智能電源在國內加工高酸原油中的應用

程 剛，鄭盟主，李 泓

(長江(揚中)電脫鹽設備有限公司，江蘇 鎮江 212200;2.遼寧石油化工大學，遼寧 撫順 113001)

隨著原油的日趨劣質化，越來越多的煉油廠開始加工高酸原油。該類原油具有密度大、黏度大、酸值高和殘炭高等特點，其中的環烷酸及其鹽類和重質組分等在高壓電場的電脫鹽脫水過程中容易發生乳化[1－2]，造成采用傳統電源電脫鹽設備的運行電流升高、操作不便，脫鹽后原油的含水量和含鹽較高。

傳統電源通常指的是工作頻率為50 Hz、輸出為正弦波交流或經整流后的直流高壓，其變壓器是一種在初級線圈中串聯了電抗器線圈、次級線圈產生的高壓采用檔位輸出的100%全阻抗變壓器。該類電源在輸出端電流較大時會產生很大的電能損耗;采用檔位調節輸出高壓，難以準確地調節到工藝所要求的電壓;工作頻率為一固定值，無法根據油水乳液的需要調節振蕩頻率。還有遇突發事故的反應差，事故不能得到及時處理;輸出波形單一且無法調節;不能適應油水乳液分散、混合、聚結與沉降的動態處理過程等缺點[3]。

為克服上述缺點，出現了智能調壓雙極性型、變頻單向脈沖型和變頻矩形波脈沖型智能電源[4－5]。該文旨在歸納智能電源在國內煉油廠加工高酸原油及其處理乳化層中典型應用。

1 高酸原油及其乳化層中的應用

智能電源的主要功能是為電極板提供高電壓，在兩電極板間產生高壓靜電為油水分離提供外在驅動力。

1.1 智能調壓雙極性型智能電源

采用傳統電源的兩級交流電脫鹽工藝加工魯寧管輸劣質高酸重質原油，變壓器長期處于短路額定電流狀態運行，不僅能耗大，而且不能建立有效的高壓電場，導致脫鹽后原油含鹽較高，對后續裝置的腐蝕造成了嚴重影響。

為滿足實際生產需求，對該電脫鹽工藝先后進行了兩次適應性改造。第一次改造是在原來兩級交流電脫鹽工藝的基礎上增加一級智能調壓雙極性智能電源供電的電脫鹽罐，其余兩級不變。分別作為第二、三級電脫鹽工藝。第二次改造是將第二、三級電脫鹽罐的電源由傳統電源改為智能調壓雙極性電源。

第一次和第二次改造后，脫鹽后原油中鹽的質量濃度由14.8 mg/L分別降至5.6 mg/L和2.1 mg/L;加工每噸原油的電耗由1.20 kW·h分別降至0.70 kW·h和0.36 kW·h。

1.2 變頻單向脈沖型智能電源

采用變頻單向脈沖型智能電源的兩級電脫鹽技術處理酸值為 0.35 ～1.1 mgKOH/g、密度為0.86 ～0.89 g/cm3劣質高酸重油。

最優操作工藝參數下電脫鹽設備的運行效果見表1。從表1可知，脫鹽后原油中鹽的質量濃度和水的質量分數的平均值分別為4.38 mg/L和0.26%。

表1 電脫鹽設備的運行效果Table1 Operating results of desalting equiment

1.3 變頻矩形波脈沖型智能電源

采用變頻單向脈沖型智能電源的兩級電脫鹽技術處理酸值為 2.57 ～2.91 mgKOH/g、密度為0.93～0.97 g/cm3的渤海灣劣質高酸重油。在加工過程中發現，這類原油容易形成乳化層，且油水界面膜強度大難以破裂，導致運行電流增大，極板間不能建立有效的高壓電場，導致脫鹽后原油的含水和含鹽偏高。

采用常規的破乳方式(如升高溫度和加入破乳劑等)未能將乳化層消除，為此對該電脫鹽裝置進行了消除乳化層的適應性改造，即在電脫鹽罐的油水乳化層部位增加兩層水平格柵型金屬電極板，并與變頻脈沖矩形波交流電源連接，由此組合形成的變頻脈沖電脫鹽技術來處理該乳化層。

裝置在最優工藝條件下運行，其脫鹽后原油中鹽的質量濃度見表2，電源變壓器的運行參數見表3和4。從表2可以看出，改造后脫鹽原油中鹽的質量分數下降了30.6% ～71.7%。從表3～4可以看出，改造后一級電脫鹽罐工作頻率變壓器一次電流平均下降了2.9 A，輸出電壓由改造前的25 kV下降至20 kV，3臺變壓器運行功率合計下降78.3 kW。二級電脫鹽罐在輸出電壓檔位不變的情況下，一次電流平均下降了0.6 A，3臺變壓器功率合計下降16.5 kW。扣除兩臺高頻變壓器運行功率9.2 kW，每小時可節電85.6 kW·h(約占原電脫系統電耗的20%)，年運行時間按8400 h，電價按0.6 RMB ￥ /(kW·h)計算，每年可節約電力成本約43×104RMB￥。

表2 改造前后脫鹽后原油中鹽的質量濃度Table2 Salt mass concentration of treated crude oils before and after transformation

表3 改造前后電脫鹽設備的變壓器運行參數Table3 Operating parameters of transformers before and after transformation

表4 變頻脈沖電源的變壓器運行參數Table4 Operating parameters of high－frequency voltage transformer

2 總結

與傳統電源相比，采用智能雙極性型電源進行高酸原油的電場處理，脫鹽后原油中鹽的質量濃度由14.8 mg/L降至2.1 mg/L，加工原油的電耗從1.20 kW·h/t降至 0.36 kW·h/t;采用變頻單向脈沖型智能電源電脫鹽工藝處理高酸原油，脫鹽后原油中水的質量分數和鹽的質量濃度分別為 0.26%和 4.38 mg/L。

采用變頻脈沖矩形波智能電源處理高酸原油形成的乳化層，與未增加該設備前相比，脫鹽后原油中鹽的質量分數下降了30.67% ～71.7%，每年可節約電力成本約43×104RMB￥。

[1]滕天燦.高酸原油脫酸工藝研究進展[J].淮陰工學院學報，2009，18(3):77－80.

[2]師麗娟，沈本賢，王恭群，等.北疆高酸原油直餾餾分脫酸前后油－水界面性質的比較[J].華東理工大學大學學報(自然科學版)，2009，35(2):192－196.

[3]劉建春，楊衛國，于躍，等.智能響應電脫鹽脫水設備專用電源[P].中國，CN201553711U.2010－08－18.

[4]趙忠杰，張忠良，王鳳巢，等.高頻脈沖原油電脫水裝置[P].中國，ZL01114971X.2004－10－20.

[5]牛俊邦，趙磊，劉倩倩.矩形波交流原油脫水電源[P].中國，CN101540557A.2009－09－23.