電脫水、電脫鹽

1、第四節(jié) 電脫水、電脫鹽工藝設(shè)計(jì)一、 原油脫水和脫鹽的目的及標(biāo)準(zhǔn)1. 原油脫水和脫鹽的目的和方法在石油開(kāi)采過(guò)程中，通常從地下采出的原油含有水或鹽，并隨著開(kāi)采年限的增加與注水開(kāi)發(fā)，油井產(chǎn)水量也會(huì)不斷地增加直到開(kāi)采失去經(jīng)濟(jì)價(jià)值而廢棄該油井。如果在生產(chǎn)過(guò)程中原油不進(jìn)行脫水處理，一方面含水量較高會(huì)增加原油在生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中設(shè)備容量，增加了開(kāi)發(fā)過(guò)程中的成本；另一方面不能滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)含水量要求。如果達(dá)不到用戶(hù)的要求，就會(huì)降低原油的銷(xiāo)售價(jià)格或失去該原油產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。脫水的最終目的是分離出油水混合液中的污水及雜質(zhì)，以獲得合格的商品原油，達(dá)到原油銷(xiāo)售的含水標(biāo)準(zhǔn)。常見(jiàn)的原油脫水的方法主要有：重力沉降、加熱

2、沉降、化學(xué)脫水、電脫水與電化學(xué)脫水等。這幾種脫水方法在海上油田開(kāi)發(fā)中均被采用，大多數(shù)的情況下是兩種或以上的方法組合使用。具體采用何種流程和方法可根據(jù)油品性質(zhì)、含水率及乳化程度、油田工程方案具體情況，通過(guò)試驗(yàn)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比確定。由于電化學(xué)脫水具有破乳能力強(qiáng)，脫水效率高，占地面積小等特點(diǎn)，在海上油田中得到了廣泛的應(yīng)用。原油含鹽量過(guò)高不僅會(huì)增加原油在處理、運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中設(shè)備或管道的腐蝕，更重要的是對(duì)下游煉油廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，含鹽量過(guò)高不能進(jìn)入煉廠(chǎng)進(jìn)行直接加工煉制。一般情況下，煉廠(chǎng)在買(mǎi)入原油時(shí)要規(guī)定原油含鹽量指標(biāo)。在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)原油中的含水量和水中的含鹽量，計(jì)算確定最終原油中的含鹽量是否低于規(guī)定的指

3、標(biāo)，如果不能滿(mǎn)足要求，則應(yīng)采取經(jīng)濟(jì)有效的工藝方法，使原油中的含鹽量低于規(guī)定的指標(biāo)。脫鹽工藝主要利用原油中的鹽易溶解于淡水中的原理，采用淡水“沖洗”含鹽原油的方法。由于原油中鹽溶于水中，在脫水的同時(shí)也脫除了大部分的鹽。原油含水量減少，鹽含量也相應(yīng)地減少，并最終能滿(mǎn)足用戶(hù)要求。從理論上看，原油產(chǎn)品含水量越低，則其含鹽量就越小；沖洗后水中鹽濃度越低，則其含鹽量就越小。所以，對(duì)于含鹽原油脫水越干凈，沖洗水及沖洗次數(shù)越多，最終原油含鹽量越低，但這會(huì)大大增加生產(chǎn)成本，一般會(huì)考慮采用最經(jīng)濟(jì)的工藝處理方案達(dá)到能滿(mǎn)足用戶(hù)需要即可。2. 原油脫水和脫鹽的標(biāo)準(zhǔn)按我國(guó)現(xiàn)行的石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)原油電脫水設(shè)計(jì)規(guī)范（SY/

4、T 0045-1999），對(duì)脫水原油的水含量標(biāo)準(zhǔn)按輕質(zhì)原油（20時(shí)，密度小于或等于0.8650g/cm3）、中質(zhì)原油（20時(shí)，密度為0.86510.9160g/cm3）、重質(zhì)原油（20時(shí)，密度為0.91610.9960g/cm3）分為三個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即為：對(duì)于輕質(zhì)原油的脫水原油，其含水量指標(biāo)應(yīng)小于或等于0.5%（質(zhì)量）；對(duì)于中質(zhì)原油的脫水原油，其含水量指標(biāo)應(yīng)小于或等于1%（質(zhì)量）；對(duì)于重質(zhì)原油的脫水原油，其含水量指標(biāo)應(yīng)小于或等于2%（質(zhì)量）；但按照1988年石油行業(yè)頒布的出礦原油技術(shù)條件（SY 7513-88），石蠟基原油含水量不大于0.5%（質(zhì)量），中間基原油不大于1.0%（質(zhì)量），環(huán)烷基原油

