常減壓電脫鹽優(yōu)化改造技術(shù)分析

蔡幫偉 侯利國(guó) 楊威 楊洪凱 陳慶東（中海油惠州石化有限公司公司煉油一部，廣東 惠州516086）

0 引言

電脫鹽是原油進(jìn)入蒸餾前的第一道預(yù)處理工序，是常減壓裝置重要的運(yùn)行設(shè)備，主要承擔(dān)原油脫鹽、脫水的重任。電脫鹽使用的電耗占比常減壓裝置能耗的10%左右，降低電脫鹽使用電耗將有利于降低裝置能耗；電脫鹽的脫鹽效果是常減壓防腐的保障，同時(shí)脫水效果也是裝置平穩(wěn)操作的主要關(guān)鍵，因此提高電脫鹽運(yùn)行效果是降低裝置能耗及保障裝置安全、平穩(wěn)運(yùn)行的重要措施。

1 改造背景

中海油惠州石化有限公司常減壓蒸餾（Ⅰ）設(shè)計(jì)加工100%高酸重質(zhì)原油——蓬萊原油，加工能力1200萬(wàn)噸/年，操作彈性設(shè)計(jì)為60%～110%，裝置采用三級(jí)電脫鹽工藝流程，第一級(jí)采用了高速電脫鹽技術(shù)，第二、三采用了交直流電脫鹽技術(shù)。蓬萊油田在原油的開(kāi)采、集輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生老化油。由于老化油中含有大量金屬離子及強(qiáng)極性有機(jī)物，導(dǎo)致其導(dǎo)電性較強(qiáng)［2］，此外老化油中含有FeS、粘土、修井液及各種化學(xué)藥劑，使其形成穩(wěn)定性很高的乳化液，增加電脫鹽破乳難度。受加工劣質(zhì)原油影響一級(jí)電脫鹽運(yùn)行工況較差，出現(xiàn)主要異常情況如下：

（1）原油乳化嚴(yán)重，一級(jí)電脫鹽破乳困難，排水易帶油

（2）高速電脫鹽電流偏高易使變壓器油的老化、碳化、變壓器線圈的擊穿甚至冒煙著火現(xiàn)象

（3）電脫鹽罐運(yùn)行電流較高，電耗較大

2 一級(jí)電脫鹽罐電場(chǎng)結(jié)構(gòu)及配套電源構(gòu)造

2.1 原電場(chǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

原第一級(jí)電脫鹽罐內(nèi)采用了第一代高速電脫鹽電場(chǎng)結(jié)構(gòu)，罐內(nèi)設(shè)計(jì)了四層水平電極板，從上至下第1、2、4 層電極板帶電，第3層電極板接地，布置如圖1所示：

圖1 一級(jí)電脫鹽罐電極板簡(jiǎn)圖

一級(jí)電脫鹽罐體內(nèi)部第4 層電極板采用了至下向上的支撐結(jié)構(gòu)，用于固定第4層帶電極板的絕緣支撐固定在靠近水層的橫梁上方，距離水層較近，當(dāng)水位波動(dòng)時(shí)，位于水層和第四層帶電極板之間的乳化液會(huì)上升，導(dǎo)致緣距離縮短，容易引起電流波動(dòng)，進(jìn)而影響電脫鹽罐破乳效果。

2.2 配套電源系統(tǒng)

改造前電脫鹽設(shè)備采用的電源多是傳統(tǒng)的100%全阻抗電源，100%全阻抗電源在處理重質(zhì)原油、易乳化原油時(shí)，會(huì)出現(xiàn)經(jīng)常性的大電流或短路現(xiàn)象，設(shè)計(jì)100%全阻抗的目的是在二次電流短路時(shí)保護(hù)一次電流不超額定電流，變壓器不會(huì)發(fā)生故障。但同時(shí)由于100%全阻抗導(dǎo)致大量無(wú)用功消耗在阻抗線圈，導(dǎo)致電耗大量浪費(fèi)，不利于煉廠節(jié)能降耗［3］。

3 一級(jí)電脫鹽罐電場(chǎng)結(jié)構(gòu)及配套電源改造

3.1 改變一級(jí)電脫鹽罐第四層電極板安裝形式

將第四層極板從支撐形式改造為懸掛在第三層接地極板上，通過(guò)電極板的改造消除支撐件對(duì)電場(chǎng)的影響，在不影響電流情況可將界位控制提高5%，增加水停留時(shí)間，改善排水發(fā)黑情況。改造前后兩種結(jié)構(gòu)對(duì)圖如圖2：

