長江三星電脫鹽成套設備在常減壓中的應用

沈筱彥，董廣超

長江三星電脫鹽成套設備在常減壓中的應用

沈筱彥，董廣超

（浙江石油化工有限公司， 浙江 舟山 316000）

結合電脫鹽設備結構和電脫鹽工藝流程兩個方面介紹了大型工業化脫鹽脫水工藝，并分析了其運行效果。結果表明：長江三星電脫鹽成套設備脫鹽脫水效果較好，基本上達到了脫后原油鹽含量低于3 mg·L-1、脫后原油水含量低于0.2%、電脫鹽切水含油量低于200 mg·L-1、切水化學需氧量低于1 000 mg·L-1的技術要求。現場實踐發現，電脫鹽效果還與操作溫度、操作壓力、電脫鹽注水、混合強度、電場強度、破乳劑和原油停留時間等因素有關，電脫鹽操作參數可從這些角度進一步優化。

脫鹽； 石油； 常減壓； 蒸餾； 腐蝕

原油電脫鹽不僅僅是一種單純的防腐手段，伴隨著脫鹽、脫水和脫金屬技術的日益成熟，它已變成為下游裝置提供優質原料所必不可少的原油預處理工藝，是煉油廠節能降耗、減輕設備結垢和腐蝕、防止催化劑中毒、減少催化劑消耗、延長裝置運行周期的重要過程[1-2]。

目前國內煉油廠應用的電脫鹽技術主要是高速電脫鹽和高效交直流電脫鹽兩種。近幾年，高速電脫鹽技術由于罐體積小、造價成本低且脫鹽效率高而得到了廣泛的應用。但是，高硫高酸等重質原油比例越來越大，且煉制的原油品種更換頻繁，給高速電脫鹽裝置帶來很大的沖擊。尤其對于采用多裝置熱聯合設計的煉化一體化單位，中間產品全部熱出料直接進入下游相關裝置，原油電脫鹽裝置一旦出現波動，直接影響下游裝置的生產穩定性。所以，在近期新建或改造的電脫鹽罐仍選用傳統的交直流電脫鹽技術。

浙江石油化工有限公司2#1 000萬t·a-1常減壓蒸餾新建裝置選用長江三星能源科技股份有限公司生產的兩級低速高效交直流電脫鹽成套設備[3]，保證了脫鹽效果穩定，脫后含鹽小于3 mg·L-1。

1 長江三星電脫鹽設備介紹

1.1 電脫鹽罐

電脫鹽罐作為原油脫鹽脫水的重要設備，其大小決定了原油在強電場、弱電場的停留時間及含鹽污水在罐內停留時間，對脫后原油含鹽含水及排水帶油影響很大。

浙江石油化工有限公司2#1 000萬t·a-1常減壓蒸餾裝置電脫鹽罐采用高效低耗臥式電脫鹽罐，采用管式原油分布器從罐下方進料，罐體選用Q345R材質，罐體壁厚46 mm，規格Φ5 600×37 500 mm，罐體容積970 m3，罐體重量約為310 t，內件重量約為10 t。罐體采用三鞍座，中間固定兩頭滑動。

長江三星電脫鹽成套設備的主體組成是電脫鹽罐，配備防爆電壓器、電極板及絕緣吊掛、高效混合設備、界位控制儀、原油分布器及反沖洗系統。

1.2 防爆變壓器

電脫鹽變壓器的作用就是在電脫鹽罐內設置一個電場[4]，當原油經過這個電場時，帶電分子定向移動達到油水分離的目的。本裝置單個電脫鹽罐設置3個變壓器，變壓器輸出電壓設置了5個檔位：13、16、19、22、25 kV，為避免發生過載跳閘現象，操作時電流應小于其額定值。

1.3 電極板及絕緣吊掛

交直流雙電場軸向有8根平行的電極主梁，兩對正極梁，兩對負極梁，在容器軸線方向依次排列正負相間的垂掛式變極距電極板。

利用高壓變壓器把普通交流電源提高至13~25 kV，兩個平行電極板需要和兩個反向布置的半波整流器分別建立連接，后者同時連接在高壓變壓器二次繞組線圈的一端，平行電極板由交流半波輸送電能，所以會產生高壓直流強電場。由于電壓能交替變化出現在正、負極板中，導致極板下端端板、油水界面兩者形成交變弱電場[5]，而在強電場和弱電場中間分布著直流中電場。電脫鹽罐側視圖及強弱電場分布如圖1所示。

圖1 電脫鹽罐側視圖

在直流電場和交流電場共存的環境中，水顆粒受力能夠產生雙重作用，一方面可以保證有效地脫鹽脫水，另一方面可以提升對油包水型乳化液內含水量的處理能力，同時因為電極板、罐體兩者間有交流電場，所以能夠避免罐體受到電化學侵蝕[6]。