5、不大于2.0%（質(zhì)量）。國(guó)際上每個(gè)國(guó)家或企業(yè)也有各自不同的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。原油脫鹽的目的是分離出原油中的鹽雜質(zhì)，降低原油中鹽含量以獲得合格的凈化商品原油，滿(mǎn)足用戶(hù)要求，同時(shí)脫鹽與脫水往往是同時(shí)進(jìn)行的，而脫水/脫鹽后原油含鹽量的多少以及是否需要脫鹽工藝要根據(jù)具體用戶(hù)或消費(fèi)者而定。美國(guó)雪夫龍石油公司編制的海上油氣田工程設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)中提到大多數(shù)煉廠(chǎng)購(gòu)買(mǎi)的原油中含有10PTB（0.028 kg/m3）至20PTB（0.057 kg/m3）的鹽，而將此種原油注入原油蒸餾釜前需進(jìn)行脫鹽處理，使其含鹽量降至1 PTB（0.003 kg/m3）至5PTB（0.014 kg/m3）。目前原油脫鹽還沒(méi)有形成統(tǒng)一的國(guó)際規(guī)

6、定，但是我們可以根據(jù)相關(guān)的石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于合格原油的定義來(lái)確定。通常我們認(rèn)為合格原油的含鹽量標(biāo)準(zhǔn)為：含鹽量小于57mg/L（相當(dāng)于0.057kg/m3）；國(guó)際上通常將原油的含鹽量小于20 PTB（0.057 kg/m3）作為合格原油的含鹽量指標(biāo)，但該含鹽量指標(biāo)是一個(gè)參考指標(biāo)，具體是否需進(jìn)行脫鹽工藝需結(jié)合原油含水和水中含鹽量具體確定。上述標(biāo)準(zhǔn)是在工藝設(shè)計(jì)時(shí)或在前期研究階段應(yīng)予遵循和考慮的，但在工藝方案的最終確定階段，應(yīng)與原油銷(xiāo)售部門(mén)緊密結(jié)合，根據(jù)原油的銷(xiāo)售去向和用途，共同確定經(jīng)濟(jì)合理、適合原油特性的處理指標(biāo)。二、 原油電脫水和脫鹽的機(jī)理1. 原油電脫水的機(jī)理電脫水的過(guò)程也就是乳化原油在高壓電場(chǎng)

7、力（交、直流電場(chǎng)）的作用下經(jīng)過(guò)破乳、聚結(jié)、沉降，使原油與水分離的過(guò)程。其基本原理是破壞乳化液油水界面膜的穩(wěn)定性，使其破裂，促進(jìn)水顆粒凝聚成大水滴，借助油水密度差將水從原油中沉降下來(lái)。電脫水器聚結(jié)段的有電柵極可誘導(dǎo)水滴間偶極子的吸引，從而增加它們足夠大的相互碰撞機(jī)會(huì)而達(dá)到聚結(jié)的目的。具體機(jī)理是將原油乳狀液置于高壓直流或交流電場(chǎng)中，由于電場(chǎng)對(duì)水滴的作用，使水滴發(fā)生變形并產(chǎn)生靜電力。水滴變形可削弱乳化膜的機(jī)械強(qiáng)度，靜電力可使水滴的運(yùn)動(dòng)速度增大，動(dòng)能增大，促進(jìn)水滴碰撞，而碰撞時(shí)其動(dòng)能和靜電力位能便能夠克服乳化膜的障礙而彼此聚結(jié)成粒徑較大的水滴，在原油中沉降分離出來(lái)。水滴在電場(chǎng)中聚結(jié)主要有三種方式，即電

8、泳聚結(jié)、偶極聚結(jié)和振蕩聚結(jié)。1) 電泳聚結(jié)根據(jù)異性電相吸引的原理，在直流電場(chǎng)中，水滴移向與其本身電荷電性相反的電極，此現(xiàn)象稱(chēng)為電泳。由于原油中各種粒徑水滴的界面上都帶有同性電荷，故原油乳狀液中全部水滴，將以相同的方向運(yùn)動(dòng)。在電泳過(guò)程中，水滴受原油的阻力作用產(chǎn)生拉長(zhǎng)變形，并使界面膜機(jī)械強(qiáng)度削弱，同時(shí)因水滴大小不等、所帶的電量不同和運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力各異，故各水滴在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)速度不同，水滴發(fā)生碰撞，使削弱的界面膜破裂，水滴合并增大，從原油中沉降分出。未發(fā)生碰撞合并或碰撞合并后還不足以沉降的水滴將運(yùn)動(dòng)至與水滴相反的電極區(qū)附近。由于水滴在電極區(qū)附近密集，增加了水滴碰撞合并的機(jī)率，使原油中大量小水滴主要在

