原油電脫鹽的基本原理

1、原油電脫鹽的基本原理存在于原油中的水和溶于水的鹽份，一般可以通過洗滌罐和沉降罐依靠油水密度差的重力沉降來脫去水和鹽，但是由于原油中的水與油是以乳化液的小水滴形式存在時，僅靠此法來脫水和脫鹽，則效率低，效果差，難以脫凈，不能滿足煉油廠深度加工對原油品質(zhì)指標的要求。國內(nèi)外技術專家仔細深入地研究了原油中以乳化狀態(tài)下存在的小水滴在原油中運動的種種特性，提出了施加高壓電，加破乳劑，加溫和注水混合等一系列綜合措施與技術參數(shù)，借助物理凝聚與分離相結(jié)合的方法，可以達到高效脫凈原油中水和鹽的目的。一、原油中微小水滴的受力與運動分析在原油電脫鹽過程中，原油和水（含鹽）的分離主要還是依靠油水密度差的重力沉降來實現(xiàn)的

2、，但是這個密度差很小，水滴在粘稠的原油中沉降時受到可觀的阻力，影響分離速度。根據(jù)斯托克斯定律：粒子（小水滴）在介質(zhì)（原油）中沉降時受到的摩擦阻力可以表小為：F=6幾4ru式中：f為粒子在沉降中受到的摩擦阻力“為介質(zhì)粘度系數(shù)r為粒子的半徑u為粒子的沉降速度而在粘稠的介質(zhì)（原油）中，粒子（小水滴）的沉降速度u又可以表示為：式中：d為粒子直徑p為油水密度差g為重力加速度可見，增大油水密度差p和減小分散介質(zhì)的粘度”均有利于加大水滴的沉降速度，而沉降速度又與水滴直徑平方成正比，所以在原油電脫鹽中，我們要力圖控制各種因素，創(chuàng)造條件使微小的水珠聚結(jié)變大，加速水滴沉降的油水分離過程。二、破乳劑對原油電脫鹽的作

3、用微小水珠聚結(jié)變大成大水滴的主要障礙是其表面有一層堅固的乳化膜，而破乳劑具有親水親油兩種基因結(jié)構，它比乳化劑形成乳化膜具有更小的表面張力和更高的表面活性，使用破乳劑更可破壞乳狀液的穩(wěn)定性，使小水珠易于聚結(jié)。乳化液的具體特性與原油及其中存在的乳化劑有關，目前國內(nèi)外尚無廣譜效力的破乳劑可供工業(yè)上通用，因而對每一種原油而言，均要通過具體的實驗評價，才能選出一種（或幾種）有針對性的有效破乳劑型號，其評選的標準是破乳速度快，油水界面清楚，脫后油中含水少，脫出水中含油少，用量少，價格低，毒性小。在特殊情況下，也有采用幾種破乳劑按一定比例進行復配的方法，對付某些原油，破乳效果比使用單一破乳劑效果好。三、電場

4、對原油電脫鹽的作用原油中乳化液比較穩(wěn)定，單憑破乳劑的熱化學沉降方法往往達不到脫鹽要求，且耗費時間，設備也過于龐大。實驗證明：施加一定強度的電場，對加快原油脫水有非常明顯的作用。原油中乳狀液的微小水珠無論在交流還是直流電場中，都會因感生而產(chǎn)生誘導偶級子，順電場方向的兩端帶上不同電荷，接觸電級的還會帶上靜電荷。在電場作用下，微小水珠的運動速度加快，動能增加，在互相碰撞中，具動能和靜電引力勢能便能服乳化膜的障礙而彼此迅速聚結(jié)起來，變成較大水滴，加速沉降和油水分離。研究結(jié)果表明：在原油中大小相當?shù)膬蓚€球狀水珠之間的靜電引力可以表示為：F=6KE2r2r/L4式中：F為等徑小水珠間的靜電引力K為由油與水

