委内瑞拉超重原油脱盐脱水的设计与计算

＊史永刚

（兰州寰球工程有限公司 甘肃 730060）

委内瑞拉超重原油脱盐脱水的设计与计算

＊史永刚

（兰州寰球工程有限公司 甘肃 730060）

从井场来的超重原油中通常含有一定的水和盐，为了达到商品原油所要求的纯度标准，一般需要同时利用电脱水、加入化学破乳剂、加热这三种方法进行破乳加工工艺处理。原油乳状液在高压电场与破乳剂的作用下，其中的分散相水滴便聚结成大水滴，再利用油水密度差将水沉出。由于原油中所含的大部分盐都是溶解在水当中的，所以脱盐和脱水需要同时进行。本文从委内瑞拉超重原油的性质出发, 论述了适合该原油电脱盐脱水装置的工艺设计，提出了适合该重油电脱盐脱水的最佳工艺操作参数。

超重原油；脱盐脱水；工艺设计；操作条件

1.概述

自改革开放以来，我国社会经济快速发展，石油消费量逐年攀升，1980年我国石油年消费量为87.6Mt，到2011年已增长到490Mt。从1993年我国成为原油净进口国以来，原油进口量年年递增，尤其是近几年增速加剧；近年来，中国通过一系列的国际合作，致力于原油进口渠道的拓展，在石油进口途径多样化方面付出了一定心血，例如和委内瑞拉签署能源战略联盟协议。中国向委内瑞拉投入了大量资金用于重油的开采，大幅度提升了委内瑞拉对华原油出口量。由此可见，未来我国将会不断提高重质原油的进口数量，国内炼油厂加工委内瑞拉超重原油也将成为重中之重。

委内瑞拉超重原油在井口用轻油进行稀释，降低黏度，便于管道运输。其后进行油气分离，脱盐脱水、稀释调和等工艺后可作为炼油原料。由于委内瑞拉超重原油是高酸、高黏度、高密度、高沥青质的劣质原油，还含有大量氮、残炭、硫、金属等其他杂质，加大了提炼工艺难度，甚至还会影响到炼油厂的正常生产运行，所以对原油的脱盐脱水是原油加工中的一个很重要的步骤，而针对委内瑞拉超重油选择合适的脱盐脱水方法与适当的操作条件显得尤为重要。

2.脱盐脱水方法选择

原油的脱水主要有热化学脱水与电脱水两种方法。热化学脱水是把含水原油加热到一定的温度，并在原油当中加入适当剂量的原油破乳剂，适度降低油水界面膜表面的张力，达到破坏乳状液原有稳定性的目的，从而改变乳状液原来的类型，实现油与水的分离。一般而言，单纯利用热化学脱水法使含水原油油水分离合格达标，一方面不经济，如设备、费用资耗费较高，经济上的投入与产出比率对于大多数炼油厂生产的原油而言是成本费用过高；另外就是净化出来的产品质量依然不够稳定。所以大多数油田都采用热化学脱水与电脱水相结合的方法来对原油进行净化处理。热化学脱水是将含水率较高的原油进行油水分离的最佳办法，当原油的含水比率大于30%的时候，电脱水器难以维持自身正常的运行和生产，只有利用热化学脱水的方法先将原油含水降低到30%以下，才保证电脱水器的正常运转。热化学脱水所用的设备为卧式压力沉降罐。

由于委内瑞拉超重原油的含水率一般为12%，（含盐689～848PTB）可以直接选用脱水效果好，脱盐率高的电脱盐脱水器，且采用两级串联的方式，二级脱盐脱水后的原油含水率降至1%以下，含盐达到20PTB(56ppm)以下。

3.电脱盐脱水的原理

原油中所含的水分散在与其互不相容的油品中形成液态非均相物系，其中水为分散相，原油为连续相。由于非均相物系中分散相和连续相具有各自不同的物理性质（如粒子的大小、密度等），受到外力作用时其运动状态也就各不相同，所以可以用沉降原理进行分离。