9、電極區(qū)附近分出。電泳過(guò)程中水滴的碰撞、合并稱(chēng)為電泳聚結(jié)。2) 偶極聚結(jié)在高壓直流或交流電場(chǎng)中，原油乳狀液中水滴受電場(chǎng)力的極化和靜電感應(yīng)，使水滴兩端帶上不同極性的電荷即形成誘導(dǎo)偶極。因?yàn)樗蝺啥送瑫r(shí)受正負(fù)電極的吸引，在水滴上作用的合力為零，水滴除產(chǎn)生拉長(zhǎng)變形外，在電場(chǎng)中不產(chǎn)生像電泳那樣的運(yùn)動(dòng)，但水滴的變形削弱了界面膜的機(jī)械強(qiáng)度，特別在水滴兩端界面膜的機(jī)械強(qiáng)度最弱。原油乳狀液中許多兩端帶電的水滴像電偶極子一樣，在外加電場(chǎng)中以電力線(xiàn)方向呈直線(xiàn)排列形成“水鏈”，相鄰水滴的正負(fù)偶極相互吸引，電的吸引力使水滴相互碰撞，合并成大水滴，從原油中沉降分離出來(lái)。這種聚結(jié)方式稱(chēng)為偶極聚結(jié)，偶極聚結(jié)是在整個(gè)電場(chǎng)中進(jìn)行

10、的。3) 振蕩聚結(jié)在工頻交流電場(chǎng)中，電場(chǎng)方向每秒改變50次，水滴內(nèi)各種正負(fù)離子不斷地作周期的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使水滴兩端的電荷極性發(fā)生相應(yīng)的變化。離子的往復(fù)運(yùn)動(dòng)使水滴界面膜不斷的受到?jīng)_擊，使其機(jī)械強(qiáng)度降低甚至破裂，水滴相撞而聚結(jié)成大水滴，從原油中分離出來(lái)。這種聚結(jié)方式稱(chēng)為振蕩聚結(jié)，振蕩聚結(jié)是在整個(gè)電場(chǎng)中進(jìn)行的。原油乳狀液在交流電場(chǎng)中，水滴以偶極聚結(jié)和振蕩聚結(jié)為主；在直流電場(chǎng)中，水滴以電泳聚結(jié)為主，偶極聚結(jié)為輔。過(guò)高的電場(chǎng)強(qiáng)度還會(huì)使水滴發(fā)生電分散作用，即由于水滴偶極矩的增大，其變形加劇，橢球形水滴兩端受電場(chǎng)拉力過(guò)大而導(dǎo)致分裂。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度大于4.8kV/cm時(shí)，將有電分散發(fā)生。電分散時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度與油水間的

11、界面張力有關(guān)，因此任何使油水界面張力降低的因素，如脫水溫度的增高，化學(xué)破乳劑的使用，均導(dǎo)致電場(chǎng)對(duì)水滴的相對(duì)作用增強(qiáng)，使產(chǎn)生電分散時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度值降低。電脫水和脫鹽所使用的電場(chǎng)包括交流（AC）、直流（DC）和交直流電場(chǎng)，表2-3-21是三種電場(chǎng)的適用條件、工作方式和優(yōu)缺點(diǎn)情況比較；圖2-3-36 是直流電和雙電場(chǎng)脫水的供電示意圖。原油乳狀液采用電破乳方法脫水時(shí)，應(yīng)充分利用化學(xué)破乳劑的作用，提高脫水效果。由于各種原油性質(zhì)不同，其形成乳狀液性質(zhì)也不同，需要選擇不同品種的化學(xué)破乳劑與之相匹配才能有較好的破乳效果。選擇破乳劑的品種和用量應(yīng)通過(guò)室內(nèi)破乳劑試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，根據(jù)成本和效能合理的原則確定。2.

12、 原油脫鹽的機(jī)理原油脫鹽通常采用水洗的方法。原油脫鹽的機(jī)理是利用鹽易溶解于水的特點(diǎn)，用淡水稀釋原油中的鹽分，使得水中含鹽濃度降低，再經(jīng)過(guò)脫水后，殘留的水中鹽的濃度也較低，從而達(dá)到所規(guī)定的要求。由于鹽基本上以伴生水的溶解鹽形式出現(xiàn)，因此原油的最終含鹽量可以通過(guò)原油所含水量和剩余水中的含鹽量多少通過(guò)公式計(jì)算來(lái)確定。表2-3-21 AC、DC和交直流電場(chǎng)的技術(shù)特征電場(chǎng)適用條件工作方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)AC電場(chǎng)處理較高含水原油和處理集結(jié)在油水界面附近的大顆粒水珠以偶極聚結(jié)和振蕩聚結(jié)為主水滴界面受到的振蕩力較大，使脫出水清澈，水中含油率較少；電路簡(jiǎn)單，無(wú)需整流設(shè)備；電流方向頻繁變化，電解反應(yīng)是可逆的，而且?guī)щ婎w粒

