油氣集輸概論第五章 原油凈化

1、第五章第五章 原油凈化原油凈化 原油乳狀液 原油脫水的基本方法 化學(xué)破乳劑脫水 重力沉降脫水 利用離心力脫水 利用親水固體表面使乳化水粗粒化脫水 電脫水原油凈化的目的油井產(chǎn)物：原油、天然氣、水、鹽、泥砂等。其危害為：水增大了油井采出液的體積流量，降低了設(shè)備和管道的有效利用率； 增大了管道輸送中的動(dòng)力和熱力消耗；引起金屬管道和設(shè)備的結(jié)垢與腐蝕； 對煉油加工過程產(chǎn)生影響。第一節(jié) 原油乳狀液原油中水的種類：游離水：常溫下短時(shí)間內(nèi)沉降分離乳化水：很難用沉降法分出。乳化水與原油的混合物稱油水乳狀液或原油乳狀液。一、原油乳狀液的類型乳狀液：兩種（或兩種以上）不互溶（或微量 互溶）的液體，其中一種以極小的液

2、 滴分散于另一種液體中，這種分散物 系稱為乳狀液?！坝桶腿闋钜篧/O”：水以極微小顆粒分散在原油中，水是分散相（內(nèi)相），油是連續(xù)相（外相） ?！八托腿闋钜篛/W”：油以極小顆粒分散在水中，油是內(nèi)相、水是外相。二、形成穩(wěn)定乳狀液的必要條件系統(tǒng)中必須存在兩種以上互不相容（或微量互溶）的液體；要有強(qiáng)烈的攪動(dòng)，使一種液體破碎成微小的液滴分散于另一種液體中；要有乳化劑存在，使微小液滴能穩(wěn)定地存在于另一種液體中。原油乳狀液的生成： 原油中含水 含有天然的乳化劑 瀝青質(zhì)，膠質(zhì)，環(huán)烷酸，脂肪酸，氮 和硫的有機(jī)物，石蠟，粘土，石粒等。 親油憎水，一般生成w/o型原油乳狀液。 流動(dòng)時(shí)析出的氣體及管件、設(shè)備

3、的攪動(dòng)三、原油乳狀液的性質(zhì)分散度：分散相在連續(xù)相中的分散程度， 用內(nèi)相顆粒平均直徑的倒數(shù)表示。粘度：原油粘度越大，乳狀液粘度愈大； 與含水率有復(fù)雜的關(guān)系。密度：原油含水含鹽后，密度顯著增大電學(xué)性質(zhì)：電導(dǎo)率隨溫度的升高而增大 介電系數(shù)：水80，油2穩(wěn)定性和老化 穩(wěn)定性：乳狀液不被破壞，抗油水分層 的能力。 老化：原油乳狀液隨時(shí)間的推移變得逐 漸穩(wěn)定的性質(zhì)。 影響因素： 分散度越高和原油粘度越大，穩(wěn)定性好 乳化劑的類型和保護(hù)膜的性質(zhì)：第一類，低分子有機(jī)物，脂肪酸、環(huán)烷酸、低分子膠質(zhì)，界面保護(hù)膜強(qiáng)度低，穩(wěn)定性低。三、原油乳狀液的性質(zhì)穩(wěn)定性和老化的影響因素續(xù) 第二類，高分子有機(jī)物，如瀝青、瀝青質(zhì)等，凝

4、膠狀界面膜，第三類，粘土、砂粒、高熔點(diǎn)石蠟（C7080）固體乳化劑，機(jī)械強(qiáng)度高，乳狀液穩(wěn)定性好。 內(nèi)相顆粒表面帶電 溫度，溫度增高，穩(wěn)定性下降 水的PH值，PH值增加，穩(wěn)定性變差 時(shí)間，隨時(shí)間推移變得更穩(wěn)定第二節(jié) 原油脫水的基本方法脫除游離水和乳化水，主要解決脫乳化水問題。乳狀液的破壞稱破乳。破乳過程：分散水滴相互靠近、碰撞、界面膜破裂、水滴合并、沉降分離。原油脫水方法：注入化學(xué)破乳劑、重力沉降脫水、利用離心力脫水、利用親水固體表面使乳化水粗?；撍㈦娒撍?。一、原油熱化學(xué)脫水將含水原油加熱到一定溫度，并在原油中加入適量的破乳劑。目的：改變油水界面張力和乳狀液類型，破壞乳狀液穩(wěn)定性，達(dá)到油水

