重劣质原油电脱盐系统运行分析及建议

郑 俊，岳广民

(1.中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266061；2.山东玉皇盛世化工股份有限公司，山东 菏泽 274000)

山东玉皇盛世化工股份有限公司原料预处理装置于2011年建成投产，设计加工能力为200×104t/a，以加工重劣质原油(塔里木原油与M100的混合油，M380燃料油、马瑞原油与M480的混合油等)为主。其电脱盐部分采用了江苏金门的二级交直流电脱盐工艺，即两台φ3200 mm×20000 mm(T/T)电脱盐罐串联，罐内采用垂直吊挂式极板，见图1。每罐配置2台160kVA交直流变压器，输出电压为13～25kV，五档调节。

图1 垂直吊挂式交直流电脱盐罐 表1 原料油性质比较

项目初期加工(塔里木原油、M100混合油)现加工(马瑞原油、M480混合油)密度(20℃)/(g/cm3)0.895～0.920.95～0.978比重指数API21.7～31.312.7～16.9运动黏度(50℃)/(mm2/s)4.02～229.68256.3～295.97酸值/(mgKOH/g)<0.50.72～1.47硫含量/%(m/m)0.7～1.52.138(最大)盐含量/(mgNaCl/L)26.5～55.970～200水分/%(m/m)0.22～0.480.1～1.0原油类别高硫低酸中间基高硫高酸环烷基

装置投产初期，主要加工低酸中间基原油，电脱盐系统基本维持正常操作，脱盐脱水能够达到公司规定的电脱盐技术指标。自2015年以来，由于装置改为加工重质高酸环烷基原油(加工原油性质比较见表1)，且种类增多，切换频繁，罐内经常出现乳化现象，变压器运行电流持续升高，经常出现变压器大电流报警的情况，注水即电流超限，变压器跳闸频繁。故操作上只能降低注水量，通常仅为2%，有时二级电脱盐还不能注水，造成脱盐率下降，出水含油严重超标，脱盐脱水效果明显下降。据2015年度脱后原油含盐量统计数据显示，脱后含盐量大多在40～60mgNaCl/L，最高达到145.6mgNaCl/L，总的脱盐率不大于50%。脱后原油含水能控制在0.2%以下，电脱盐排水含油量有时高达126.1 mg/L，大大增加了下游污水处理厂的压力。

1 电脱盐系统运行异常分析

由于所加工高酸重质原油属于典型的环烷基原油，且密度、黏度、酸值及含盐含水量较高，易形成稳定的乳化液，在电脱盐罐内存在较为稳定、大量的乳化层，造成了电脱盐的操作困难；电脱盐变压器有时出现电流过载、跳闸现象，经过对中控室运行记录及DCS数据的研究调查，发现如下问题：

(1)变压器运行电流超高并跳闸之前，大多都有一段平稳运行的时期，在某一时间点后，运行电流陡然上升，甚至跳闸，跳闸后一段时间内不能再次送电；

(2)罐区有不规律地间断掺练污油、杂油的情况；

(3)变压器跳闸时间往往与掺练污油、杂油起始时间一致。

基于此情况，玉皇公司罐区立即停止掺练任何污油、杂油，之后电脱盐变压器运行一直正常、平稳。据此分析，电脱盐频繁跳闸送不上电，与间断性地污油、杂油掺练关系密切，可能是污油中的某些成分加剧了油品的乳化，造成乳化层过厚，进入电场，导致电流升高，直至跳闸。因此，加强电脱盐源头罐区原油的管理，严禁掺练理化性质不明的污油、杂油，提高电脱盐运行的平稳率。

2 电脱盐系统工艺参数优化

表2 电脱盐系统工艺参数优化

在二级注水恢复、电脱盐系统平稳运行之后，车间技术人员对该电脱盐系统进行了破乳剂的筛选、操作工艺参数的调试和优化调整。经过近五个月的现场调节摸索,筛选出较适合马瑞、M480混合油(重质高酸)原油性质的电脱盐运行参数，见表2。在对一级二级均注水的情况下，电脱盐脱后含水量基本稳定在0.08%～0.14%，接近0.1%的技术指标，但脱盐率仅为60%左右，仍未达到预期的脱盐效果，详见表3。由此可见，要实现重劣质原油油水的有效分离，仅靠操作工艺参数的优化调整、破乳剂的筛选，电脱盐效果有限。

表3 电脱盐系统优化后的脱盐脱水情况

3 原因分析

原油电脱盐脱水技术是利用静电场力和化学破乳剂的共同作用，依靠油水密度差来推动油水两相的分离，实现原油乳状液的破乳脱水脱盐。故如何实现油水在电脱盐罐内的有效分离是电脱盐技术的关键问题。

由下式斯托克斯定律计算公式[1]可知， 要提高电脱盐脱水效果应增大原油中水滴的自由沉降速度u。而u取决于水滴直径、油水密度差和油黏度。现加工的重劣质混合油较初期混合油密度更大，油水的密度差更小，油黏度更大，故更不利于油水分离。

u=d2(ρ1-ρ2)g/(18μ)

式中，u为水滴自由沉降速度，m/s；d为水滴直径，m；ρ1为水密度，ρ2为原油密度，kg/m3；μ为原油黏度，Pa·s；g为重力加速度，m/s2。

大量实验结果及实践经验表明，影响电脱盐效果的关键因素主要有七项：操作温度、水质及注水量、破乳剂及注入量、混合强度、稳定的油水界面、电场强度和油流在电场内的上升速度(也可换算成在电场内的停留时间)[2-3]。上述七项因素如果都比较合理，电脱盐效果一定可达到预期的技术指标。这七项因素中，前六项因素通过电脱盐的操作工艺参数调整已达到理想状态。那么，电脱盐效果仍未达到预期技术指标，归根结底是油流在电场内的上升速度过大(即在电场内的停留时间过短)造成的。当油流上升速度大于水滴的沉降速度时，水滴将来不及沉降，快速上升的油流将微小水滴带出罐体，造成脱后原油含盐含水超标。

因此，为提高重劣质原油的电脱盐效果，在电脱盐罐体积一定的条件下，应尽可能降低油流在电场内的上升速度。油流在电场内的上升速度越小，电脱盐装置对劣质原油的能力更强。这将成为高效电脱盐技术研发的一种思路。

4 总结与建议

(1)在加工劣质原油过程中，应加强电脱盐源头罐区原油的管理，严禁掺练理化性质不明的污油、杂油；

(2)仅通过操作工艺参数的优化调整、破乳剂的筛选，提高重劣质原油的电脱盐效果有限；

(3)在电脱盐罐体积一定的条件下，应尽可能降低油流在电场内的上升速度，才是突破电脱盐技术瓶颈的根本方法；

(4)交直流电脱盐技术已不适应原油重劣质化，装置大型化发展的要求，目前迫切需要开发出一种大型化、高效、节能、环保的电脱盐技术。我国江苏金门能源装备有限公司研发的双进油双电场技术，将单电场改为上、下部两个互不关连的低速电场，显著降低了油流在电场内的上升速度，减小了脱盐设备的设计尺寸，在国内外油田和炼化企业得了较为广泛的应用。美国Natco集团推出的双频电场技术，在国外油田原油脱盐脱水的现场应用中取得巨大成功。该技术大幅提高了脱盐脱水效率，并与常规的AC技术相比，降低了设备的设计尺寸。

建议我国电脱盐设备研发公司能够将这两种技术结合起来，研发出一种新型的电脱盐技术，并在我国推广和应用，这必将有效地应对现阶段原油重质化和劣质化、装置大型化的严峻挑战。

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