13、移動(dòng)受到抑制，與設(shè)備難以形成金屬/電解液回路；不會(huì)造成設(shè)備腐蝕。脫水后其凈化有含水率較高；施加于電極上電壓每一個(gè)周期內(nèi)只有兩個(gè)瞬間使電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到最大值，故其效率較低；原油乳狀液的處理量較低；水滴容易排列成許多水鏈?zhǔn)闺妶?chǎng)發(fā)生短路，操作不穩(wěn)定；單位原油乳狀液的耗電量高DC電場(chǎng)處理含水率較低的原油乳狀液以電泳聚結(jié)為主，偶極聚結(jié)為輔電場(chǎng)方向不變，帶某種電荷的顆粒會(huì)向其相反極性的電極移動(dòng)，帶不同電荷的顆粒的運(yùn)動(dòng)就會(huì)形成逆向移動(dòng)，發(fā)生碰撞并聚結(jié)的機(jī)會(huì)多，脫水效果好，適合處理較小的水顆粒由于電場(chǎng)方向不變，設(shè)備與帶電液體間形成金屬/電解液回路，電解反應(yīng)是不可逆和連續(xù)的，設(shè)備很可能因腐蝕而嚴(yán)重破壞交直流雙電場(chǎng)在

14、含水率較高的脫水器中下部建立交流電場(chǎng)；在含水率較低的脫水器中上部建立直流電場(chǎng)電泳聚結(jié)、偶極聚結(jié)和振蕩聚結(jié)，雙電場(chǎng)脫水法能提高凈化原油的質(zhì)量擴(kuò)大了原油種類(lèi)處理范圍；脫水深度高于單一的電場(chǎng)脫水深度；增加了顆粒結(jié)合反應(yīng)機(jī)會(huì)，相對(duì)來(lái)說(shuō)，增加原油處理量；加強(qiáng)破乳化水薄膜的力度；在處理不穩(wěn)定時(shí)，至少保留AC電場(chǎng)的作用；由于A(yíng)C電場(chǎng)存在于電極板與整個(gè)罐體之間，形成對(duì)罐體的電化學(xué)腐蝕的保護(hù)當(dāng)處理不穩(wěn)定時(shí)，會(huì)失去DC電場(chǎng)作用圖2-3-36 直流電和雙電場(chǎng)脫水的供電示意圖（a） 直流電脫水的供電 （b）雙電場(chǎng)脫水的供電KG-調(diào)整初級(jí)線(xiàn)圈電壓的可控硅 B-脫水變壓器 ZL-整流硅堆 TS-脫水器三、 原油電脫水和脫

15、鹽工藝參數(shù)的確定電脫水器和電脫鹽都是油氣水處理系統(tǒng)中的重要設(shè)備，在常規(guī)工藝中，它們是兩個(gè)獨(dú)立的處理系統(tǒng)，分別完成各自的電脫水和脫鹽任務(wù)。電脫鹽工藝要增加一套原油與淡水混合設(shè)備，該設(shè)備的作用是加入淡水去“沖洗”原油，便于淡水吸收原油中的鹽。1. 原油電脫水主要工藝參數(shù)的確定原油電脫水主要工藝參數(shù)包括：操作溫度、操作壓力及乳化原油的停留時(shí)間、功率等。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：1) 原油電脫水工藝適宜處理含水小于30%的原油。如果原油乳狀液的含水率太高，例如超過(guò)40%50%時(shí)，由于乳狀液電導(dǎo)率的上升，不易維持穩(wěn)定的電場(chǎng)，使脫水質(zhì)量急劇降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生電擊穿，使電脫水器操作不穩(wěn)定，造成事故發(fā)生。因

16、而，對(duì)高含水率原油乳狀液往往采用二段脫水，即先用沉降或熱化學(xué)脫出部分的水后再進(jìn)電脫水器進(jìn)一步降低原油含水率。2) 電脫水操作溫度應(yīng)根據(jù)原油的粘溫特性確定，宜使原油的運(yùn)動(dòng)粘度在低于50mm2/s的條件下進(jìn)行脫水。溫度對(duì)乳化原油穩(wěn)定性有很大影響，隨著溫度的增高，乳化原油穩(wěn)定性下降。其主要原因?yàn)椋喝榛偷闹饕榛瘎鐬r青質(zhì)、膠質(zhì)、石蠟等，在原油中的溶解度增加，減弱了由這些乳化劑構(gòu)成的內(nèi)相顆粒界面膜機(jī)械強(qiáng)度，使水滴易于在相互碰撞時(shí)合并下沉；有助于破乳劑彌散；可以增加破乳劑地反應(yīng)能力；內(nèi)相顆粒體積膨脹，使界面膜變薄，機(jī)械強(qiáng)度減弱；加強(qiáng)了內(nèi)相顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)，增加了相互碰撞合并成大顆粒的幾率；油水體積膨

