高速電脫鹽技術(shù)在石油化工總廠的應(yīng)用

朱玉萍1， 劉炬2， 蔡磊2， 翟瑜蓉2， 李慶寶3

(1.中國石化 中原油田分公司 技術(shù)監(jiān)測中心 ， 河南 濮陽457165 ； 2.中國石化 中原油田分公司石油化工總廠 ， 河南 濮陽457165 ； 3.中國石化 中原油田分公司 物資供應(yīng)處 ， 河南 濮陽457165)

摘要：介紹了高速電脫鹽技術(shù)的工藝流程和技術(shù)特點(diǎn)及在中原油田分公司石油化工總廠的120萬t/a常壓蒸餾裝置上的應(yīng)用情況。針對中原原油含鹽、含水、含泥沙、酸值高的特點(diǎn)，對高速電脫鹽系統(tǒng)運(yùn)行工況進(jìn)行了分析，并對操作條件進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)選破乳劑，使各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到了要求：在入口原油含鹽量>180 mg/L的條件下，經(jīng)電脫鹽系統(tǒng)處理后的原油含鹽量<3 mg/L，含水量<0.3%；外排污水含油量<100 μg/g。保證了全廠的安全、優(yōu)質(zhì)、平穩(wěn)、長周期運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：高速電脫鹽技術(shù) ； 原油 ； 常壓裝置

中圖分類號：TE65

收稿日期：2015-05-04

作者簡介：朱玉萍(1969-)，女，工程師，從事技術(shù)監(jiān)測管理工作，電話：13707676967。

0前言

近兩年，隨著開采難度加大，石油化工總廠的原料由原來的采油一、四廠混合原油改為一、二、四廠的混合原油。原油品質(zhì)越來越差，含泥沙、鹽和水量較大。由于原油在罐區(qū)沒有預(yù)處理措施，這樣的原油直接進(jìn)入常壓裝置電脫鹽系統(tǒng)，對電脫鹽系統(tǒng)產(chǎn)生較大的沖擊，常壓裝置電脫鹽系統(tǒng)操作彈性較小，出現(xiàn)了裝置腐蝕嚴(yán)重、原油脫后含鹽量較高及由含鹽高引起的一系列后續(xù)生產(chǎn)問題?，F(xiàn)就中原油田石油化工總廠采取的高速電脫鹽技術(shù)解決常壓裝置操作和腐蝕問題做以介紹。

1高速電脫鹽技術(shù)的特點(diǎn)

當(dāng)今的原油電脫鹽已不僅僅是一種單純的防腐手段，隨著脫鹽、脫水、脫金屬技術(shù)的日趨成熟，為后續(xù)加工裝置提供優(yōu)質(zhì)原料必不可少的原油預(yù)處理工藝，是煉油廠降低能耗、減輕設(shè)備結(jié)垢和腐蝕、防止二次加工裝置催化劑中毒、減少催化劑消耗的重要工藝過程。

與低速電脫鹽相比，高速電脫鹽具有脫鹽技術(shù)先進(jìn)、電場排布合理、脫鹽效率高、單罐處理能力大、占地面積小、電耗低等優(yōu)點(diǎn)。

石油化工總廠電脫鹽系統(tǒng)采用三級脫鹽，其中一、二級串聯(lián)采用高速電脫鹽技術(shù)，兩級臥式脫鹽罐Φ3 000 mm×9 500 mm，分別作為第一級電脫鹽和第二級電脫鹽。其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：①交直流高速電脫鹽罐內(nèi)有4層水平電極板，在電脫鹽罐內(nèi)形成3個(gè)有效電場，從上到下依次為：高強(qiáng)電場、強(qiáng)電場、弱電場。增設(shè)的高強(qiáng)電場對粒徑微小的水滴能給予更大的電場力，能在很短的停留時(shí)間內(nèi)促進(jìn)微小水滴聚合，保證脫水效果[1]。②突破了低速電脫鹽技術(shù)在罐體底部水相進(jìn)料的形式，通過特殊設(shè)計(jì)的進(jìn)油噴嘴將一定含水量的原油乳化液直接噴入高壓電場中，即油相進(jìn)油。噴嘴在電場中央，即第1、2層和第2、3層電極板之間(見圖1)。下部的弱電場能脫除較大的水滴，為乳化液進(jìn)入強(qiáng)電場和高強(qiáng)電場創(chuàng)造了良好的電場強(qiáng)度環(huán)境，減少了電能消耗，避免了因較大水滴排列造成的電場短路現(xiàn)象。

