電脫鹽工作原理

電脫鹽的工作原理勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)E=UAB/d{UAB:AB兩點(diǎn)間的電壓(V),d:AB兩點(diǎn)在場強(qiáng)方向的距離(m)})電場強(qiáng)度E=U/d=4%kQ/sS并且做工W=U*q d正負(fù)極之間的距離原油中的鹽大部分溶于所含水中，故脫鹽脫水是同時進(jìn)行的。為了脫除懸浮在原油中的鹽粒，在原油中注入一定量的新鮮水(注入量一般為5%),充分混合，然后在破乳劑和高壓電場的作用下，使微小水滴逐步聚集成較大水滴，借重力從油中沉降分離，達(dá)到脫鹽脫水的日的，這通常稱為電化學(xué)脫鹽脫水過程。原油乳化液通過高壓電場時，在分散相水滴上形成感應(yīng)電荷，帶有正、負(fù)電荷的水滴在作定向位移時，相互碰撞而合成大水滴，加速沉降。水滴直徑愈大，原油和水的相對密度差愈大，溫度愈高，原油粘度愈小，沉降速度愈快。在這些因素中，水滴直徑和油水相對密度差是關(guān)鍵，當(dāng)水滴直徑小到使其下降速度小于原油上升速度時，水滴就不能下沉，而隨油上浮，達(dá)不到沉降分離的日的。由于受加工原油質(zhì)量變差、種類更換頻繁等因素的影響，導(dǎo)致了電脫鹽裝置脫鹽效率的降低，脫鹽效果變差。通過分析原因，可進(jìn)行調(diào)整工藝操作、改進(jìn)破乳劑的注入位置，提高脫鹽效率。關(guān)鍵詞：電脫鹽脫水原油破乳劑刖言原油蒸餾車間的電脫鹽裝置，主要進(jìn)行原油的電脫鹽脫水，來保證原油的正常加工。但由于所加工的原油質(zhì)量波動很大，致使電脫鹽的操作受到了很大的影響，不僅使脫鹽效率、脫后原油含鹽合格率降低，而且也給設(shè)備的防腐和原油的二次加工帶來了諸多的問題。造成原油質(zhì)量波動的原因可能有以下幾點(diǎn):[1]1） 隨著原油深度開采和油田挖潛增效，回收了大量落地油，進(jìn)來的原油性質(zhì)越來越差，有些原油如庫西油,長慶油其鹽含量高達(dá)300?400mg/l,并含有少量泥沙，乳化水等，這些原油的脫鹽脫水非常困難.2） 所加工的原油在某一時期是以幾種原油的混合方式形成的，因此其所含的成分比較復(fù)雜。3） 有時所加工的原油為長期貯存于罐底的剩余油，由于此種原油中的乳化液形成的時間比較長，從而生成了較為頑固的所謂“老化”乳化液，給破乳帶來了一定的困難。因此，穩(wěn)定原油質(zhì)量是提高脫鹽率的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一.原油性質(zhì)對電脫鹽裝置操作的影響分析由于原油來源緊張，原油質(zhì)量與以往相比波動很大，從而直接影響了電脫鹽裝置的平穩(wěn)操作。通過對蘭州石化煉油廠的調(diào)查進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下圖表。表1原油鹽含量的變化對脫鹽效率及脫后合格率的影響項(xiàng)目庫西原油含鹽量脫鹽率％脫后合格率％80.094.264.056.793.667.258.392.057.491.390.050.5409.985.012.2注：數(shù)據(jù)取自崗位記錄，采用庫侖儀法表2某一時期原油鹽含量的變化情況調(diào)查對象庫西原油調(diào)查項(xiàng)目123456原油鹽含量（mg/l）224.8121.0125.0345.0122.093.5脫后鹽含量（mg/l）11.86.46.515.95.62.3通過對表1,2,及圖1及2的分析可以看出：原油質(zhì)量不斷在變，同時脫鹽后的原油的含鹽量和合格率也在不斷變化，特別是鹽含量很高時，平均高達(dá)300?400毫克/升，脫鹽率和脫后合格率也相應(yīng)的下降了10%和40%。