17、脹系數(shù)不同，原有體積膨脹系數(shù)較大，使水和油的密度差增大，水滴易于在油相中下沉；降低了原油的粘度，水滴易于沉降。由此可見(jiàn)，對(duì)乳化原油加熱，能使乳化原油穩(wěn)定性降低，有利于原油脫水。但是加熱需要消耗燃料；增加原油的蒸汽壓，從而增加原油集輸過(guò)程中的原油蒸發(fā)損耗；加熱使乳化原油平均體積電導(dǎo)率增加，增加了電脫水過(guò)程中的電耗；加熱還使得水滴的電分散加劇。因此，選擇合適的電脫水溫度很重要。實(shí)踐證明，原油的粘溫特性與原有電脫水的效果有密切關(guān)系，當(dāng)原油在粘度為50mm2/s以下進(jìn)行電脫水時(shí)，各種原油基本上均可獲得很好的脫水效果。所以電脫水操作溫度的確定，以使原油的粘度低于50mm2/s為條件?？傊?，應(yīng)本著節(jié)能的原

18、則，在達(dá)到脫水質(zhì)量的前提下，盡可能對(duì)乳化原油少加熱或不加熱。3) 電脫水器操作壓力與原油飽和蒸汽壓有關(guān)。原油電脫水設(shè)計(jì)規(guī)范（SY/T0045-1999）中規(guī)定：在設(shè)計(jì)時(shí)電脫水器操作壓力應(yīng)比操作溫度下的原油飽和蒸汽壓高0.15MPa。在海上油田電脫水器設(shè)計(jì)時(shí)通常也按此規(guī)范執(zhí)行，但需要考慮原油工藝處理流程實(shí)際情況，綜合考慮電脫水器操作壓力。雖然電脫水器的操作壓力對(duì)電脫水過(guò)程的諸因素沒(méi)有直接影響，但根據(jù)原油在電脫水器之后進(jìn)入不同的單元而選擇合適的操作壓力。如果原油處理流程經(jīng)電脫水器后直接進(jìn)儲(chǔ)罐或船艙儲(chǔ)存，電脫水器的操作壓力只需滿(mǎn)足原油進(jìn)儲(chǔ)罐或船艙儲(chǔ)存的壓力要求即可；若原油處理流程經(jīng)電脫水器后直接經(jīng)管

19、道外輸，電脫水器的操作壓力可以適當(dāng)提高。電脫水器入口可設(shè)置分氣設(shè)施，脫除少量氣體，但電脫水器的操作壓力不能太低，否則出現(xiàn)大量氣體后會(huì)影響脫水效果。4) 電脫水器的處理能力，應(yīng)根據(jù)原油乳狀液在電脫水器內(nèi)的停留時(shí)間確定。電脫水器的處理能力按下式計(jì)算： （公式2-3-15）式中：V-單臺(tái)電脫水器處理的含水原油體積流量，m3/(h·臺(tái))； Vi-電脫水器空罐容積，m3/臺(tái)； t-選定的含水原油在電脫水器內(nèi)的停留時(shí)間，h。5) 電脫水器的臺(tái)數(shù)應(yīng)按下列原則確定：運(yùn)行臺(tái)數(shù)按下式計(jì)算： （公式2-3-16）式中 n-電脫水器臺(tái)數(shù)，臺(tái)； V-經(jīng)脫水器處理的含水原油體積流量，m3/h； V-單臺(tái)電脫水器

20、處理的含水原油體積流量，m3/(h·臺(tái))6) 原油乳狀液在電脫水器內(nèi)的停留時(shí)間，一般與乳化原油的性質(zhì)有關(guān)。一般的對(duì)于輕質(zhì)、中質(zhì)原油停留時(shí)間為2040min，重質(zhì)原油或稠油停留時(shí)間不宜超過(guò)60min。在設(shè)計(jì)時(shí)最好按電脫試驗(yàn)的數(shù)據(jù)確定。7) 電脫水器的功率按電破乳時(shí)需要加熱到的溫度和處理液量來(lái)確定。8) 電脫水器內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，強(qiáng)電場(chǎng)部分的電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值一般為0.82.0kV/cm；弱電場(chǎng)部分的電場(chǎng)設(shè)計(jì)值一般為0.30.5kV/cm。2. 原油脫鹽工藝參數(shù)的確定原油脫鹽的主要工藝參數(shù)有：原油的含鹽量計(jì)算、稀釋水的量、脫鹽級(jí)數(shù)選擇及壓力、溫度等。脫鹽工藝主要分為單級(jí)脫鹽工藝和二級(jí)循環(huán)的脫

