超聲波電脫鹽的自動化設計

王 平,黃玉志

(1.延長石油煉化公司項目建設指揮部,陜西洛川 727406;2.延長石油研究院,西安 710075)

超聲波電脫鹽的自動化設計

王 平1,黃玉志2

(1.延長石油煉化公司項目建設指揮部,陜西洛川 727406;2.延長石油研究院,西安 710075)

以煉油廠的原油為研究對象,根據工廠實際電脫鹽流程,設計了超聲波電脫鹽聯合破乳實驗裝置,進行原油破乳動態實驗。通過多次實驗,比較了超聲波電脫鹽聯合作用和單一電脫鹽作用的脫鹽脫水效果。在超聲電脫鹽聯合作用下,含鹽量從50 mg/L降至3 mg/L,含水量可以降至0.3%,降低了電脫鹽排水COD和含油量。超聲波電脫鹽裝置完全滿足煉廠的要求,且較大程度地提高經濟效益,減少環境污染,具有一定的工業應用前景。

超聲波;電脫鹽;原油

0 引 言

原油電脫鹽是石油加工的第一道工序,原油含鹽含水的危害較大,對原油儲運、加工、產品質量及設備等均造成很大危害,主要危害有以下幾種。

a)增加設備的負荷,增加動力、熱能和冷卻水等的消耗。例如一座2.5 Mt/a的常減壓蒸餾裝置,如果原油含水量增加1%,熱能耗將增加約7 000 MJ/h。

b)影響常減壓蒸餾的正常操作。含水過多的原油,水分氣化,氣相體積大增,造成蒸餾塔內氣速過大,易引起沖塔等操作事故。

c)原油中的鹽類,隨著水分蒸發,鹽分在換熱器和加熱爐管壁上形成鹽垢,降低傳熱效率,增大流動阻力,嚴重時導致堵塞管路,燒穿管壁、造成事故。

d)鹽類中的金屬進入重餾分油或渣油中,毒害催化劑、影響二次加工原料質量及產品質量。

e)腐蝕設備,縮短開工周期。CaCl2和MgCl2能水解生成具有強腐蝕性的HCl,特別是在低溫設備部分存在水分時,形成鹽酸,腐蝕更為嚴重。

原油從地層開采出來后先經過油田的脫鹽脫水裝置處理,要求將含水量降到小于0.5%,含鹽量降至小于50 mg/L。但由于油田脫鹽脫水設施不完善或原油輸送中混入水分,進入煉油廠的原油仍含有不等量的鹽和水分。因此,原油進入煉油廠后,必須先進行脫鹽脫水,使含水量達到0.1%～0.2%,含鹽量小于5 mg/L。對于有渣油加氫或重油催化裂化過程的煉油廠,要求原油深度脫鹽,即原油含鹽量小于3 mg/L或含鈉量小于1 mg/L[1-3]。

1 超聲波工作原理

超聲波電脫鹽組合技術原理:利用超聲波的物理作用,對注水后的原油進行處理,增強油水在電場作用下的分離能力。超聲波在傳播過程中產生的機械振動作用,帶動原油乳狀液的劇烈振動,增加乳化液滴間的碰撞幾率,降低乳化液的表面張力,從而有利于乳化液珠的聚結,生成更大直徑的水滴,強化了在重力和電場的作用下油水沉降分離的效果[4-5]。

2 超聲波電脫鹽的自動化設計

2.1 系統組成

該控制系統主要由操作室DCS,現場控制柜、超聲波作用管道三部分組成。超聲波破乳設備的DCS隨原油性質變化自動調節超聲波參數,適用于不同原油性質破乳[6]。具體控制流程如圖1所示。

超聲波電脫鹽儀表控制部分采用模塊化結構,主體安裝在隔爆型防爆配電柜內,作為現場控制柜,信號可引至DCS控制臺,實現遠程控制、自動運行。具體流程如圖2所示。

圖1 控制原理流程

圖2 超聲波現場和遠程控制示意

由超聲波振蕩器產生頻率可調的電子振蕩(18～22 kHz),經前置放大功率后通過變壓器輸出,施加于位于水套內的超聲換能器,完成由電磁振蕩至機械振蕩的轉換,并由機械振蕩產生超聲波,直接作用于管道內流過的原油。超聲波處理器原理結構如圖3所示。