這對生產(chǎn)操作是非常有害的，這是因?yàn)椋蝴}易結(jié)垢從而影響傳熱效率，而且，MgCl2、CaCl2等鹽還容易造成腐蝕，同時，在餾分油中的鹽類還會影響最終產(chǎn)品的品質(zhì)等。二.改善電脫鹽裝置脫鹽效果的途徑基于分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，不妨通過以下的途徑來改善電脫鹽裝置的操作，以此來緩解由于原油質(zhì)量的不穩(wěn)定所帶來的諸多影響。調(diào)整工藝參數(shù)電脫鹽裝置的主要工藝參數(shù)為：操作壓力、操作溫度、電場強(qiáng)度、原油在電場中的停留時間、注水量等［2］。從實(shí)際生產(chǎn)過程來看，原有的操作參數(shù)在適應(yīng)原油性質(zhì)變化大，種類更換頻繁這一生產(chǎn)實(shí)際的過程中充分的暴露出不足。因此可以通過調(diào)整工藝參數(shù)來提高電脫鹽裝置的操作水平。（1） 溫度的調(diào)整如果常減壓裝置加工負(fù)荷還未達(dá)到工藝設(shè)計水平導(dǎo)致了原油經(jīng)換熱管網(wǎng)后進(jìn)入電脫鹽裝置的溫度就會低于正常溫度（110°C左右），此進(jìn)裝置的溫度是比較低的。較高的溫度，可以使原油的粘度降低，減少水滴的運(yùn)動阻力。同時，較高的溫度還有利于油水界面張力的降低，從而使水滴受熱膨脹，乳化膜減弱，有利于破乳和聚結(jié)。另外，溫度還可以通過影響油水密度差、原油粘度而影響水滴的沉降速度，從而影響脫鹽效率。因此，提高原油進(jìn)電脫鹽裝置的溫度是很有利的。（2） 電場強(qiáng)度的調(diào)整電場強(qiáng)度是影響電脫鹽效率的一個主要的工藝參數(shù)。每一種原油都有與其相適應(yīng)的脫鹽電場強(qiáng)度，過高或過低都會使脫鹽率降低。在原油質(zhì)量穩(wěn)定的情況下，19KV的電場強(qiáng)度是可以滿足生產(chǎn)的需要，但是，當(dāng)原油質(zhì)量波動很大時，它的不足就表現(xiàn)的很明顯。北京石化設(shè)計院通過分析研究總結(jié)出脫鹽率、停留時間及電場強(qiáng)度三者間的相互關(guān)系（見圖3）.脫鹽率（％）94T1T:表示停留時間T1:2.25小時92T2T2:1.00小時9015002000電場強(qiáng)度（V/cm）圖3脫鹽率、停留時間、電場強(qiáng)度關(guān)系通過對上圖的分析可以看出：在停留時間一定的條件下，提高電場強(qiáng)度有利于脫鹽率的提高。因此在實(shí)際的生產(chǎn)中可根據(jù)原油鹽含量高這一實(shí)際情況，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)電壓使電場強(qiáng)度增強(qiáng)以此來滿足生產(chǎn)的需要。（3）注水量的調(diào)整在原油脫鹽的過程中，注入一定量的新鮮洗滌水的目的主要是與原油混合，增加水滴的密度使之更易聚結(jié)，同時注水還可以破壞原油乳化液的穩(wěn)定性，對脫鹽有利［3］。下面通過表3具體的說明一下注水量及注水含鹽對脫鹽率的影響。［1］表3注水量及注水含鹽對脫鹽率的影響原油含水（w%）0.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.2脫前原油含鹽（m/L）202020202020202020202020注水量（占原油量％）456456456456注水含鹽（mg/L）000150150150250250250350350350脫水含水0.6(mg/L)2.862.311.943.903.162.804.273.743.384.844.313.95脫鹽率（%）85.788.590.381.584.286.078.681.383