5、分離的目的。1、破乳劑的分類和篩選按分子結(jié)構(gòu)：離子型和非離子型離子型：溶于水時(shí)能電離形成離子非離子型：在水溶液中不能電離。水溶性、油溶性和部分溶于油的混合溶性三類。針對性強(qiáng)，使用時(shí)必須進(jìn)行篩選。2、熱化學(xué)脫水流程必須有破乳劑加入地點(diǎn)和油水分離容器。二、重力沉降脫水氣油比較大時(shí)，在油氣水三相分離器中進(jìn)行；氣油比較小或基本不含氣時(shí)，在沉降罐中進(jìn)行脫水。1、沉降罐的結(jié)構(gòu)和工作原理1、沉降罐的結(jié)構(gòu)和工作原理沉降罐的工作過程 a.油水混合物由入口管經(jīng)配液管流入沉 降罐底部的水層內(nèi)。 b.水洗 油水混合物向上通過水層時(shí)，由于水的表面張力較大，原油中的游離水、破乳后粒徑較大的水滴、鹽類和親水固體雜質(zhì)并入水層

6、。 水洗過程至油水界面處終止。 c.沉降 由于部分水從原油中分出，導(dǎo)致原油從油水界面處沿罐截面向上流動(dòng)的速度減慢，為原油中較小粒徑水滴的沉降創(chuàng)造了有利條件。 經(jīng)沉降分離后的原油由中心集油槽和原油排出管流出沉降罐。污水經(jīng)虹吸管由排水管排出。2、沉降罐工作效率的衡量標(biāo)準(zhǔn)及影響因素沉降時(shí)間 油水混合物在罐內(nèi)的停留時(shí)間，表示沉降罐處理油水混合物的能力；操作溫度原油中剩余含水率脫除水中含油率 三、利用離心力脫水重力沉降法脫水，含水原油在罐內(nèi)的停留時(shí)間長。設(shè)備為離心脫水機(jī)。離心機(jī)的脫水速度遠(yuǎn)高于重力沉降脫水。應(yīng)用情況：我國僅用離心法測定原油含水率；西方國家有用于原油脫水或污水除油。四、利用親水固體表面使乳

7、化水粗?；撍撍恚豪糜退畬腆w物質(zhì)親合狀 況不同來實(shí)現(xiàn)油水分離固體物質(zhì)的性質(zhì)： 1、良好的潤濕性； 2、能長期使用，對油水不發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)，對油水性質(zhì)無有害影響； 3、貨源充足，價(jià)格低廉。原油粗粒化脫水一般不作為獨(dú)立的脫水 工藝，常與其他方法配合使用。 五、原油電脫水 對許多原油，特別是重質(zhì)、高粘原油，用其它的脫水方法尚不能達(dá)到商品原油的含水率的要求，常使用電脫水法。電脫水常作為原油乳狀液脫水工藝的最后環(huán)節(jié)。1、電脫水機(jī)理將原油置于高壓直流或交流電場中，由于電場對水滴的作用，削弱了水滴界面膜的強(qiáng)度，促進(jìn)水滴的碰撞，使水滴聚結(jié)成粒徑較大的水滴，在原油中沉降分離出來。聚結(jié)方式：電泳聚結(jié)、偶

8、極聚結(jié)、震蕩聚結(jié)。（1）電泳聚結(jié)把原油乳狀液置于通電的兩個(gè)平行電極中，水滴將向同自身所帶電荷極性相反的電極運(yùn)動(dòng)，即帶負(fù)電荷的水滴向正電極運(yùn)動(dòng)，帶正電荷的水滴向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電泳。電泳過程中，水滴受原油的阻力產(chǎn)生拉長變形，削弱了界面膜的機(jī)械強(qiáng)度。水滴的大小不等、帶電量不同，運(yùn)動(dòng)速度也不同。水滴會(huì)發(fā)生碰撞。削弱的界面膜破裂，水滴合并、增大，沉降。（）電泳聚結(jié)未發(fā)生碰撞合并或碰撞合并后還不足以沉降的水滴將運(yùn)動(dòng)之與水滴極性相反的電極區(qū)附近。水滴在電極區(qū)附近聚集，增加了碰撞合并的幾率，使原油中大量小水滴主要在電極區(qū)附近析出。電泳過程中水滴的碰撞、合并稱為電泳聚結(jié)。（2）偶極聚結(jié)高壓直流或交流電場

9、中，水滴受電場的極化和靜電感應(yīng)，兩端帶上不同極性的電荷，形成誘導(dǎo)偶極。水滴兩端同時(shí)受正負(fù)電極的吸引，水滴上作用的合力為零，水滴拉長變形，界面膜機(jī)械強(qiáng)度降低，兩端強(qiáng)度最弱。多個(gè)水滴形成水鏈，正負(fù)偶極相互吸引，水滴相互碰撞，合并成大水滴，從原油中沉降分離。（）偶極聚結(jié)偶極聚結(jié)在整個(gè)電場中進(jìn)行。（）偶極聚結(jié)聚結(jié)力大小直接影響脫水效果。聚結(jié)力與水滴半徑的平方成正比；與(a/l)4成正比，（a/l）取決與含水率大小。 原油含水率小于0.1時(shí)，水滴中心距l(xiāng)是水滴直徑 8倍以上，偶極聚結(jié)將不起作用。 與電場強(qiáng)度E2成正比。 電場強(qiáng)度過高，橢球形水滴兩端受電場拉力過大， 一個(gè)小水滴拉斷成兩個(gè)小水滴，產(chǎn)生“電分