圖2 一級(jí)電脫鹽電極板構(gòu)造

3.2 改變一級(jí)電脫鹽罐配套電源系統(tǒng)

將原有一級(jí)電脫鹽罐的100%全阻抗電源改造成智能響應(yīng)控制電源，變壓器電壓由6000V改為380V，增上PLC控制系統(tǒng)。取消了內(nèi)置在變壓器內(nèi)的100%電抗器，降低了損耗在電抗器上的電壓，減少了無(wú)用功消耗。智能響應(yīng)電源通過(guò)調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角來(lái)達(dá)到調(diào)壓的目的。在人機(jī)界面上可以設(shè)定變壓器的運(yùn)行模式及運(yùn)行電壓，運(yùn)行模式有恒壓模式和調(diào)壓模式，恒壓模式就是變壓器在某個(gè)恒定的電壓下運(yùn)行，調(diào)壓模式就是變壓器的運(yùn)行電壓在有規(guī)律的變化。一旦運(yùn)行模式及電壓設(shè)定好后，智能響應(yīng)電源將按照設(shè)定好的程序運(yùn)行。運(yùn)行電流電壓通過(guò)變送器反饋到PLC及可控硅控制器進(jìn)行閉環(huán)控制，以保證智能響應(yīng)電源嚴(yán)格按照設(shè)定的參數(shù)運(yùn)行。

通過(guò)圖3可以看出，全阻抗變壓器隨著電流的升高，變壓器輸出電壓在降低，當(dāng)電流達(dá)到額定電流時(shí)，電壓已經(jīng)降到接近零了；智能響應(yīng)變壓器，隨著電流的升高電壓也在降低，當(dāng)降低的幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于全阻抗變壓器，在電流達(dá)到額定電流時(shí)，電壓僅僅降低了30%。我們需要在大電流時(shí)場(chǎng)強(qiáng)保持一定的強(qiáng)度，提高破乳、聚集的能力。在全阻抗電源運(yùn)行電流大時(shí)，由于變壓器實(shí)際輸入到罐內(nèi)的電壓很低，其有效場(chǎng)強(qiáng)很低，如果使用智能響應(yīng)電源，在達(dá)到同樣有效場(chǎng)強(qiáng)時(shí)的運(yùn)行電流會(huì)很低，有效的降低了電脫鹽的能耗。

圖3 全阻抗電源與智能響應(yīng)電源變壓器輸出伏安特曲線圖

4 改造后效果評(píng)價(jià)

4.1 改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比（參見(jiàn)表1）

實(shí)施后一級(jí)電脫鹽罐運(yùn)行工況有明顯改善，具體表現(xiàn)如下：

（1）電脫鹽罐電流不再報(bào)警，且離額定電流有較大空間，操作彈性大；

（2）電耗有明顯降低，平均每天節(jié)約電耗約4833.3kW·h/d；

（3）脫后原油鹽含量及脫后含水量明顯下降，其中脫后含鹽降低54%，脫后含水降低68.8%。

表1

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)工業(yè)用電0.68 元/kW·h 計(jì)算，每年可以節(jié)約（5100-267）*365*0.68=120萬(wàn)元。

4.3 社會(huì)效益

該技術(shù)采樣智能響應(yīng)控制電源，提高電脫鹽抗干擾能力，使電脫鹽罐電流控制更加平穩(wěn)，操作彈性更大。大大降低操作員勞動(dòng)強(qiáng)度。

脫后含鹽改造后較改造前降低1.29mg/L，折合每年從原油中多脫除16.83t鹽。原油中的鹽在加熱條件下會(huì)水解產(chǎn)生大量硫化氫、氯化氫等腐蝕介質(zhì)，對(duì)裝置腐蝕產(chǎn)生嚴(yán)重危害。鹽含量高會(huì)加重?fù)Q熱器中的結(jié)垢，影響裝置換熱終溫。脫除鹽可節(jié)省因設(shè)備腐蝕、結(jié)垢、爐管結(jié)焦等產(chǎn)生的大量費(fèi)用。