常減壓裝置高速電脫鹽電流突升原因分析與對策研究

陳玲玲 (中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315200)

0 引言

1.5 Mt/a常減壓裝置一級電脫鹽罐采用高速電脫鹽技術，近期頻繁出現其交直流變壓器輸入端電流突升現象。該現象的出現直接影響了高速電脫鹽罐的正常操作，迫使操作人員將該罐的油水界位控制在30%以下并將其注水流程關閉。對高速電脫鹽罐的操作做了上述調整后，雖然使電流突升的現象得到了改善，但也使該罐的脫鹽脫水效果大打折扣，電脫鹽水含油量與COD數值大幅上升。因此為徹底解決高速電脫鹽罐電流突升的問題使其恢復正常工作狀態，現對引起該電脫鹽罐電流突升的原因進行深入分析并研究出相應對策。

1 設備與工作原理介紹

1.5 Mt/a常減壓裝置一級電脫鹽罐采用長江(揚中)電脫鹽設備有限公司高速電脫鹽技術，罐體參數如表1所示。

表1 罐體參數

在罐頂設有一座交直流變壓器，使用高壓電引入棒與罐內設有的四層水平電極板相連接，采用油相進油方式在第二層與第三層、第三層與第四層極板間均設有水平噴油嘴，變壓器工作期間利用單向二級管的導通特性，在極板間形成一個倍壓整流電路，使四層極板間自上而下形成超強、強、弱三種不同強度的直流電場。經過特殊設計的水平噴油嘴使原油呈片狀進入電場，在確保噴出的原油全部經過電場、縮短原油上升時間的同時也最大程度控制原油在電場中的停留時間[1]。乳化液在電場中完成破乳后即離開電場，在一定程度上避免了脫后原油電導率提高給變壓器帶來額外負荷。

2 電流突升原因分析

2.1 原因分析

電脫鹽電流出現劇烈波動原因主要可以歸納為兩個原因：(1)電脫罐內出現大量乳化液并進入電場區；(2)電氣、儀表設備問題。

根據對高速電脫罐的現場檢驗，可以基本排除因電氣、儀表設備異常引起電脫鹽電流出現劇烈波動的可能性。因此造成本次高速電脫鹽罐電流突升原因應為電脫罐內因未知原因形成大量乳化液并進入電場區。要形成乳化液需要具備三個條件：(1)體系內有互不相溶的兩相液體(即油相與水相)；(2)含有乳化劑；(3)人為或自然手段使體系能量得到增加。

2.1.1 裝置加工原油情況

綜合電流變化情況與原油加工情況，可以初步確認裝置是11月15日開始加工PY原油后出現的電流突升現象，因此本次電流突升勢必與裝置此時加工的PY原油有關。

2.1.2 PY原油性質

通過評價數據可以確認PY原油為中質中間基海洋原油，其中膠質與蠟含量較高。原油和水想要形成乳化液的主要要素之一就是要有表面活性物質，而原油中的膠質與石蠟均屬于此類物質，因此PY原油與水增加一定體系能量后，是可以形成乳化液的。

2.1.3 PY原油罐區儲藏條件

表2為對PY儲罐上、中、下、底四個位置原油取樣的鹽含量測試結果，從測試結果中可以明顯看出儲罐下部與底部樣品的出現鹽含量異常增高的現象，這明顯不符合鹽類物質因密度、重力等原因在罐內自然沉降所形成鹽類物質分布。根據該儲罐的清罐周期與取樣位置，判斷出現該異常現象的原因應為罐底部含鹽沉積物質干擾所致。而罐底部鹽類物質含量高，也容易促使PY原油在罐內儲存、沉降過程中出現底部乳化的現象。