.175.778.480.2脫水含水0.4（mg/L）1.911.511.282.472.111.872.852.502.263.232.882.64脫鹽率（%）90.592.393.687.789.590.785.887.588.783.985.986.5脫水含水0.2（mg/L）0.960.770.651.241.060.941.431.251.131.621.441.32脫鹽率（%）95.296.296.893.894.795.392.993.894.491.292.893.4通過表3可以發(fā)現(xiàn)：在原油含水及脫前原油含鹽量一定的條件下，注水量由4%提高到6%,其脫后含鹽量降低，脫鹽率提高。在原油含水、脫前原油含鹽量及注水量一定的條件下，注水含鹽量增加（由0毫克/升增至350毫克/升），導(dǎo)致脫鹽率降低（由90.3%降至80.1%）因此，在實(shí)際的操作中，可以根據(jù)生產(chǎn)的需要將新鮮脫鹽水的注入量適當(dāng)提高，于此同時還應(yīng)考慮注水的鹽含量，后者往往在生產(chǎn)中容易被忽視。表4調(diào)整前后原油性質(zhì)、脫鹽率及脫后合格率的情況調(diào)查原油種類項(xiàng)目原油鹽毫克/升脫鹽率%合格率%庫西原油1409.985.0調(diào)整前：122332.493.9吐哈原油3158.589.0493.092.1調(diào)整后：33長慶原油5137.086.4126.195.0備注：鹽含量采用庫侖儀法測定由表4看出，經(jīng)對工藝參數(shù)的調(diào)整，三種原油在原油質(zhì)量好轉(zhuǎn)不大的情況下，其脫鹽率和脫后合格率均有所上升，從而緩解了因原油質(zhì)量變差給電脫鹽裝置帶來的諸多問題但是，值得說明的是：脫后合格率雖有所提高（上升了21%），但仍顯過低，待今后進(jìn)一步完善提高。破乳效果的調(diào)整在裝置正常運(yùn)行的情況下，電脫鹽的效果好壞除受工藝參數(shù)的影響外,還直接受破乳效果的影響.破乳效果不夠理想主要表現(xiàn)為原油二級脫后含水量高導(dǎo)致鹽含量偏高。這主要是因?yàn)橐患壝擕}罐主要脫除了懸浮于原油中的鹽（大部分）及部分存在于油包水型乳化液中的原油鹽。二級脫鹽罐主要脫除的存在于乳化液中的原油鹽，由于破乳效果不好，二級脫后水份含量高，從而導(dǎo)致了原油鹽脫不下來。造成破乳效果不理想的原因主要有兩方面：（1）破乳劑的影響破乳劑的影響關(guān)鍵在于使用的破乳劑的型號與所加工的原油不匹配。同時破乳劑的影響還表現(xiàn)在其很難適應(yīng)原油種類更換頻繁、質(zhì)量差的生產(chǎn)實(shí)際［4］。因此，針對上述情況，不妨考慮采取以下的方法：（1） 重新對原油進(jìn)行破乳劑的評價。（2） 不妨將兩種或兩種以上的破乳劑或采用幾種破乳劑以一定的比例混合構(gòu)成一種新的破乳劑（混合型破乳劑），其破乳脫水效果可能高于任何一種單獨(dú)使用時的效果，此種現(xiàn)象稱為破乳劑的協(xié)同效應(yīng)。（2）破乳劑注入流程的影響破乳劑注入流程對脫鹽效果的好壞也有一定的影響。目前電脫鹽裝置的破乳劑注入流程如圖4所示：圖4破乳劑注入流程通過上圖所示可以看出：由于破乳劑注入流程比較短、注入點(diǎn)少，因此不利于破乳劑與原油的充分混合，更無法使破乳劑均勻的分散到原油中，不能到達(dá)水滴表面，很難起到很好的破乳效果。因此，不妨將目前的破乳劑的注入流程進(jìn)行一下改進(jìn)使之趨于合理。辦法為：將以往的破乳劑與水一同注入原油中的方式改為破乳劑在注水前注入原油中，注入點(diǎn)由原來的B-116和B-1211的入口處改在B-211/1,2,3,4的入口處。這樣的改動可以使原油與破乳劑能通過原油泵和換熱管網(wǎng)這一路途進(jìn)行充分的混合，可以達(dá)到比目前要好的破乳效果。