圖1　高速電脫鹽進(jìn)油方式及電場分布示意圖

③油相進(jìn)油的方式大大縮短了油流路徑，加快了原油在罐體內(nèi)的上升速度，減小了油流在罐體內(nèi)的停留時(shí)間。④油相進(jìn)油的方式使油水界位可以控制在一個(gè)較高的位置，水中的油滴則有充分的上浮時(shí)間；而且進(jìn)油不會對油水界位造成影響，使排水的含油技術(shù)指標(biāo)更為理想(<100 μg/g)，減輕了后續(xù)污水處理裝置的壓力。⑤供電系統(tǒng)采用變流電源設(shè)備供電。由于直流電對微小水滴的脫除更為有效，因此采用變流電源設(shè)備，向正負(fù)極板上交替輸出半波整流的直流電，二塊極板等效為一個(gè)電容。電容間存在著充放電過程，既使正負(fù)極板瞬間交替帶電，極板間也存在電場。因不直接構(gòu)成回路，電耗會大大降低。電源采用100%全阻抗變壓器，對各種不同電導(dǎo)率的原油只是指示電流不同，不會發(fā)生電源短路和設(shè)備損害，具有良好的適應(yīng)性能。變壓器的輸出有13、16、19、22、25 kV等5個(gè)檔位，可根據(jù)不同原油性質(zhì)選擇合適的電場強(qiáng)度。⑥混合系統(tǒng)采用了靜態(tài)混合器與混合閥串聯(lián)的方式，使混合壓差有一個(gè)較大的自動(dòng)調(diào)節(jié)范圍，既能達(dá)到理想的混合效果，又能靈活操作。從電脫鹽設(shè)備運(yùn)行情況來看，一級電脫鹽的混合系統(tǒng)由于投用時(shí)間較長，混合效率無法保障，一級電脫鹽的注水點(diǎn)在原油泵前注入，通過原油泵的剪切來混合原油和洗滌水，但是原油泵不能達(dá)到良好的混合效果，造成了原油脫后含鹽量偏高。新型的混合設(shè)備設(shè)計(jì)了兩種不同的混合單元，使原油與新鮮水產(chǎn)生多次旋轉(zhuǎn)和切割，通過混合壓降為高含鹽原油提供充分的剪切能，以克服油、水界面張力，保證注入的洗滌新鮮水與原油充分接觸，使原油中的鹽充分溶解在洗滌水中，然后在高壓電場的作用下破除乳化液，使原油與含鹽水分離，從而達(dá)到脫鹽的目的。同時(shí)，在混合閥前后裝有壓差變送器，并能將混合壓差傳送到DCS系統(tǒng)，當(dāng)脫鹽效果需要調(diào)整時(shí)，可通過DCS系統(tǒng)控制混合閥的開度，從而調(diào)整和優(yōu)化混合強(qiáng)度。⑦采用乳化液進(jìn)口分布器，使水—油乳化液在高壓電場內(nèi)沿罐體寬度和長度分布均勻。

2高速電脫鹽運(yùn)行工況分析及操作條件

高速電脫鹽技術(shù)在加工中原原油過程中應(yīng)用，為盡快掌握該項(xiàng)技術(shù)，使高速電脫鹽達(dá)到最理想的運(yùn)行狀態(tài)，對高速電脫鹽運(yùn)行工況進(jìn)行了分析。根據(jù)分析結(jié)果，對操作條件進(jìn)行了優(yōu)化。