表2 鹽含量化驗數據

2.2 高速電脫鹽技術特點

原油在進入電脫鹽罐之前，會被注入一定量的水以減小原油乳化液中液滴的間距，使偶極聚集力增加，提高電脫鹽設備的脫鹽脫水效果，同時因高速電脫鹽技術采用進油方式為油相，為確保噴出的原油全部經過電場，經過特殊設計的水平噴嘴會將原油剪切至呈片狀進入電場，這無疑會使進入電脫鹽罐內的介質獲得比傳統進油方式更多體系能量，也正因為此原本在罐區儲存階段就已經出現乳化PY原油在進入電脫鹽罐內后乳化程度進一步增加。綜上所訴，PY原油本身膠質與石蠟這類天然乳化劑的含量相對較高，加之罐區儲藏環境不佳大量含鹽沉積物質滲入使其出現初步乳化，在注水、特殊進油方式的加持之下乳化程度進一步增加，最終造成PY原油在電脫鹽罐內形成較厚(推斷約800 mm)且穩定的乳化液層并侵入超強電場區使電脫鹽罐出現電流異常現象。

3 乳化液對高速電脫鹽系統的影響

3.1 破壞高速電脫鹽電場作用

電脫鹽罐之所以能夠實現脫鹽脫水的目的，主要依靠的手段之一就是依靠電場對乳化液進行高壓靜電分離，乳化液在電場中發生偶極、電泳、震蕩，促使其中的液滴增大，因乳化液的穩定性隨著作為分散相的液滴尺寸增大而減小，當液滴增大到足以克服乳化液的穩定性時，分散相與分散介質就會發生自燃分離。

高速電脫罐在正常工作時，乳化液在破乳劑作用下穩定性降低再配合注水使液滴半徑增加、間距減小，當乳化液隨原油以片狀形式進入強、弱電場區后，大部分乳化液偶極聚集力作用快速實現破乳，含鹽水在重力作用下開始沉降，小部分乳化液繼續隨原油上升至超強電場區，借助更強的電場梯度完成破乳。

但是當大部分乳化液在強、弱電場區后因某些原因為未能快速實現破乳時，則這部分乳化液也會隨原油上升至超強電場區。進入超強電場區的乳化液量增大導致該電場區內介電常數發生變化電導率大幅度提升，變壓器輸入、輸出端電流開始升高。

此時為防止極板被擊穿穩壓電阻開始動作，大幅降低極板間電壓，極板間電場梯度、偶極聚結力隨之降低，超強電場區的破乳作用被破壞。

3.2 電脫鹽系統電能消耗增加、效率下降

一級電脫鹽罐變壓器輸入端電壓為380 V，正常工作時輸入端平均電流約為40 A左右，此時電脫鹽罐電耗約為1.52 kW·h，當有乳化液侵入超高電場區后，變壓器輸入端電流出現異常，其瞬時電流可高達300 A，此時電脫鹽罐電耗可到達11.4 kW·h，是正常工作時的7.5倍。但是多產生的這部分電耗并未作用于電極板，而僅僅是被為防止電極板被擊穿所設置的穩壓電阻用于自身發熱，因此這部分電耗應屬于的設備額外損失能量。從設備效率的角度分析，變壓器輸出功率大幅上升，而實際作用功下降，此時變壓器效率下降。

3.3 界位計指示異常

現階段對電脫鹽罐油水界位跟蹤與調整主要依靠射頻導納油水界位計與切水調節閥的聯合控制方式來實現，其中射頻導納油水界位計起到關鍵性作用。

射頻導納油水界面計是通過先測量標定物質(一般為新鮮水)的介電常數并設定3～5個標定點，在使用過程中該儀表測量電脫鹽罐內介質的介電常數并與標定物質的介電常數進行對比，最終大致確定罐內油水界位。

當罐內出現大量乳化液時，油水界位開始變得渾濁不清，射頻導納油水界位計無法測量到準確的介電常數用于對比，此時儀表就會出現“假”的界位指示，這會導致操作人員因對罐內界位的誤判，而進行一系列影響電脫鹽脫鹽脫水效果的錯誤操作。