21、鹽工藝。單級(jí)脫鹽工藝具體流程，參見(jiàn)圖2-3-37。二級(jí)循環(huán)的脫鹽工藝是在單級(jí)脫鹽工藝基礎(chǔ)上，將電脫鹽器分別處理后的污水與電脫水器入口原油重新混合，參見(jiàn)圖2-3-38。加入第二級(jí)脫鹽器，可使水再循環(huán)使用，從而減少總的淡水量。圖2-3-37 單級(jí)脫鹽流程圖圖2-3-38 二級(jí)循環(huán)脫鹽流程圖1) 原油的含鹽量計(jì)算原油的含鹽量Z（PTB）可用以下公式確定： （公式2-3-17）式中：Z原油含鹽量，磅/千桶純?cè)?，PTBX1=脫鹽器出口端原油中的水分?jǐn)?shù)，按體積計(jì)算K1=水的含鹽量，磅/桶SGw=含鹽水的比重，若未知，可假設(shè)為1.07K=鹽的濃度，百萬(wàn)分之幾，按重量計(jì)算，ppm2) 稀釋水量的確定處理后的

22、原油含鹽量若超過(guò)規(guī)定要求，則必須在處理過(guò)程中進(jìn)行一級(jí)或多級(jí)脫鹽。為了使含鹽量達(dá)到可接受的標(biāo)準(zhǔn)，可以減少油中殘余水量或可采用淡水稀釋以降低殘余水中的含鹽量，或綜合考慮這兩個(gè)因素。稀釋水也盡可能要與原油混合充分，達(dá)到稀釋鹽分的目的。(1) 單級(jí)脫鹽需要淡水量的計(jì)算單級(jí)脫鹽需要淡水量可以按下面公式求得： （2-3-18） 式中：Z脫鹽器出口油流中每1000桶純油的含鹽量，磅/千桶純?cè)?，PTB A來(lái)流中每1000桶原油中的水量，桶X1來(lái)流中水的分?jǐn)?shù)，按體積計(jì)算K1來(lái)流中每桶水的含鹽量，磅 B脫鹽器出口油流中每1000桶原油中的水，桶X2脫鹽器出口油流中水的分?jǐn)?shù)，按體積計(jì)算C每1000桶原油中進(jìn)脫鹽器

23、入口的水量，桶K3每桶進(jìn)入第一級(jí)脫鹽器水中的總鹽量，磅E稀釋水與產(chǎn)出水的混合效率，以分?jǐn)?shù)表示（假設(shè)為0.8）K2每桶稀釋水中的鹽，磅Y每1000桶原油中所需的稀釋水量，桶根據(jù)公式2-3-18，若單級(jí)脫鹽后原油的含鹽量合格，可以推導(dǎo)出稀釋水的量；計(jì)算公式中X2的取值一般考慮電脫水器脫水后的實(shí)際情況，若采用電脫水器脫水可以將原油中的殘余水含量降低到0.2%0.5%的范圍內(nèi)。在設(shè)計(jì)時(shí)，若試驗(yàn)室測(cè)試的相關(guān)數(shù)據(jù)為國(guó)際單位制，采用上述公式進(jìn)行計(jì)算需要進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換。(2) 兩級(jí)脫鹽需要淡水量的計(jì)算僅用一級(jí)脫鹽工藝來(lái)除去非常高的含鹽量是不實(shí)用和不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)樗璧南♂屗刻?。加入第二?jí)脫鹽器，可使水再循環(huán)使

24、用，從而減少總的淡水量。通常在二級(jí)脫鹽器中，稀釋水是在第二級(jí)脫鹽器前注入原油的，從第二級(jí)脫鹽器底部分離出的排出水在第一級(jí)脫鹽器前循環(huán)至原油來(lái)流中（參見(jiàn)圖2-3-38）。將該水循環(huán)回第一級(jí)入口，便可降低鹽的濃度，而且改進(jìn)了從第一級(jí)出來(lái)的脫水效果。兩級(jí)脫鹽需要的淡水量的計(jì)算方法與單級(jí)脫鹽相同，但二級(jí)脫鹽器入口參數(shù)需選用一級(jí)脫鹽器出口參數(shù)，并利用物質(zhì)平衡原理進(jìn)行計(jì)算。3) 脫鹽工藝級(jí)數(shù)的選擇當(dāng)需要進(jìn)行脫鹽處理時(shí)，必須確定級(jí)數(shù)。級(jí)數(shù)的確定取決于原油性質(zhì)、水中含鹽量、合同要求、是否有沖洗水以及沖洗水的質(zhì)量。確定合適系統(tǒng)的一般步驟如下：(1) 采用傳統(tǒng)的加熱脫水器時(shí)，確定原油的含鹽量（公式2-3-17，正