要实现这种分离，其方法是使分散相与连续相之间发生相对运动，所以非均相物系的分离操作也遵循流体流动的基本规律。在脱盐脱水器里面，油和水的分离是凭借所受的重力差来实现的，在原油中水滴的沉降速度受水滴自身微粒直径的大小和油品粘度等的影响，一般采用斯托克斯(Stokes)公式计算：

w—水滴匀速沉降速度，m/s；

dw—水滴直径，m；

μ0—原油的粘度，Pa·s；

ew、e0—即为水与油的密度，kg/m3。

从以上公式得出，水滴之沉降速度和油及水的密度差、水滴颗粒的直径平方是正比关系，和原油粘度是反比关系。

电脱盐脱水法是目前国内外广泛采用的用于原油脱盐脱水的方法，原油通过脱盐脱水器内的电场时，在分散相水滴上形成感应电荷，在电场力的作用下，带有正、负电荷的水滴作定向位移时，相互碰撞而合成大水滴。加快速水在原油中的沉降速度。由于原油中大部分盐是溶解在水中的，所以脱盐和脱水时同时进行的。

4.委内瑞拉超重油脱盐脱水流程设计

在来自上游输送站的原油(37.7℃)在管线上注入破乳剂，通过原油进料泵输送至原油预加热器与脱盐脱水后的产品油进行换热，达到预先加热原油和利用产品油热能的目的。原油经换热器预热后的温度为108℃，再经加热炉将原油加热至143℃，进入脱盐脱水器。包括一级脱盐脱水器和二级脱盐脱水器。在脱盐脱水器中通过重力沉降，达到油水分层，从而将水分离出来。由于原油中所含的大部分盐是溶解在水中，所以在脱水的同时所含的盐也相应的脱除出来。一级脱盐脱水器脱水后的原油与注入水进入混合阀充分混合后进入二级脱盐脱水器，将一级未分离的盐彻底溶解并进行沉降分离。

在一二级脱盐脱水器之间设置循环水线，将二级沉降脱出的水送至一级脱盐脱水器进行循环利用。

5.关键设备的选择与计算

(1)脱盐脱水器。水滴沉降时间由电脱盐脱水器的规格来决定，它是由原油性质、操作条件、原油处理量、脱盐率等诸多因素决定的。近年来，国外炼油行业逐渐喜欢选择大直径的脱盐罐是有一定科学依据的，因为当脱盐罐长度一定的时候，直径的增大即增加了极板的面积，当罐体的横截面积大小一定时，设备的直径增大可以降低原油的流速，延长液滴的沉降时间。原油越重越需要大直径的罐。脱盐脱水器直径一般取3～4米，长度按处理能力而定。电脱水器的处理能力按下式计算：

V=Vi/t

V—单台电脱水器处理含水原油的体积流量；

Vi——电脱水器空罐容积；

t—含水原油在电脱水器内的停留时间。

根据油水分离的实际需要，含水原油在脱盐脱水器内的停留时间通常为20～40min。

(2)换热器的选择。由于在化工生产中间壁式换热器应用最多，而其中的管壳式换热器和板式换热器应用最为广泛。从传热系数来讲，板式换热器由于流体在板片间流动时湍动程度高，且板片厚度薄，同样工况下传热系数比管壳式换热器要大，且板式换热器单位容积所提供的传热面积大，便操作灵活清洗方便，但是由于板式换热器仅适合选用清洁且粘度低的物料，而且操作压力通常不能超过2.0MPa，并不适合用于粘度较大且含杂质的介质，针对委内瑞拉超重原油本身的性质，宜设计选用管壳式换热器。

(3)泵的选择。由于委内瑞拉超重原油的粘度在进料泵操作温度（37.7℃）下高达442cP，属高粘度流体。选泵时必须按照原油粘度范围确定泵的类型。在各类泵中，螺杆泵适合输送高粘度的液体且螺杆泵具有以下特点：

①流量均匀，当螺杆旋转时，密封腔连续向前推进，各瞬间排出量相同；②转速可以较高，同样排量下，它的体积、重量均比较低；③运行平稳，噪音小，螺杆凹槽空间较大，有少量杂质颗粒也不妨碍工作。