圖3 超聲波處理器原理結構

2.2 工作原理

一種性質相對穩定的原油,在脫鹽罐中含鹽含水量的變化可以采用導電性進行表征,因此,可以用電脫鹽罐的電流的變化來表征原油性質的變化。超聲波強化電脫鹽破乳的編程原理是根據原油性質變化調整超聲波的輸出功率,即根據電脫鹽電流變化調整超聲波的輸出功率,實現破乳脫水、脫鹽的目的。根據原油的性質變化與實驗室確定的超聲波破乳的適宜功率進行調節。操作依據:

a)電脫鹽罐電流適中,說明原油乳化程度適中,含鹽含水正常,達到脫鹽脫水目的,操作中需要的超聲波的輸出功率適中,一般控制超聲波功率在180～240 W。

b)其他條件不變時,電脫鹽罐電流升高,說明原油乳化嚴重,含鹽含水偏高,破乳脫水困難,操作中需要適當降低超聲波輸出功率,一般控制超聲波功率在60～180 W。

c)其他條件不變時,電脫鹽罐電流降低,說明原油乳化較輕,含鹽含水偏低,脫鹽效果差,操作中需要適當升高超聲波輸出功率,一般控制超聲波功率在240～360 W[7-10]。

3 實驗應用

圖4,圖5為原油脫水、脫鹽前后對比。從圖中可以清楚地看到在超聲波電脫鹽投入使用以后,原油含水率從原來的2%左右降到0.3%以下;含鹽量從4 mg/L左右降到3 mg/L以下。

圖4 原油脫水前后含水對比

圖5 原油脫鹽前后含鹽對比

在使用二級超聲波電脫鹽裝置以后,各項指標均達到規定標值以下。

圖6 脫鹽效果

超聲波電脫鹽使用后,破乳劑完全停止加注,原油三級脫后含鹽達到了2.6 mg/L,相比改造前明顯降低,電脫鹽切水含油及 COD明顯降低,為企業帶來了較高的經濟效益,減少了環境污染。說明超聲波-電脫鹽組合技術,能夠完全替代破乳劑,并很好地應用于常壓裝置電脫鹽系統,較大程度地降低電脫鹽系統操作負荷,達到深度脫鹽效果,有效地緩解原油加工后續過程中的許多問題,降低電脫鹽排水 COD和含油量。為煉廠后續裝置的應用提供了經驗和技術支持。

4 經濟效益

a)節約費用。停注破乳劑后,節約費用82萬元/年左右。

b)電脫鹽污水含油量減少。投入超聲波及停注破乳劑后,電脫鹽污水濃度由1 600 mg/L下降到200 mg/L,不但減少了原油損失而且降低了污水的處理成本,使經濟效益和環保效益雙贏。

c)降低了電脫鹽排水化學耗氧量。投入使用超聲波電脫鹽以后,總排水中的 COD由4 000～5 000 mg/L下降到1 500～2 000 mg/L,每年進入污水站的COD總量降了180 t左右。

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Automation Design of Ultrasonic-Electric Desalting Unit

Wang Ping1,Huang Yuzhi2
(1.The Yanchang Petroleum and Refinery Project Construction Office,Luochuan,727406,China; 2.The Yanchang Petroleum Research Inst.,Xi'an,710075,China)

To take the crude oil of the refinery plant as the research object,according to the real electrostatic desalting flowsheet in the plant,the ultrasonic electronic desalting and demulsifiable experimental unit has been designed and built.The crude oil demulsifiable experiment has been carried out.After many experiments the dewater effect of the ultrasonic electronic desalting and single desalting is compared.Salt content is reduced from 50 mg/L to 3 mg/L,water content can be reduced to 0.3%. CODand oil percentage in the discharged water has been reduced.The ultrasonic electronic desalting unit can satisfy the requirement of the refinery plant and increase economic benefit and environment effect and has good industrial application prospection.

ultrasonic;electrostatic desalting;crude oil

TB559

B

1007-7324(2011)01-007-103

2010-11-12。

王 平(1978—),男,陜西延安人,畢業于中國石油大學工業儀表及自動化專業,現工作于延長石油集團煉化公司項目指揮部,任工程師。