25、常范圍為原油含0.5%1%的水）。若有實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算時(shí)則可以采用；若無(wú)數(shù)據(jù)，可假設(shè)為1%的水。(2) 將計(jì)算結(jié)果與合同要求相比較。若含鹽量高于規(guī)格書(shū)中所允許的，確定使用電脫水器能達(dá)到的含鹽量（正常范圍為含0.2%0.5%的水）。若無(wú)實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，假設(shè)為0.5%的水。若計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足規(guī)格書(shū)的要求，則無(wú)須進(jìn)一步進(jìn)行處理。若結(jié)果不能滿(mǎn)足規(guī)格書(shū)的要求，必須采用稀釋/沖洗水脫鹽系統(tǒng)。(3) 求出單級(jí)脫鹽系統(tǒng)所需沖洗水。一般而言，沖洗水的體積百分?jǐn)?shù)為3%8%。(4) 確定滿(mǎn)足考慮沖洗水量的脫鹽器尺寸（若所需量合理）。(5) 若單級(jí)脫鹽器尺寸太大，而且所需沖洗水量過(guò)大，則計(jì)算二級(jí)處理器所需沖洗水量。(6)

26、 確定滿(mǎn)足二級(jí)處理能力的脫鹽器的尺寸。(7) 評(píng)價(jià)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性、尺寸、沖洗水量、可獲得的空間以及上述各方案的有關(guān)費(fèi)用，并做出決定。(8) 由于原油脫鹽器的效率隨著脫鹽的多少而變化，因此獲得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)則可優(yōu)化原油脫鹽器的設(shè)計(jì)。脫鹽器的效率、沖洗水量和級(jí)數(shù)均相互關(guān)聯(lián)，因此，設(shè)計(jì)人員必須評(píng)價(jià)由增加幾何尺寸和沖洗水量而增加的費(fèi)用與多級(jí)系統(tǒng)費(fèi)用之間的關(guān)系。4) 稀釋水的壓力、溫度要求稀釋水的壓力、溫度要滿(mǎn)足流程物流平衡。沖洗水壓應(yīng)高于原油1.2×103 kPa（25磅/英寸2），混合閥的壓降一般為0.240.48×103 kPa（510磅/英寸2）。5) 混合效率脫鹽系統(tǒng)最重要的是

27、混合沖洗水和原油的方法及設(shè)備的效率。分散在原油中的沖洗水滴直徑越小，它們與夾帶的鹽水液滴接觸和聚結(jié)的可能性越大。脫鹽系統(tǒng)的混合效率實(shí)際上是產(chǎn)出水與沖洗水混合的百分率。70%85%的混合效率便可認(rèn)為是達(dá)到合理范圍。6) 脫鹽計(jì)算的實(shí)例已知：原油流量=50，000桶/天，原油比重=0.875，入口油溫=80產(chǎn)出水：含鹽量= 3000mg/L，比重=1.02沖洗水：含鹽量=2000ppm脫鹽器出口處：原油含水率=0.5%來(lái)液中：原油含水率=10%處理后達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)：原油含鹽量=10PTB （0.028 kg/m3）解：根據(jù)公式1，計(jì)算脫鹽器出口油流中的含鹽量：K1=磅 PTB因此，為了達(dá)到含鹽量要求，

28、需要將出口油流中的殘留含水率降低至X1=0.093%，工藝處理上通常無(wú)法達(dá)到。因此，需要通過(guò)水沖洗，稀釋并降低殘留水的含鹽量的方法或綜合采用這兩種方法。單級(jí)脫鹽器：將原油含鹽量降低到10PTB，根據(jù)公式2，A=111桶（水），B=5.025桶（水），E=0.8K1=10.71磅（鹽），K2=0.7磅（鹽）K3 =1.99，K3 =所以，Y=936.8桶（水）/1000桶純油，所需的稀釋水=936.8×50=46842桶水/天當(dāng)電脫鹽器的出口含水率降低時(shí)（由5%降為0.2%），所需的稀釋水量可大大降低，B=2.00桶（水）, K3 =5.00，Y=183.9桶（水）所需的稀釋水=183