另外一種提高破乳效果的方法是：將目前一個注入點(diǎn)增加為兩個或三個，中石化遼陽石油化纖公司煉油廠將其電脫鹽裝置的注入點(diǎn)由一個增加為三個，脫鹽率由35%上升至78%，取得了較好的效果。結(jié)論1） 提高原油進(jìn)電脫鹽裝置的溫度是很有利的.2） 適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)電壓使電場強(qiáng)度增強(qiáng)可滿足生產(chǎn)的需要。3） 在原油含水、脫前原油含鹽量及注水量一定的條件下，注水含鹽量增加（由0毫克/升增至350毫克/升），導(dǎo)致脫鹽率降低（由90.3%降至80.1%）4） 破乳劑位置的改變可以提高脫鹽效率。電脫鹽工藝、設(shè)備的優(yōu)化調(diào)整與升級改造為應(yīng)對原油劣質(zhì)化的總體趨勢，電脫鹽系統(tǒng)自身工藝流程也需要作出必要的優(yōu)化調(diào)整，比如原油換熱工藝網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化、注水工藝的調(diào)整、脫鹽罐內(nèi)電場結(jié)構(gòu)布局的優(yōu)化、反沖洗位置和排水流程的調(diào)整、混合閥的升級等等。為從根本上解決問題，要求今后新增的電脫鹽裝置在設(shè)計階段就充分考慮原油重質(zhì)化趨勢的實(shí)情，在電脫鹽工藝的設(shè)計上作出必要的優(yōu)化調(diào)整。3.1工藝流程的改造根據(jù)上文的論述，原油電脫鹽工藝需要進(jìn)行以下幾方面的優(yōu)化調(diào)整:一是電脫鹽工藝流程上要能實(shí)現(xiàn)根據(jù)裝置加工負(fù)荷、原油性質(zhì)變化而在“并聯(lián)工藝”與“串聯(lián)工藝”之間進(jìn)行自由調(diào)整。比如，在負(fù)荷較低的情況下，根據(jù)本裝置實(shí)際情況在局部改并聯(lián)操作為串聯(lián)操作（如一級兩脫鹽罐由并聯(lián)改串聯(lián)等等），如此可相應(yīng)改善脫鹽效果，并提高裝置的操作彈性。二是常減壓裝置工藝換熱網(wǎng)絡(luò)要進(jìn)行整體上的優(yōu)化調(diào)整，日標(biāo)是確保原油各級電脫鹽溫度能夠達(dá)到加工重質(zhì)原油的要求，這其中還包括換熱工藝需要對各級注水的水溫有所保證。三是注水位置、注破乳劑位置、反沖洗位置的優(yōu)化調(diào)整。實(shí)踐證明，注水、注破乳劑位置的不同對整個電脫鹽裝置的脫鹽效果、操作穩(wěn)定性有微妙的影響，電脫鹽注水最好采用逐級回注的模式，同時注意根據(jù)原油性質(zhì)的變化，以及所選用的油溶性或水溶性等不同的破乳劑類型對破乳劑注入位置進(jìn)行必要的優(yōu)化調(diào)整。另外為了確保電脫鹽罐的反沖洗效果，防止因反沖洗引起油水界面的波動，最好是增加獨(dú)立的反沖洗系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)用脫鹽切水進(jìn)行反沖洗操作。四是在原油進(jìn)電脫鹽罐前增設(shè)熱沉降罐，這樣可以有效地將原油中的部分雜質(zhì)甚至泥沙有效地沉降下來，相當(dāng)于增加原油的沉降時間，從而減輕了原油性質(zhì)變化對一級電脫鹽罐的直接沖擊。另外，還可考慮根據(jù)實(shí)際情況增設(shè)一臺脫鹽污水沉降罐，增加油水沉降時間以確保水質(zhì)環(huán)保指標(biāo)，嚴(yán)格控制脫鹽污水含油指標(biāo)不大于150PPM。可積極采用新技術(shù)，例如中原煉廠應(yīng)用石油大學(xué)旋流除油技術(shù)來控制污水含油指標(biāo)，產(chǎn)生了很好的工藝效果。