絕緣吊掛[7]是將電極板懸掛于電脫鹽罐內的重要部件，要求有良好的絕緣性能，安裝時要保持垂直，使其只承受垂直方向的拉力，嚴禁受扭力和彎應力。絕緣吊掛選用優質絕緣級聚四氟乙烯材料。

1.4 高效混合設備

長江三星電脫鹽成套設備采用靜態混合器和混合閥串聯使用，混合閥采用遼寧科達特特種閥門有限公司DN550ZJHM-50雙模頭氣動調節閥。油水先經過靜態混合器初步混合后通過混合閥閥芯的剪切作用，進一步將洗滌水均勻地分散于油中，使原油中的固體鹽和鹽水滴得到充分溶解。該設備具有混合壓降小，混合強度可靈活調節等優點。

1.5 界位控制儀

對界面控制儀的選擇是影響電脫鹽罐內油水界面控制的一個重要因素，油水界位低容易造成切水帶油，但若油水界位高容易造成電極板短路。因此，必須控制平穩合適的油水界位。本裝置電脫鹽系統采用天津市耐特測控儀器有限公司508系列射頻導納物位計。射頻導納技術采用了三端Cote-Shield技術，將阻抗和容抗綜合在一起，提高了測量油水界面的精度和可靠性，不受附著物、傳感器結垢、溫度、密度變化的影響，克服了單純電容測量法因掛料引起的測量誤差和能量補償。

2 長江三星電脫鹽工藝介紹

浙江石油化工有限公司2#1 000萬t·a-1常減壓蒸餾裝置采用兩級串聯交直流電脫鹽技術，原油經過脫前換熱流程后在混合器前注水、注破乳劑，通過混合器和混合閥形成油水乳化液分別進入電脫鹽A罐和B罐，在高壓電場和重力作用下，實現油水分離，保證脫后原油含水量≤0.2%，含鹽量≤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 電脫鹽基本原理

在電脫鹽工藝中，是依靠加入的新鮮水對原油進行洗滌，使原油中的鹽分溶解到新鮮水中，然后在電場的作用下實現油水分離。原油和水之間是互不相容的，油水分離的推動力便是油水密度差，這也是重油中的水分和鹽分更難脫除的主要原因，水從原油中沉降速度可通過STOCKS公式計算。

而在實際操作過程中，原油中的水和油往往會形成乳化液，在重力沉降之前必須要進行破乳，高壓電場就是破除乳化液最有效的手段之一。原油乳化液通過電場時，水滴中的正負電荷受電場力作用而重新分布。水滴本身是電中性的，但在電場力的作用下形成偶極，并沿電場線方向重新排列，從而改變或破壞乳化液的穩定狀態，增加了水滴的聚積幾率，促進了水滴的接觸、聚結和沉降[8]。

2.2 電脫鹽工藝流程

電脫鹽工藝流程簡圖如圖2所示，主要分為原油電脫鹽、切注水系統、反沖洗系統和注劑流程。原油經過脫前換熱流程溫度上升到110~145 ℃后進入電脫鹽系統，在混合器前注水、注破乳劑，通過混合器和混合閥充分混合后進入電脫鹽A罐進行脫鹽脫水，一次脫鹽脫水后再在混合器前注水、注破乳劑后進入B罐，在高壓電場和重力作用下，實現油水分離。

圖2 電脫鹽工藝流程簡圖

電脫鹽注水量一般為原油加工量的3%~8%，通過P-0301AB可實現電脫鹽A罐和B罐單注單切，但為了減小水的消耗量，一般采用二級注新鮮水、二級切水回注一級流程。

在正常運行一段時間后，原油中攜帶的砂粒、黏土、鉆井泥漿及鐵銹等不溶物質在水和破乳劑的作用下沉積在電脫鹽罐底部，若不及時處理，不斷沉積的固體物質會抬高油水界位，若界位達到高壓電場區會引起電極板短路或擊穿、切水帶油等問題，影響電脫鹽的平穩運行，所以必須定期對電脫鹽罐進行反沖洗[9]。長江三星電脫鹽成套設備設置了單獨的電脫鹽反沖洗流程，A罐和B罐均可進行單獨在線反沖洗操作。

2.3 原油性質

浙江石油化工有限公司2#1 000萬t·a-1常減壓蒸餾裝置目前所煉原油性質如表1所示。

表1 原油一般性質

2.4 操作參數

浙江石油化工有限公司2#1 000萬t·a-1常減壓蒸餾裝置電脫鹽系統操作參數如表2所示。

表2 電脫鹽主要工藝操作條件

在目前電脫鹽工藝操作條件下，脫鹽脫水效果較好，基本上達到了脫后原油鹽含量低于3 mg·L-1、脫后原油水含量低于0.2%、電脫鹽切水含油量低于200 mg·L-1、切水化學需氧量（COD）低于1 000 mg·L-1的技術要求。