5、介電常數(shù)決定的常數(shù)E為電場強度r水珠的半徑L為兩水珠間的中心間距從上式可以看出，聚結(jié)力F與電場強度E的平方，水珠自身半徑r的平方和（r/L）比值的四次方成正比，這說明，電場強度對水珠的聚結(jié)力又會有更急劇的增加。研究還證實：電場強度不宜過高，否則不僅耗電量增大，還會使大水滴產(chǎn)生電分散的相反效果，不利于聚結(jié)，因而電場強度應當根據(jù)實際油品和設備工況，合理選擇控制，一般推薦強電場的強度為6002000V/cm之間。四、溫度對原油電脫鹽的影響原油被加熱升溫，粘度顯著下降，水滴在其中運動的所受阻力減少，運動速度加快，互相碰撞機會增多，不僅聚結(jié)傾向增大，而且大的水滴的沉降速度也明顯加快，同時，某些乳化劑在原

6、油中的溶解度增大，引起乳化膜自行破壞，所有這些，均有利于原油破乳而脫出水和鹽。但是。溫度超過一定限度，油水界面表面張力減小，電分散加劇，使臨界水滴的直徑減小，水滴沉降速度降低，尤其對于使用水溶性破乳劑的情況下，在其溫高達濁點溫度時，具破乳作用也急劇下降，因而電脫鹽的油溫要合理選擇，結(jié)合技術經(jīng)濟指標來確定，一般情況下，電脫鹽的溫度隨著原油密度變大而提高。五、注水與混合對原油電脫鹽的作用向電脫鹽裝置的原油注水，目的在于稀釋原油中所含水的鹽濃度和溶解油中結(jié)晶狀的鹽并增大水滴的直徑，使脫后原油含水量達到規(guī)定指標時，可以大大減少脫后油中的含鹽量，提高脫鹽率。注水的水質(zhì)要求有三項指標：含鹽量、含氧量和PH

7、值。水質(zhì)含鹽，明顯對原油電脫鹽不利；水質(zhì)含氧量高，容易引起設備本身的腐蝕；水質(zhì)PH值高于8時，將使環(huán)烷酸等有機酸類轉(zhuǎn)變成具有活性的乳化劑，加劇乳化或排水帶油。注入之水能否充分地分散并與原油均勻混合對電脫鹽裝置的脫鹽效果影響很大，混合強度不足，水在油中沒有充分的分散，注水達不到洗滌鹽的作用，但是混合強度太大，可能造成油水過乳化，不僅耗能增大，而且脫水脫鹽效果也下降，一般控制混合到水被分散為30左右的小水珠較為合適。綜上所述，要獲得最佳的電脫鹽效果，必須全面考慮以上各種因素的特點，它們對電脫鹽過程各有其特殊的貢獻，又有一定的約束，而且互相間又互相影響，互相補充，只有根據(jù)實際情況合理配合，控制好各項

8、操作參數(shù)，才能達到預期目的。原油電脫鹽原理的工業(yè)實現(xiàn)原油電脫鹽原理應用于工業(yè)生產(chǎn)，具裝置的設計和實施要根據(jù)各煉油廠進廠原油的性質(zhì)，加工處理量及對脫后原油含鹽量的要求指標，結(jié)合各項技術措施對電脫鹽效果的影響特性進行工藝設計，設備選型配置和優(yōu)選整定操作參數(shù)。各煉油廠具體的電脫鹽裝置均有差異，但在投資能力范圍內(nèi)都力致于采用最先進的技術和設備進行不斷改造，以達到最佳的脫鹽效果。典型的兩極電脫鹽裝置的基本工藝流程如圖一所示。如圖：一、原油流程和電脫鹽罐1 .電脫鹽裝置一般設在原油常減壓蒸儲裝置的換熱系統(tǒng)中，原油經(jīng)過換熱，達到合適的脫鹽溫度后進入電脫鹽罐。根據(jù)進廠原油含鹽量大小和后工序加工處理裝置對原油含

