超声波电脱盐的自动化设计

王 平,黄玉志

(1.延长石油炼化公司项目建设指挥部,陕西洛川 727406;2.延长石油研究院,西安 710075)

超声波电脱盐的自动化设计

王 平1,黄玉志2

(1.延长石油炼化公司项目建设指挥部,陕西洛川 727406;2.延长石油研究院,西安 710075)

以炼油厂的原油为研究对象,根据工厂实际电脱盐流程,设计了超声波电脱盐联合破乳实验装置,进行原油破乳动态实验。通过多次实验,比较了超声波电脱盐联合作用和单一电脱盐作用的脱盐脱水效果。在超声电脱盐联合作用下,含盐量从50 mg/L降至3 mg/L,含水量可以降至0.3%,降低了电脱盐排水COD和含油量。超声波电脱盐装置完全满足炼厂的要求,且较大程度地提高经济效益,减少环境污染,具有一定的工业应用前景。

超声波;电脱盐;原油

0 引 言

原油电脱盐是石油加工的第一道工序,原油含盐含水的危害较大,对原油储运、加工、产品质量及设备等均造成很大危害,主要危害有以下几种。

a)增加设备的负荷,增加动力、热能和冷却水等的消耗。例如一座2.5 Mt/a的常减压蒸馏装置,如果原油含水量增加1%,热能耗将增加约7 000 MJ/h。

b)影响常减压蒸馏的正常操作。含水过多的原油,水分气化,气相体积大增,造成蒸馏塔内气速过大,易引起冲塔等操作事故。

c)原油中的盐类,随着水分蒸发,盐分在换热器和加热炉管壁上形成盐垢,降低传热效率,增大流动阻力,严重时导致堵塞管路,烧穿管壁、造成事故。

d)盐类中的金属进入重馏分油或渣油中,毒害催化剂、影响二次加工原料质量及产品质量。

e)腐蚀设备,缩短开工周期。CaCl2和MgCl2能水解生成具有强腐蚀性的HCl,特别是在低温设备部分存在水分时,形成盐酸,腐蚀更为严重。

原油从地层开采出来后先经过油田的脱盐脱水装置处理,要求将含水量降到小于0.5%,含盐量降至小于50 mg/L。但由于油田脱盐脱水设施不完善或原油输送中混入水分,进入炼油厂的原油仍含有不等量的盐和水分。因此,原油进入炼油厂后,必须先进行脱盐脱水,使含水量达到0.1%～0.2%,含盐量小于5 mg/L。对于有渣油加氢或重油催化裂化过程的炼油厂,要求原油深度脱盐,即原油含盐量小于3 mg/L或含钠量小于1 mg/L[1-3]。

1 超声波工作原理

超声波电脱盐组合技术原理:利用超声波的物理作用,对注水后的原油进行处理,增强油水在电场作用下的分离能力。超声波在传播过程中产生的机械振动作用,带动原油乳状液的剧烈振动,增加乳化液滴间的碰撞几率,降低乳化液的表面张力,从而有利于乳化液珠的聚结,生成更大直径的水滴,强化了在重力和电场的作用下油水沉降分离的效果[4-5]。

2 超声波电脱盐的自动化设计

2.1 系统组成

该控制系统主要由操作室DCS,现场控制柜、超声波作用管道三部分组成。超声波破乳设备的DCS随原油性质变化自动调节超声波参数,适用于不同原油性质破乳[6]。具体控制流程如图1所示。

超声波电脱盐仪表控制部分采用模块化结构,主体安装在隔爆型防爆配电柜内,作为现场控制柜,信号可引至DCS控制台,实现远程控制、自动运行。具体流程如图2所示。

图1 控制原理流程

图2 超声波现场和远程控制示意

由超声波振荡器产生频率可调的电子振荡(18～22 kHz),经前置放大功率后通过变压器输出,施加于位于水套内的超声换能器,完成由电磁振荡至机械振荡的转换,并由机械振荡产生超声波,直接作用于管道内流过的原油。超声波处理器原理结构如图3所示。