3 電脫鹽操作參數優化調整

由于本裝置為新開工裝置，電脫鹽系統的各種操作參數還可進一步優化，若要處理高含鹽量原油或者執行更加嚴格的脫鹽、脫水和環保指標，可以從以下幾個方面調整參數以達到更佳的脫鹽效果。

3.1 混合強度

混合強度是指油、水、破乳劑在混合閥和混合器內的混合程度，這是由于原油通過混合閥和混合器時產生的壓力降造成的，混合強度不足會造成油水混合不充分。如果混合強度不足而影響脫鹽率，就必須增加混合閥的壓力降。但是混合強度并非越大越好，混合強度過大油水會產生一種穩定的乳化液，增加了在電場中的破乳難度。如果電脫鹽罐的電壓低和脫鹽后原油含水量過大則可能是混合強度過大，理論上壓力降應小于70 kPa。

3.2 電脫鹽操作溫度

操作溫度是影響原油脫鹽脫水效果最關鍵的因素。由STOCKS公式可知，溫度過低會增加原油的黏度和水滴的沉降時間，油水分離推動力減小，從而降低脫鹽效率。提高電脫鹽操作溫度可以加快分子的布朗運動，增加水分子的碰撞機會，加速油水乳化膜的破壞從而加快水分子的聚結。但若電脫鹽操作溫度過高，高壓電引入棒內有冷凝水會發生擊穿現象，絕緣吊掛也會因絕緣層發生塑性變形而損壞。電脫鹽罐內操作溫度一般不超過145 ℃。

3.3 電脫鹽操作壓力

電脫鹽罐的操作壓力一般比油水混合物蒸氣壓高0.14 MPa左右，對脫鹽效率沒有直接的影響。若操作壓力過低，原油中的輕組分蒸發、氣化，在罐內產生氣體，會使電極區出現電弧，影響脫鹽效率[10]。

3.4 電脫鹽注水

在原油進入電脫鹽系統前注入一定量的新鮮水，可以促進油水乳化液中水滴聚結，并稀釋原油中鹽水滴，溶解固體鹽顆粒，從而降低原油中的鹽含量。但是注水量過多既增加了水的消耗量和污水處理量，又容易產生電擊穿跳閘現象，減少電脫鹽設備的使用壽命。電脫鹽注水一般會與切水進行熱交換回收切水中的能量，同時減少電脫鹽操作溫度的損失，注水溫度越接近原油溫度，越易使油水充分混合，不易乳化。

3.5 電場強度

水滴在電場中的泳動速度同電場強度和分子本身所帶的凈電荷量成正比，電場強度越強，水滴的聚結速度越快，越有利于水滴從原油中分離。長江三星電脫鹽成套設備變壓器輸出電壓設置了5個檔位，實際操作過程中可根據原油的性質、水含量的多少來選擇合適的變壓器檔位。

3.6 破乳劑

破乳劑的注入位置、注入量和種類都會影響原油乳狀液的破乳效果[11]。本裝置破乳劑注入位置有3處可供選擇，分為是原油進裝置閥組、電脫鹽A罐混合器前和電脫鹽B罐混合器前。由于破乳劑專一性很強，很難尋求到高效廣譜的破乳劑以適應多種類型的原油，需要對破乳劑的種類進行篩選，并通過實驗來確定破乳劑的用量。本裝置目前使用Dorf Ketal SR 1149破乳劑，若今后所煉原油性質發生比較大的變化則需考慮更換破乳劑種類，或采用兩種或多種破乳劑進行復配，或者添加增效助劑以提高原油的脫鹽效率[12]。

4 結束語

浙江石油化工有限公司2#1 000萬t·a-1常減壓蒸餾裝置新開工運行半年多，脫后原油鹽含量、水含量以及電脫鹽切水含油量、化學需氧量指標均表明長江三星電脫鹽成套設備選型合適，系統運行平穩，達到了設計預期值。然而，目前電脫鹽操作參數還可進一步優化。影響電脫鹽系統脫鹽效率的因素有很多，任何一個因素考慮不周或調節不當都會影響脫后原油指標以及環保指標。因此，必須從整體出發，結合電脫鹽罐的內部構造、脫鹽原理和脫鹽工藝將各個環節考慮周全，使整個電脫鹽系統發揮最大效能。

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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

沈筱彥（1992-），女，助理工程師，碩士，浙江省平湖市人，2017年畢業于東北石油大學化學工程與技術，現從事煉油化工技術工作。

TE966

A

1004-0935（2020）07-0881-04