of crude oil were reduced to less than 3 mg·L-1and 0.2%, respectively, the oil content and COD in discharged sewage were less than 200 mg·L-1and 1000 mg·L-1,respectively. According to practice, the effect of electric desalination can be optimized by controlling operating temperature, operating pressure, electric desalination water injection, mixing strength, electric field strength, demulsifier and crude oil residence time.

Desalination; Petroleum; Atmospheric and vacuum distillation unit; Distillation; Corrosion

2020-03-10

沈筱彦（1992-），女，助理工程师，硕士，浙江省平湖市人，2017年毕业于东北石油大学化学工程与技术，现从事炼油化工技术工作。

TE966

A

1004-0935（2020）07-0881-04