29、.9×50=9196桶水/天可以看出，當(dāng)電脫鹽器的出口含水率由5%降低到0.2%時(shí)，可以減少80%的稀釋水量。若還無(wú)法接受所需稀釋水量，可以考慮多級(jí)脫鹽工藝，降低稀釋的水量。具體計(jì)算參考美國(guó)雪夫龍公司海上油氣田工程設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)（第九分冊(cè)）原油脫鹽工藝計(jì)算部分內(nèi)容。四、 電脫水和脫鹽設(shè)備的選型1. 電脫水設(shè)備的選型電脫水的選型主要是根據(jù)電脫水器的容積大小確定的。而原油電脫水器的容積主要是由原油電脫水器的處理能力、乳化原油處理的難易程度、在電脫水器內(nèi)的停留時(shí)間及臺(tái)數(shù)。電脫水選型和計(jì)算的步驟一般如下所示：確定油田在生產(chǎn)過(guò)程需要進(jìn)電脫水器中最大液量選擇電脫水器的操作溫度確定電脫水器的操作壓力

30、選擇原油在電脫水器內(nèi)的停留時(shí)間根據(jù)公式確定電脫水器所需的容積大小根據(jù)容積大小選擇電脫水器的臺(tái)數(shù)及備用情況參照直徑、長(zhǎng)度系列確定單臺(tái)電脫水器的直徑和長(zhǎng)度校核電脫水器的處理能力直到滿(mǎn)足要求。具體如下：1) 電脫水器的類(lèi)型：電脫水器按供電方式可分為交流電脫水器、直流電脫水器、交直流雙重電場(chǎng)脫水器；電脫水器按外形分為臥式、橢圓形封頭、雙鞍式支座支撐式。原油采用直流電脫水，其脫水效果要比交流電脫水器效果好，但是直流電的脫出水含油量，要比交流電的多，所以原油電脫水的供電方式，應(yīng)優(yōu)先采用交直雙重電場(chǎng)（參見(jiàn)表2-3-22）。在海上平臺(tái)上，通常采用臥式電脫水器。表2-3-22 交、直流電脫水器效果對(duì)比供電方式處

31、理量m3/h壓力×105Pa溫度初級(jí)電壓V初級(jí)電流A破乳劑原油含水%凈化油含水%脫出水水色或含油率%型號(hào)用量mg/L交流822.06125016.0DQ27380.20較清1002.06124018.0DQ34370.21較清1102.06323518.5DQ29380.62淡黃直流1202.06318514.5DQ15380.14淡黃1101272.02.363651502201419DQ121937380.030.27淡黃1242.16418017DQ20380.150.3751141302.02.360661102451123DQ203038400.060.210.150.66

32、2) 電脫水器筒體公稱(chēng)直徑、長(zhǎng)度系列及容積參見(jiàn)表2-3-23表2-3-23 筒體公稱(chēng)直徑、長(zhǎng)度系列及容積公稱(chēng)直徑（mm）長(zhǎng)度（mm）500080001100014000170002000023000容積（m3）260031.647.663.5300043.064.285.4106.6127.83600125.2155.7186.3216.84000231.7269.4307.13) 在選擇尺寸時(shí)，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格尺寸，這樣有利用于制造、運(yùn)輸和維修。如果需要超常規(guī)的尺寸規(guī)格的電脫水器，也可以單獨(dú)制造使用，但需要考慮吊裝、運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題。4) 電脫水器內(nèi)電極的設(shè)置宜采用平掛電極，當(dāng)電極垂直懸掛比平掛

33、有更好的脫水效果時(shí)，也可采用豎掛電極。海上油田部分電脫水器設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際生產(chǎn)處理參數(shù)對(duì)比情況參見(jiàn)表2-3-24?？梢钥闯?，有的設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)存在比較大的差別,這就要求在設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮到各種不同的情況,以滿(mǎn)足不同的生產(chǎn)要求。表2-3-24 電脫水器/脫水器設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際生產(chǎn)處理參數(shù)對(duì)比表油田名稱(chēng)參數(shù)電脫水器設(shè)計(jì)生產(chǎn)實(shí)際埕北油田CB-B平臺(tái)類(lèi)型及編號(hào)臥式（V-204/V-201）尺寸ID×L，mm3049×2438壓力，MPa1.11/1.250.82/0.87溫度，150123/128最低工作壓力，MPa0.82/0.950.85/.085最高工作壓力，MPa1.00/1.081.00/1.08工作溫度，127/129123/128液體流量，m3/d520/690200/250原油流量，m3/d520/690200/200SZ36-1油田類(lèi)型及編號(hào)臥式（TF-V-0101A/B/C/D）尺寸ID×L，mm3600X14000壓力，MPa0.90.5溫度，160最低工作壓力，MPa0.4最高工作壓力，MPa0.7工作溫度，120110液體流量，m3/d36