9、鹽量的要求指標不同，可設一級、兩極甚至三級電脫鹽罐。原油流程除考慮正常操作外，還應設單開單停，切除其中某一級的可能，且設有事故退油線。2 .電脫鹽罐是電脫鹽裝置最主要的設備。罐體形式有多種，目前一般趨于采用臥式罐，罐體材料多采用16Mn鋼，壁厚由罐體的耐壓指標確定，其尺寸主要取決于原油的處理量和原油在罐內(nèi)電極板之間強電場區(qū)域的停留時間，以保證脫水脫鹽效果。通常有2600mM5000mm,2800mmX7000mm,3000mmX10000mm,3000mmX17000mm32003400mM2100mm不同規(guī)格系列，以適應于7X10T/a250X10T/a的大最大處理量。3 .罐體上部沿軸向設

10、置開口向上小孔的聚合器管，脫后原油在罐上方軸向均勻流入集合器，然后導出油罐出口。4 .罐體下部設置油路分配器與原油入口相連，無論采用管式分配器還是采用適合于粘度大且雜質(zhì)多的重質(zhì)原油的倒槽式分配器，均以能夠?qū)⒃妥怨薜撞烤鶆蚍植歼M入罐為設計原則，以保障減小頁面的無規(guī)則攏動對電場穩(wěn)定性的影響。5 .罐體下部兩側(cè)設有不停工吹掃反沖洗裝置，在操作中定期將沉積在罐底部污泥狀雜質(zhì)吹起隨排水管排出，以保持脫鹽罐中部水相空間和避免泥砂雜質(zhì)對其他管口的堵塞。6 .罐體下部分為集水區(qū)，原油脫出的含鹽水在此區(qū)停留約1020分鐘，經(jīng)由罐下部設有沿軸向分布并向下開孔的排水管排出罐體。二、高壓電場的建立1 .電脫鹽的電能

11、由專用的防爆式全阻抗電脫鹽變壓器提供，它具有獨特的輸入輸出特性，由于它在一次回路中串聯(lián)有全阻抗電抗器，使它能在電脫鹽裝置投運中，無論是瞬間極板間拉“水鏈”還是長時間短路均能自適應調(diào)壓而不因超載而跳閘，電脫鹽實際工藝工程需要這種供電特性，而這又是一股電力變壓器所不具備的。國家防爆式全阻抗電脫鹽變壓器的產(chǎn)品有單相式也有三相式，容量從50KVA/19KVSJ160KVA/35KV整個系列，完全可以滿足國內(nèi)各煉油廠各種規(guī)模處理量的選用要求。通常流量應當留有富裕量，其實實際操作時的電流為變壓器額定電流的3050為宜。目前國內(nèi)外煉油廠的電脫鹽基本上都采用交流供電方式，也有少數(shù)的廠家試用雙半波脈動直流供電方

12、式。2 .高電壓引入裝置電脫鹽變壓器輸出的高壓電通過柔性連接電纜接到安裝在罐體頂部的聚四氟乙烯高電壓引入棒送至罐內(nèi)。罐體的高電壓引入口的結(jié)構與引入棒的材質(zhì)結(jié)構及加工制造工藝直接影響這部分的機械和電氣性能指標，并與生產(chǎn)安全密切相關，過去由于這部分的性能欠缺而導致高壓擊穿噴油起火的事故并不罕見。這今年經(jīng)過攻關和改進，改善不均勻電場分布，減少引入口邊緣效應和尖端效應，增粗棒體直徑，采用粉云母包繞電極，用高壓和熱收縮工藝成型，并用材質(zhì)為A3的密封帽等一系列新技術措施，是這部分組件在耐高溫，耐機械壓力，耐高壓的絕緣強度和耐老化等性能方面有足夠的極限指標富裕度，經(jīng)實踐證明運行穩(wěn)定安全可能。3 .組裝式電極