4 乳化液類型判斷

4.1 乳化液分類與特性

乳化液一般由分散相(內相或不連續相)、分散介質(外相或連續相)以及乳化劑(表面活性劑)三部分組成，其中乳化劑絕大部分為帶親水基和親油基的兩親結構表面活性劑。

根據分散相與分散介質的不同可以將乳化液分為油包水即W/O型乳化液和水包油即O/W型乳化液。兩者特性的主要區別在于以下三點：(1)所帶電極不同。W/O型乳化液中乳化劑的親水端與分散相結合而親油端與分散介質結合，受乳化劑兩端帶電性影響，其液滴表面帶正電，而O/W型乳化液正好相反，因此其液滴表面帶負電。(2)所需破乳劑類型不同。針對W/O型乳化液所使用的破乳劑一般為置換型破乳劑，該型破乳劑比乳化劑表面張力更小、表面張力更高，故而可以取代乳化劑形成較為松散易于破話的界面膜[2]。而針對O/W型乳化液所使用的破乳劑一般為電中和型破乳劑，該型破乳劑所攜帶的電荷可以有效中和乳化液中液滴電性，消除液滴間應帶相同電性而產生的互相排斥作用，使液滴之間更容易發生碰撞、吸附。(3)介電常數不同。這最要與乳化液的主要組成成分分散介質的介電常數有關，根據實驗研究確認純原油的介電常數為2.0～2.7，而純水的介電常數為80，因此W/O型乳化液相對于O/W型乳化液介電常數要低的多。(4)穩定促進劑不同。根據乳化液影響乳化液穩定性的因素可知，當分散相增加時分散介質分散程度增加，此時乳化液穩定性增加更加難以破除。W/O型乳化液與O/W型乳化液的分散相分別為油相與水相，因此油相增加W/O型乳化液穩定性增加，水相增加O/W型乳化液穩定性增加。

4.2 乳化液類型確認

在高速電脫鹽電流出現異常進行觀察與調整的過程中發現以下現象：(1)停止注水后電流可逐漸恢復正常；(2)乳化液長時間無法破除；(3)電流升高速度快且幅度大。針對上述現象可得出以下結論：(1)注水對乳化液的形成有一定的穩定促進作用；(2)裝置所使用的置換型破乳劑作用效果差，未能及時破乳。(3)乳化液介電常數較高。

綜上所述，最終確認高速電脫鹽罐內形成的為O/W型乳化液。

5 對策研究

5.1 O/W型乳化液破乳難點

對于O/W型乳化液破乳的破乳難點在于：(1)由于乳化劑類型、分散相、分散性質與W/O型乳化液存在較大差異，傳統置換型破乳劑O/W型乳化液型實現有效破乳，因此需要使用具有針對性破乳劑對其進行破乳；(2)對于W/O型乳化液注水可以有效減低乳化液中的液滴間距，增加液滴碰撞與復合幾率，提高破乳效果，但對于O/W型乳化液注水可能使乳化液中液滴分散程度增加導致該型乳化液的穩定性提高，破乳難度進一步加大；(3)O/W型乳化液中液滴也帶負電，與極板發生同極相斥，迫使含油液滴向罐內水相一側沉降，造成油水“返混”使油水難以正常分離。

5.2 對策

根據全部分析結果結合裝置實際生產情況研究得出以下對策：(1)將破乳劑更換為陽離子型破乳劑。利用陽離子破乳劑與O/W型乳化液中液滴發生的電性中和作用破壞原始界面膜，降低乳化液的分離難度。(2)增加退乳化油流程。在罐體上接近乳化液層位置增加退乳化油流程，將電脫鹽罐無法處理的乳化液從罐中切除；(3)罐區加強清罐。罐區應在考慮到所儲存原油性質的前提下合理安排清罐周期，以確保罐底沉積物不會對罐內原油產生不良影響；(4)增加膜脫鹽單元。6.0 Mt/a常減壓裝置在電脫鹽系統前增加膜脫鹽單元后，進電脫鹽前原油含鹽下降了50%，鹽含量降低可以在一定程度上降低乳化劑的量，因此可以嘗試在1.5 Mt/a常減壓裝置在電脫鹽系統前增加膜脫鹽單元；(5)摻煉。可以通過摻煉的方法降低PY原油中膠質、蠟及時鹽類物質的含量，降低該原油形成乳化液可能性。

6 結語

為解決1.5 Mt/a常減壓裝置高速電脫鹽罐頻繁出現電流突升問題，對引起電流突升原因進行分析，原因是高速電脫鹽罐內形成了難以破除的O/W型乳化液，并侵入罐內超強電場區造成的。采取本文選定的相應對策后解決了相關的問題，設備恢復正常工作狀態。