图3 超声波处理器原理结构

2.2 工作原理

一种性质相对稳定的原油,在脱盐罐中含盐含水量的变化可以采用导电性进行表征,因此,可以用电脱盐罐的电流的变化来表征原油性质的变化。超声波强化电脱盐破乳的编程原理是根据原油性质变化调整超声波的输出功率,即根据电脱盐电流变化调整超声波的输出功率,实现破乳脱水、脱盐的目的。根据原油的性质变化与实验室确定的超声波破乳的适宜功率进行调节。操作依据:

a)电脱盐罐电流适中,说明原油乳化程度适中,含盐含水正常,达到脱盐脱水目的,操作中需要的超声波的输出功率适中,一般控制超声波功率在180～240 W。

b)其他条件不变时,电脱盐罐电流升高,说明原油乳化严重,含盐含水偏高,破乳脱水困难,操作中需要适当降低超声波输出功率,一般控制超声波功率在60～180 W。

c)其他条件不变时,电脱盐罐电流降低,说明原油乳化较轻,含盐含水偏低,脱盐效果差,操作中需要适当升高超声波输出功率,一般控制超声波功率在240～360 W[7-10]。

3 实验应用

图4,图5为原油脱水、脱盐前后对比。从图中可以清楚地看到在超声波电脱盐投入使用以后,原油含水率从原来的2%左右降到0.3%以下;含盐量从4 mg/L左右降到3 mg/L以下。

图4 原油脱水前后含水对比

图5 原油脱盐前后含盐对比

在使用二级超声波电脱盐装置以后,各项指标均达到规定标值以下。

图6 脱盐效果

超声波电脱盐使用后,破乳剂完全停止加注,原油三级脱后含盐达到了2.6 mg/L,相比改造前明显降低,电脱盐切水含油及 COD明显降低,为企业带来了较高的经济效益,减少了环境污染。说明超声波-电脱盐组合技术,能够完全替代破乳剂,并很好地应用于常压装置电脱盐系统,较大程度地降低电脱盐系统操作负荷,达到深度脱盐效果,有效地缓解原油加工后续过程中的许多问题,降低电脱盐排水 COD和含油量。为炼厂后续装置的应用提供了经验和技术支持。

4 经济效益

a)节约费用。停注破乳剂后,节约费用82万元/年左右。

b)电脱盐污水含油量减少。投入超声波及停注破乳剂后,电脱盐污水浓度由1 600 mg/L下降到200 mg/L,不但减少了原油损失而且降低了污水的处理成本,使经济效益和环保效益双赢。

c)降低了电脱盐排水化学耗氧量。投入使用超声波电脱盐以后,总排水中的 COD由4 000～5 000 mg/L下降到1 500～2 000 mg/L,每年进入污水站的COD总量降了180 t左右。

[1] 孙宝江,颜大春.乳化原油的超声波脱水研究[J].声波学报,1999,(1):27-31.

[2] 李 明.可编程序控制器的程序设计[M].西安:电子工业出版社,2005:120-141.

[3] 刘 光.原油加工技术[M].北京:机械工业出版社,2008: 131-136.

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[8] 张进秋.超声波在油田中的应用[M].北京:机械工业出版社,2004:78-82.

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[10] 袁任光.可编程序控制器应用技术实例[M].广州:华南理工大学出版社,2003:31-36.

Automation Design of Ultrasonic-Electric Desalting Unit

Wang Ping1,Huang Yuzhi2
(1.The Yanchang Petroleum and Refinery Project Construction Office,Luochuan,727406,China; 2.The Yanchang Petroleum Research Inst.,Xi'an,710075,China)

To take the crude oil of the refinery plant as the research object,according to the real electrostatic desalting flowsheet in the plant,the ultrasonic electronic desalting and demulsifiable experimental unit has been designed and built.The crude oil demulsifiable experiment has been carried out.After many experiments the dewater effect of the ultrasonic electronic desalting and single desalting is compared.Salt content is reduced from 50 mg/L to 3 mg/L,water content can be reduced to 0.3%. CODand oil percentage in the discharged water has been reduced.The ultrasonic electronic desalting unit can satisfy the requirement of the refinery plant and increase economic benefit and environment effect and has good industrial application prospection.

ultrasonic;electrostatic desalting;crude oil

TB559

B

1007-7324(2011)01-007-103

2010-11-12。

王 平(1978—),男,陕西延安人,毕业于中国石油大学工业仪表及自动化专业,现工作于延长石油集团炼化公司项目指挥部,任工程师。