13、板在電脫鹽罐內(nèi)，根據(jù)具體設計裝有二層或三層電極板，以建立高壓電場，每層極板根據(jù)罐容器的容積和電場強度分布的要求設計合理的平面尺寸，在工字鋼和矩形槽鋼上，等間距分布固定18的冷拔無縫鋼管組成電極板，高壓電從引入棒通過導電彈簧座加到電極板上，極板之間是通過聚四氟乙烯棒支撐（或吊掛）調(diào)整控制其層間垂直距離，它與電脫鹽變壓器的高壓輸出電壓配合整定，使其空間和建立的電場強度滿足最佳脫鹽效果的要求。使用聚四氟乙烯材料制作支撐（或吊掛）棒，具有絕緣強度高，介電常數(shù)比普通電瓷材料低，且與油水乳化液的介電常數(shù)相近，且其耐溫，抗壓，抗拉性能均能滿足罐內(nèi)工況的要求，是一種比較理想的極板絕緣組件材料。三、注水與混合裝

14、置原油電脫鹽是一個水洗過程，為了將鹽從原油中洗出來，注入水的水質(zhì)就有指標要求。注入水既然是為了洗鹽，其本身應當不含鹽或低含鹽是顯而易見的。通過采用在二級罐注入新鮮水，而用二級罐脫出水回注到一級罐的方案是為了節(jié)約用水和利用余熱及減少排污水量。水質(zhì)的PH值對脫鹽效果的影響很顯著，提倡PH值約為6.5,至少應當8。水質(zhì)呈微堿性有利于破壞乳化膜，有利于有機鹽的脫除，而呈微酸性則有利于鈣鹽的脫除，在加工環(huán)烷酸基原油時，它有利于防止環(huán)烷酸鈉作為乳化劑的產(chǎn)生。因而，各煉油廠應根據(jù)進廠原油的性質(zhì)特點來確定水質(zhì)PH值控制的標準。注水的溫度以接近電脫鹽罐油溫為宜，這有利于水在油中的分散并與油混合，新鮮水的注水點選

15、擇，提倡在原油換熱前先注入一部分水（約11.5）經(jīng)過換熱系統(tǒng)提供充分接觸時間，有利于溶解其中的結(jié)晶鹽，又有利于防止因溫度上升而引起的換熱器結(jié)垢。油水均勻混合并達到如何的程度對脫鹽效果關系密切?；旌喜蛔悖焕谙♂尯}水的濃度，明顯影響洗滌脫鹽的效果；混合過度造成過乳化，也不利于脫鹽，且可能造成切水帶油。采用靜態(tài)混合器作預混，再用混合閥作二次補充混合的串聯(lián)混合方式是一種很有效的方案，其優(yōu)點是混合強度可靈活調(diào)節(jié)，混合壓力損耗小，結(jié)構密封性能好，拆卸方便，當原油性質(zhì)和其他操作條件相對穩(wěn)定時，這種串聯(lián)式混合調(diào)節(jié)裝置的投用對脫鹽效果有明顯的改善。四、破乳劑的使用油田脫水注水的破乳劑往往是過量的，如果使用

16、的是油溶性破乳劑，殘留的過量部分仍將發(fā)揮破乳作用，這種延遲反應在錦西煉化總廠電脫鹽攻關試驗中已得到證實。因而煉油廠對進廠原油分析時要考慮這個因素，目前還無法單憑理化指標來確定適用于某種原油的破乳劑，通常都要經(jīng)過具體的實驗來評選才能確定適用的破乳劑型號和用量。通常電脫鹽裝置配套有專用的破乳劑配制罐，認真嚴格配置破乳劑液的濃度，才能通過計量泵控制對原油注入合適的破乳劑用量。五、油水界面控制再拖油罐內(nèi)，油與水的分布從罐體圓柱剖截面看，自下而上可分為五層狀態(tài)（以雙層電極板為例）：第一層（在罐最底部）為凈水層，從原油乳狀液脫出的含鹽水的細小油滴進一步聚結(jié)上浮，僅有極少數(shù)的細小油滴隨鹽水由此從出水口排出。