根据以上特点，针对委内瑞拉超重原油，螺杆泵是较合适的选择。

6.脱盐脱水流程操作参数的计算与确定

(1)电脱盐脱水器的温度与压力的确定。脱盐脱水的温度提高，原油粘度能够得以降低。在进行脱水操作时，其温度要根据原油本自身的粘温特性来而定，原油的运动粘度宜低于50mm2/s。随着温度的不断升高，原油粘度逐渐降低，水滴所受到的运动阻力亦随之降低，沉降速度随之增大。同时，油水界面的张力在较高温度下得到降低，水滴受热后产生膨胀，乳化膜减弱，对聚结及破乳是大有裨益的，提高脱盐率。一般电脱盐温度在100～120℃，重油脱盐温度可在125～148℃。根据委内瑞拉原油的在用情况，当超重原油温度在143左右℃时，其脱水效果最为理想，而当温度再升高时，原油和水发生气化，需要很高的操作压力才能正常运行。所以设计本装置脱盐脱水器的操作温度为143℃。

在进行脱盐脱水过程中确定操作压力时，操作压力宜高于操作温度下原油饱和蒸汽压0.15MPa，这是为了使原油在操作温度下不发生气化，不影响脱盐器满罐运行。因143℃时该原油的饱和蒸汽压为0.75MPa，所以选脱盐脱水器的操作压力为0.9MPa。

(2)脱盐脱水器内电场强度的确定。电场强度是影响电脱盐效率的重要的工艺参数之一。每种原油均有与之相符的脱盐电场强度，过低或过高都会影响到工艺水准，使脱盐率大打折扣。增加脱盐电场强度，微小水滴之聚结力可以得到提高，同时亦产生电分散。电场强度超过一定指标时，电分散作用也随之加强，水滴在电场力的作用下发生破裂，脱盐率下降。原油电脱盐的强电场部分一般为0.8～2.0kV/cm的电场强度即可，弱电场部分一般为0.3～0.5 kV/cm为佳。

(3)注水量的确定。原油注水是为了使原油中所含的水溶性盐类溶解掉，提高水滴凝聚力。注入的水过多会导致脱盐罐内乳化层的厚度加厚，同时也加大了电耗；注入的水过小又不能充分溶解盐分，从而降低了脱盐比率。通过现场实验得出，该装置在注水量为5%时，脱盐效果最好，故该装置的注水量确定为5%。

总结：委内瑞拉超重原油脱盐脱水装置在流程的设计过程中，以节能降耗和环境保护为原则，充分考虑了该原油自身的特点，进行流程的设计和设备的选择。通过计算比选，该脱盐脱水装置的工艺流程合理、设备的选择得当、完全可以满足工艺要求。

[1]乔明,任静,聂光华．非常规原油的加工利用进展-以委内瑞拉超重原油和加拿大油砂沥青为例． 石化技术,2012,19(4):5．

[2]贾鹏林,娄世松,楚喜丽．原油电脱盐脱水技术[M]．北京:中国石化出版社,2010．

[3]袁洪涛．原油加热沉降器的运行故障及解决方法口．炼油与化工,2007,18(4):38～39．

[4]Arkins L,Warren M,Barnes C,et a1．Heavy crude oil:a global analysis and outlook to 2035 jR]．USA:Hart Energy,2011．

(责任编辑 牛玉娟)

Design and Calculation of the Desalting and Dewatering for Extra-heavey Crude Oil in Venezuela

Shi Yonggang
（Lanzhou Huanqiu Contracting and Engineering co., ltd, Gansu, 730060）

The extra-heavy crude oil from well site commonly contains certain number of water and salt, in order to reach the required purity standard of commercial oil, it generally needs to utilize the three methods of electric dehydration, adding of chemical demulsi fier and heating to take the demulsi fication process technology processing. Under the function of high-pressure electric field and demulsi fier, the crude oil emulsion’s dispersed phase water drop will coalesce into big water drop, and then take advantage of the oil-water density difference to settle the water out. Due to the majority of salt contained in crude oil is dissolved in water, the desalting and dewatering need to be taken simultaneously. In this paper, starting from the property of extra-heavy crude oil in Venezuela, it has narrated the process design suitable for the electrical desalting and dewatering device of crude oil, besides, put forward the optimal process operation parameter suitable for the electrical desalting and dewatering device of heavy oil.

extra-heavy crude oil；desalting and dewatering；process design；operation condition

T

A

史永刚（1985～），男，兰州寰球工程有限公司；研究方向：油气集输工艺设计。