10、散”。 4226laaKEF（3）振蕩聚結(jié)水滴中常帶有酸、堿、鹽的各種離子交流電場中電場方向不斷改變，水滴內(nèi)的各種正負(fù)離子不斷做周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使水滴兩端的電荷極性發(fā)生相應(yīng)變化，界面膜受到?jīng)_擊，強(qiáng)度降低甚至破裂，水滴聚結(jié)沉降。這一過程稱振蕩聚結(jié)。水滴愈大，離子對界面膜的沖擊作用愈大，振蕩聚結(jié)的效果愈好。交流電場中破乳作用在整個(gè)電場范圍內(nèi)進(jìn)行，直流電場中破乳主要在電極區(qū)附近進(jìn)行。交流電場內(nèi)水滴以偶極聚結(jié)、震蕩聚結(jié)為主；直流電場內(nèi)水滴以電泳聚結(jié)為主，偶極聚結(jié)為輔。電法脫水只適宜于油包水型乳狀液。 原油的導(dǎo)電率很小，乳狀液通過極間空間時(shí)，電極間電流很小，能建立起脫水所需的電場強(qiáng)度。 水包油型乳狀液通

11、過極間空間時(shí)，由于 帶有酸堿鹽等離子的水是良導(dǎo)體，導(dǎo)致 極間電壓下降，電流猛增，產(chǎn)生電擊穿現(xiàn)象。含水率較高的油包水型乳狀液，電法脫 水也易產(chǎn)生電擊穿現(xiàn)象。一般進(jìn)入電脫 水器的原油含水率低于30。 2、交直流電場脫水與雙電場脫水交直流電場脫水效果對比 a.交流電場不宜處理含水率較低的原油乳狀液， 即交流電場脫水后凈化油含水率高，約為直 流的35倍； b.交流電壓呈正弦曲線變化，脫水效率較低， 處理量低； c.交流電場中水滴易排成水鏈?zhǔn)闺妶龆搪罚?d.水滴界面膜受到的振蕩力較大，脫出水清澈，水中含油率低； e.電路簡單，無需整流設(shè)備。雙電場脫水 在原油含水率較高的脫水器的中下部建立交流電場，而含水

12、率較低的中上部建立直流電場。 提高凈化原油的質(zhì)量，處理每噸原油的耗電量降為原直流電脫水的1/2以下。3、 原油電脫水器原油電脫水器 電脫水常作為原油乳狀液脫水工藝的最后環(huán)節(jié)，原油電脫水器也成為油田最常用的設(shè)備之一。（一）臥式電脫水器的結(jié)構(gòu)一）臥式電脫水器的結(jié)構(gòu)下圖為我國油田常用的臥式電脫水器的結(jié)構(gòu)示意圖。電脫水器內(nèi)原油脫水過程：含水原油由管進(jìn)入脫水器內(nèi)油水界面下的分配頭（或多孔配液管）。由分配頭流出的含水原油經(jīng)水洗除去游離水后，自下而上沿水平截面均勻地經(jīng)過電場空間。在高壓電場下，從原油中分出的水滴沉降至脫水器底部，經(jīng)放水排空口排出。凈化原油經(jīng)管流出。（二）脫水器的操作和工藝參數(shù)脫水器投產(chǎn)時(shí)，應(yīng)先向脫水器內(nèi)注入凈化原油，通電建立電場后才進(jìn)含水原油，使脫水器轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。脫水器進(jìn)油管線上裝有流量計(jì)，指示脫水器的瞬時(shí)和累計(jì)含水原油處理量。在凈化油出口管線上設(shè)有取樣閥，檢查凈化原油的殘余含水率。脫水器正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)連續(xù)排放原油中脫出的水。排水可以手控，也可由油水界面液位控制 的電磁閥自動(dòng)實(shí)施。排出水可經(jīng)看窗，根據(jù) 排出水的顏色判斷脫水器的運(yùn)行是否正常。脫水器停產(chǎn)檢修時(shí)，應(yīng)切斷電源，排空體內(nèi)液體，并用蒸汽吹掃脫水器內(nèi)殘存的油氣后，方能進(jìn)入器內(nèi)進(jìn)行檢修和清除器底沉積的油泥。脫水器的壓力，應(yīng)高于脫水溫度下含水原油的飽和蒸氣壓0.15