智能电源在国内加工高酸原油中的应用

程 刚，郑盟主，李 泓

(长江(扬中)电脱盐设备有限公司，江苏 镇江 212200;2.辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 113001)

随着原油的日趋劣质化，越来越多的炼油厂开始加工高酸原油。该类原油具有密度大、黏度大、酸值高和残炭高等特点，其中的环烷酸及其盐类和重质组分等在高压电场的电脱盐脱水过程中容易发生乳化[1－2]，造成采用传统电源电脱盐设备的运行电流升高、操作不便，脱盐后原油的含水量和含盐较高。

传统电源通常指的是工作频率为50 Hz、输出为正弦波交流或经整流后的直流高压，其变压器是一种在初级线圈中串联了电抗器线圈、次级线圈产生的高压采用档位输出的100%全阻抗变压器。该类电源在输出端电流较大时会产生很大的电能损耗;采用档位调节输出高压，难以准确地调节到工艺所要求的电压;工作频率为一固定值，无法根据油水乳液的需要调节振荡频率。还有遇突发事故的反应差，事故不能得到及时处理;输出波形单一且无法调节;不能适应油水乳液分散、混合、聚结与沉降的动态处理过程等缺点[3]。

为克服上述缺点，出现了智能调压双极性型、变频单向脉冲型和变频矩形波脉冲型智能电源[4－5]。该文旨在归纳智能电源在国内炼油厂加工高酸原油及其处理乳化层中典型应用。

1 高酸原油及其乳化层中的应用

智能电源的主要功能是为电极板提供高电压，在两电极板间产生高压静电为油水分离提供外在驱动力。

1.1 智能调压双极性型智能电源

采用传统电源的两级交流电脱盐工艺加工鲁宁管输劣质高酸重质原油，变压器长期处于短路额定电流状态运行，不仅能耗大，而且不能建立有效的高压电场，导致脱盐后原油含盐较高，对后续装置的腐蚀造成了严重影响。

为满足实际生产需求，对该电脱盐工艺先后进行了两次适应性改造。第一次改造是在原来两级交流电脱盐工艺的基础上增加一级智能调压双极性智能电源供电的电脱盐罐，其余两级不变。分别作为第二、三级电脱盐工艺。第二次改造是将第二、三级电脱盐罐的电源由传统电源改为智能调压双极性电源。

第一次和第二次改造后，脱盐后原油中盐的质量浓度由14.8 mg/L分别降至5.6 mg/L和2.1 mg/L;加工每吨原油的电耗由1.20 kW·h分别降至0.70 kW·h和0.36 kW·h。

1.2 变频单向脉冲型智能电源

采用变频单向脉冲型智能电源的两级电脱盐技术处理酸值为 0.35 ～1.1 mgKOH/g、密度为0.86 ～0.89 g/cm3劣质高酸重油。

最优操作工艺参数下电脱盐设备的运行效果见表1。从表1可知，脱盐后原油中盐的质量浓度和水的质量分数的平均值分别为4.38 mg/L和0.26%。

表1 电脱盐设备的运行效果Table1 Operating results of desalting equiment

1.3 变频矩形波脉冲型智能电源

采用变频单向脉冲型智能电源的两级电脱盐技术处理酸值为 2.57 ～2.91 mgKOH/g、密度为0.93～0.97 g/cm3的渤海湾劣质高酸重油。在加工过程中发现，这类原油容易形成乳化层，且油水界面膜强度大难以破裂，导致运行电流增大，极板间不能建立有效的高压电场，导致脱盐后原油的含水和含盐偏高。

采用常规的破乳方式(如升高温度和加入破乳剂等)未能将乳化层消除，为此对该电脱盐装置进行了消除乳化层的适应性改造，即在电脱盐罐的油水乳化层部位增加两层水平格栅型金属电极板，并与变频脉冲矩形波交流电源连接，由此组合形成的变频脉冲电脱盐技术来处理该乳化层。

装置在最优工艺条件下运行，其脱盐后原油中盐的质量浓度见表2，电源变压器的运行参数见表3和4。从表2可以看出，改造后脱盐原油中盐的质量分数下降了30.6% ～71.7%。从表3～4可以看出，改造后一级电脱盐罐工作频率变压器一次电流平均下降了2.9 A，输出电压由改造前的25 kV下降至20 kV，3台变压器运行功率合计下降78.3 kW。二级电脱盐罐在输出电压档位不变的情况下，一次电流平均下降了0.6 A，3台变压器功率合计下降16.5 kW。扣除两台高频变压器运行功率9.2 kW，每小时可节电85.6 kW·h(约占原电脱系统电耗的20%)，年运行时间按8400 h，电价按0.6 RMB ¥ /(kW·h)计算，每年可节约电力成本约43×104RMB¥。

表2 改造前后脱盐后原油中盐的质量浓度Table2 Salt mass concentration of treated crude oils before and after transformation

表3 改造前后电脱盐设备的变压器运行参数Table3 Operating parameters of transformers before and after transformation

表4 变频脉冲电源的变压器运行参数Table4 Operating parameters of high－frequency voltage transformer

2 总结

与传统电源相比，采用智能双极性型电源进行高酸原油的电场处理，脱盐后原油中盐的质量浓度由14.8 mg/L降至2.1 mg/L，加工原油的电耗从1.20 kW·h/t降至 0.36 kW·h/t;采用变频单向脉冲型智能电源电脱盐工艺处理高酸原油，脱盐后原油中水的质量分数和盐的质量浓度分别为 0.26%和 4.38 mg/L。

采用变频脉冲矩形波智能电源处理高酸原油形成的乳化层，与未增加该设备前相比，脱盐后原油中盐的质量分数下降了30.67% ～71.7%，每年可节约电力成本约43×104RMB¥。

[1]滕天灿.高酸原油脱酸工艺研究进展[J].淮阴工学院学报，2009，18(3):77－80.

[2]师丽娟，沈本贤，王恭群，等.北疆高酸原油直馏馏分脱酸前后油－水界面性质的比较[J].华东理工大学大学学报(自然科学版)，2009，35(2):192－196.

[3]刘建春，杨卫国，于跃，等.智能响应电脱盐脱水设备专用电源[P].中国，CN201553711U.2010－08－18.

[4]赵忠杰，张忠良，王凤巢，等.高频脉冲原油电脱水装置[P].中国，ZL01114971X.2004－10－20.

[5]牛俊邦，赵磊，刘倩倩.矩形波交流原油脱水电源[P].中国，CN101540557A.2009－09－23.