强化电场功率补偿电脱盐技术对于原油脱钠的作用

韩 磊，王德辉，柴永新

(1.中国石化青岛安全工程研究院，山东青岛 266104 2.中国石油天然气股份有限公司大庆炼化分公司，黑龙江大庆 163411)

1 概述

化学驱油技术是目前国内油田提高原油采收率的重要技术之一，是实现油田储层改造、原油增产、残余油开采以及原油输送的重要手段。在二次采油、三次采油、压裂酸化等油井增产措施与原油集输过程中均使用了大量的油田化学剂，包括各种无机酸、无机金属盐、有机化合物和聚合物等。这些油田化学剂部分直接进入原油中，部分与原油储层发生相互作用，产物进入原油中，从而对原油后续加工过程产生影响。

采油化学剂压裂液添加剂、防蜡剂等中通常含有烷基苯磺酸钠[1]。烷基苯磺酸钠具有良好的表面活性，可以降低油水界面张力和减少形成乳状液所需能量，并且价格低廉，是一种应用广泛的表面活性剂。由于采油过程中添加的烷基苯磺酸钠有部分残留在原油中，从而容易造成油水乳化[2]，给炼厂的电脱盐带来难度，同时可能导致脱后原油中金属钠含量偏高，造成重油加工装置催化剂中毒问题。

大庆炼化公司350×104t/a常减压装置加工原料为管输大庆原油，采用两级交直流电脱盐工艺，由于原料杂质含量较高，电脱盐效果不佳，经常出现脱后含盐超标、排水带油问题，并且脱后原油钠含量通常在6～10 mg/kg，有时甚至高达10 mg/kg以上，使后续重油催化裂化装置催化剂寿命低，造成巨大的经济损失。

为改善电脱盐效果，降低金属钠对二次加工装置的影响，大庆炼化公司于2018年底采用强化电场功率补偿电脱盐技术对二套常减压电脱盐装置进行改造，开展了工业试验，取得良好的脱盐及脱钠效果。

2 强化电场功率补偿电脱盐技术

国内电脱盐技术和装备的发展是从引进并消化国外成套电脱盐装备开始的，此后随着研究的深入，先后开发了具有自主特色的低速交流电脱盐、高效交直流电脱盐、平流卧式电脱盐、脉冲式电源、智能调压电脱盐、双进料双电场电脱盐等技术。这些技术的主要出发点一方面在于改进电脱盐的供电方式，起到提高脱水脱盐效率、节约电耗的效果；另一方面在于改进电极结构，通常是追求使电场占据更大空间以及使原油尽早进入电场，从而延长电场中的停留时间，往往会布设多层强弱不同的电场以期达到更佳的脱水脱盐效果。

然而大量高速显微观测和数值仿真研究表明，分散相水滴的极化和聚结可以在短时间内完成，因此电极板并不需要占据很大的空间。电极面积增大、层数增加不但容易造成脱盐电流增大、负荷过大、不能保证足够场强且无谓增加电耗；而且电极位置过低压缩了水相空间，不利于油水分离。

强化电场功率补偿电脱盐技术主要设计原则是尽量使所有原油平稳通过电场，保证足够高的电场强度，但无需在电场中长时间停留。具体特点包括：①采取下进上出进油方式，设置二次进油分配器，保证原油平稳通过电场，使油水界位稳定；②简化电场结构，只保留一层强电场，通过压缩极板间距提高电场强度，充分发挥强电场聚结效果，提高脱水效率[3]；③减小极板面积，缩短原油在强电场中的停留时间，减小无谓电耗；同时极板安装位置上提，提高油水界位操作弹性，利于改善排水质量；④电极板由格栅式改为纯钢板，电场更均匀，减小尖端放电可能性；⑤设置“恒压限流”功率补偿电源控制系统，实现在线无级调压，并可适应原料性质波动，稳定操作，保护变压器和绝缘件等设备。

3 工业装置改造

2018年12月17日切除第一级电脱盐罐，实施改造，12月31日投用。改造内容主要为：电脱盐罐体利旧，内构件更换为新型强化电场电极结构；变压器利旧，新增一套功率补偿自动调压电控系统。由于罐体和变压器利旧，极大节约了改造成本。表1为改造前后电场参数的对比，图1显示了功率补偿电控系统的构成。

4 工业试验效果

大庆原油的基本性质如表2所示，属于轻质低硫低酸原油，脱前原油盐含量平均在10 mgNaCl/L以内，有机氯含量低于1 μg/g，整体性质对脱盐有利。其改造前采用了两级交直流电脱盐，主要工艺操作条件为：操作温度125～130 ℃，操作压力0.8～0.9 MPa，注水量约5.3%，破乳剂采用油溶性破乳剂，注入量约18 μg/g，混合压差35～65 kPa。经过两级电脱盐后，脱后含盐超标、排水带油问题比较严重，脱后含盐合格率仅有29.3%(≯3 mgNaCl/L)，排水含油合格率仅有25.2%(≯150 mg/L)。

表1 强化电场功率补偿电脱盐技术与传统电脱盐技术电场情况对比

图1 功率补偿电源控制系统示意

表3对比分析了改造前后电脱盐运行效果，其中改造前取了一整年(2018年全年)运行数据的平均值，改造后取了5个月(2019-01-01至2019-05-26)运行数据的平均值。可以看出强化电场功率补偿电脱盐技术与传统交直流电脱盐相比全面提升了电脱盐运行效果，其中排水水质改善尤为显著。与此同时取得了良好的脱钠效果，由于脱后钠含量降低，缓解了重油加工装置催化剂中毒问题，延长了催化剂寿命，从而带来良好的经济效益。

表2 管输大庆原油的基本性质

图2显示了2019年应用强化电场功率补偿电脱盐技术后与2018年改造前脱后原油钠含量及钠脱除率的变化趋势，可以看出改造后脱后原油钠含量较改造前降低，且波动减小，月平均脱后钠含量从改造前5.0～11.9 μg/g至改造后可以稳定在5 μg/g以内，脱钠率也从2018年的46.4%提高至2019年的71.9%。强化电场电脱盐技术在提升了脱盐效果的同时还显示出良好的脱钠效果，相应的后续ARGG重油催化裂化装置原料钠含量也有所降低，催化剂平衡剂单耗降低。在保证了防腐作用的同时，还能对缓解催化剂中毒起到良好作用，从而对于保证装置长周期运行并且降低运行成本具有重要意义。

表3 工业试验效果汇总

图2 脱后原油钠含量变化趋势

5 结语

随着化学驱油技术在油田的广泛应用，残留在原油中的少量采油化学剂将对炼油厂原油加工过程产生不利影响，如具有表面活性的有机钠盐会造成炼油厂原油预处理电脱盐装置处理后原油金属钠含量偏高。强化电场功率补偿电脱盐技术采用新型电极板结构和分布设计、功率补偿电控系统等技术，使电脱盐罐内电场更加合理、高效和稳定。采用该技术对大庆炼化350×104 t/a常减压电脱盐装置进行了改造，经过工业试验证明脱盐脱钠效果提高，排水含油显著降低，该技术除了能够满足电脱盐基本要求，还对金属钠具有优异的脱除效果，对于保证重油加工装置长周期运行起到了很好的作用。