17、第二層是水，原油乳狀液自罐下部分配管孔均勻噴出，以自由滴狀通過水層向上浮，原油在整個水平截面均勻分布，并讓原油或水中的乳化劑利用這段時間（約幾十秒）繼續(xù)向油水界面移動，提高破乳劑的破乳作用。第三層為弱電場層，含有微小水滴的原油乳狀液向上升，在電場作用下，從上部來的和本層聚結(jié)的大水滴往下降，所以在弱電場區(qū)中原油含水量自上而下逐漸增大，其導電率也從上而下逐漸增高，而電場強度從上往下逐漸減小，電場的不均勻分布和大水滴的存在又進一步改變它的電場梯度，使水滴間的聚結(jié)力大大增強，水滴的運動速度加大，碰撞機會增多。所以在弱電場區(qū)，可以使大部分水滴聚結(jié)下沉。弱電場下部是乳化層，電導率顯著增大，它的狀況對電場的

18、平衡操作影響很大，弱電場是電脫鹽過程中的一個重要環(huán)節(jié)。第四層是強電場油層，在兩層電極板之間，此層的電場強度高，靜電聚結(jié)作用強，是決定原油脫水情況，從而決定原油脫鹽率高低關鍵的一層，它在垂直方向上，其原油含水量，電導率的變化及電場強度的分布與弱電場有相似之處。第五層（罐上部）是凈化油層，脫后原油在此層均勻?qū)С?。要使脫鹽罐內(nèi)油水按上述理想的分布來達到滿意的脫鹽效果，浮動的乳化層油水界面控制是關鍵的一環(huán)。以油水密度差為原理的界面控制設備有浮力式和差壓式兩類，均可自動控制其界面的高度。在實際生產(chǎn)中，為了達到準確控制油水界面的目的，經(jīng)常同時采用上述兩種設備，進行互相對比控制，一旦儀器進入穩(wěn)定正常狀態(tài)，單

19、開也是一種可取的方式。近年推出的短波吸收式界面檢測裝置也是一種可供選擇的控制方式。六、罐內(nèi)壓力的控制壓力對原油電脫鹽本身影響不大，控制電脫鹽的壓力是為了防止在操作溫度下，不使罐內(nèi)原油或水的汽化而產(chǎn)生氣體，影響正常操作，給生產(chǎn)帶來不安全因素，所以，規(guī)定的操作壓力要比溫度下原油飽和蒸汽壓和水的飽和蒸汽壓高出一定值。一般電脫鹽裝置都設在常減壓換熱流程中，由電脫鹽罐后部的阻力和原油泵出口壓力所決定的電脫鹽罐內(nèi)壓力均能滿足上述要求，但對于加工規(guī)模小的常減壓裝置和換熱流程簡單的常減壓裝置，則應注意操作壓力的控制以防止脫鹽罐內(nèi)有汽化產(chǎn)生。七、采樣分析操作時，采樣分析含鹽與含水狀況對指導操作，確定工藝參數(shù)十分必要。采樣時，原油由操作壓力突然下降至常壓，處在100多度操作溫度下，原油中的輕組分和水將因蒸發(fā)而使分析不準確。因旋轉(zhuǎn)采樣器常與冷卻器配合使用，為使采樣準確，防止因放樣而污染環(huán)境，推薦采用循環(huán)方法采樣，油樣經(jīng)采樣冷卻器引至采樣點，平時油路常通，不加冷卻，僅當采樣時先開冷卻水，后采樣。原油含鹽量的分析方法有多種，如容量滴定法，電位滴定法，電導法，電流法，微庫侖電量法及光譜法。原油含水量的分析方法有蒸儲法，離心法，電容法，卡氏電量法和卡爾費休法及在線分析的短波法和微波法等，均可供