3.2脫鹽罐內(nèi)電場結(jié)構(gòu)的調(diào)整現(xiàn)在的電脫鹽裝置一般采用交直流電脫鹽技術(shù)，建議直流電極板可由水平分布改為垂直分布，這樣可以獲得更大的電場容量以及更加合理的電場梯度，還能使原油在強(qiáng)電場中的停留時間得到適當(dāng)延長，對破乳與油水分離很有利。部分原油電脫鹽裝置還可根據(jù)自身的脫鹽罐結(jié)構(gòu)，板面積，對原油分配器、收集器等做出相應(yīng)改動，適當(dāng)增加圓弧電極以增強(qiáng)本裝置對重質(zhì)原油的適應(yīng)性。3.3關(guān)鍵設(shè)備及其控制技術(shù)的升級根據(jù)加工重質(zhì)原油時出現(xiàn)的各類問題，電脫鹽裝置在設(shè)備上應(yīng)做好以下幾個方面的工作：一是對混合閥進(jìn)行升級，應(yīng)選用混合效果更好，控制水平更高的混合閥（比如最好由手動控制改為自動控制，以提高控制效率），要在混合器產(chǎn)品的性價比上做足文章。二是做好電脫鹽裝置的防腐工作，以應(yīng)對加工劣質(zhì)原油的需要。由于原油硫含量、酸值指標(biāo)的變化，尤其日前開發(fā)的脫鈣脫金屬劑大多為酸性化合物，電脫鹽裝置應(yīng)用脫金屬劑，出現(xiàn)酸腐蝕與鹽腐蝕共存并且相互疊加的危害，因此電脫鹽防腐工作必須引起我們足夠的重視，這也是確保電脫鹽裝置“安穩(wěn)優(yōu)”運(yùn)行的前提。日前一種新型的電脫鹽裝置緩蝕防腐技術(shù)已經(jīng)得到開發(fā)和成功應(yīng)用，比如以NC-6高溫有機(jī)緩蝕劑為主合成的高效緩蝕劑，就是針對電脫鹽裝置防腐的一種有效的緩蝕劑技術(shù)，尤其對解決加工高鈣稠油時的腐蝕問題具有現(xiàn)實(shí)意義。三是在電脫鹽主體設(shè)備許可的條件下，對變壓器等電氣設(shè)施進(jìn)行必要的更新?lián)Q型，確保電氣部分在加工劣質(zhì)原油時性能的可靠性，以提高整個電脫鹽裝置運(yùn)行的平穩(wěn)性。四是對儀表控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。比如用射頻導(dǎo)納界位儀代替內(nèi)浮筒界面變送器，可以顯著改善電脫鹽罐界位的控制效率。為適應(yīng)原油重質(zhì)化的趨勢，杜絕油水乳化嚴(yán)重界位不清的影響，也可以考慮采用微差壓式界面變送器，從而更好地控制油水界位參數(shù)，以確保電脫鹽工藝的優(yōu)質(zhì)平穩(wěn)運(yùn)行。新型電脫鹽技術(shù)及其應(yīng)對原油重質(zhì)化趨勢的優(yōu)勢由于影響原油電脫鹽效果的影響因素很多，日前所進(jìn)行的電脫鹽技術(shù)研究也呈現(xiàn)出一種多元化的局面，主要可以總結(jié)為以下三個方面的研發(fā)：一是研究開發(fā)新型的電極板結(jié)構(gòu)，如三層極板、鼠籠極板等；二是研究開發(fā)不同的電場方式和破乳方式，如交直流電場、脈沖電場、微波破乳、超聲波破乳等；三是研究開發(fā)高效廣譜的破乳劑技術(shù)，包括在脫鹽助劑方面的研發(fā)。可以說，新型電脫鹽技術(shù)的研發(fā)進(jìn)展為應(yīng)對原油劣質(zhì)化趨勢，解決電脫鹽實(shí)際生產(chǎn)問題具有重大影響。以下分別介紹相對比較成熟的脈沖電脫鹽技術(shù)和超聲波電脫鹽技術(shù)。4.1脈沖電脫鹽技術(shù)及其應(yīng)用脈沖電脫鹽技術(shù)是新一代的原油電脫鹽技術(shù)，它采用脈沖方波電壓，形成高壓、脈沖式電場，這完全不同于以往的交流或交直流電脫鹽電場。脈沖電脫鹽的基本原理是：脈沖電場下，原油中的油水乳化顆粒在瞬間形成的高壓電場下被極化，水滴之間的聚結(jié)力大大增加，從而電脫鹽效果得到