2.1電脫鹽系統(tǒng)原則工藝流程

電脫鹽系統(tǒng)原則工藝流程如圖2 所示。

圖2　改造后電脫鹽流程圖

電脫鹽系統(tǒng)的工藝是采用容-102/1.2串聯(lián)作為一、二級，容-102、容-103并聯(lián)作為三級脫鹽。油溶性破乳劑在原油泵入口注入，然后通過原油泵內(nèi)葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)與原油進(jìn)行充分混合?；旌弦号c裝置各餾分油、渣油換熱升溫到135 ℃后進(jìn)入電脫鹽系統(tǒng)；注入循環(huán)洗滌水后，混合液進(jìn)入一級電脫鹽罐進(jìn)行脫鹽、脫水；經(jīng)過初次脫鹽、脫水的混合液注入新鮮水后進(jìn)入二級電脫鹽罐進(jìn)行脫鹽、脫水；經(jīng)過脫鹽、脫水的混合液注入新鮮水后進(jìn)入三級電脫鹽罐進(jìn)行脫鹽、脫水；最后，脫鹽、脫水精制后達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求的原油進(jìn)入常減壓蒸餾系統(tǒng)。

2.2中原原油主要性質(zhì)

中原原油的主要性質(zhì)見表1。從表1可以看出，現(xiàn)進(jìn)入我廠的混合原油品質(zhì)變差，原油含泥沙和水量較大，摻煉二廠、六廠原油后，原油含鹽量、含水量、酸值較高，脫前原油含鹽量高達(dá)180 mg/L，且各種原油混合比例不定，性質(zhì)變化較大，不易進(jìn)行操作。

表1　原油的基本性質(zhì)

2.3電脫鹽技術(shù)要求

在入口原油含鹽量>180 mg/L 的條件下，經(jīng)電脫鹽系統(tǒng)處理后的原油含鹽量<3 mg/L，含水量<0.3%；外排污水含油量<100 μg/g[2]。

2.4操作條件的優(yōu)化

2.4.1電脫鹽注水

電脫鹽系統(tǒng)注水的作用是溶解原油中的無機(jī)鹽，并通過排出洗滌水而脫除鹽分。采用高速電脫鹽后，為了節(jié)約以往通常采用的軟化水，改用酸性水汽提裝置處理后的汽提水(pH值要求在6～8)。注水量的增加可以保證水—油乳化液中水滴盡量小的間距，更易發(fā)生聚合作用，但太大的注水量又會造成水耗增加。傳統(tǒng)低速電脫鹽注水量約為加工量的3%，根據(jù)交直流高速電脫鹽的特點(diǎn)，將注水量調(diào)整為加工量的5%左右。注水方式為：先注入三級脫鹽罐；三級脫鹽罐脫出水再注入二級脫鹽罐；二級脫鹽罐脫出水再注入一級脫鹽罐；一級脫鹽罐脫出水經(jīng)冷卻后排出裝置，排出的污水含油量<50 μg/g，達(dá)到<100 μg/g的要求。

2.4.2破乳劑

破乳劑是通過破壞原油乳化液中油與水間的液膜達(dá)到其破乳作用，對電脫鹽運(yùn)行工況影響很大。如果破乳劑選型不合適，則會造成原油乳化嚴(yán)重，乳化層厚度增加，油水分層厚度增加，油水分離效果變差，達(dá)不到脫鹽效果；還會使變壓器電流上升，電耗增加，電極棒擊穿，給裝置運(yùn)行造成危害。進(jìn)行破乳劑選型，提高破乳劑的破乳效果。幾個(gè)廠家的破乳劑實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)的對比數(shù)據(jù)如表2所示。

表2　破乳劑試用對比表　　　　　mg/L

經(jīng)對比可知，選取長江揚(yáng)中電脫鹽設(shè)備公司的破乳劑，采取有針對性的破乳劑后，原油破乳效果良好，解決了油水分離不清的問題。

2.4.3電場強(qiáng)度

電場強(qiáng)度是影響電脫鹽效率的一個(gè)重要工藝參數(shù)。原油性質(zhì)、注水量、界面高低都會影響電氣系統(tǒng)的正常工作，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致跳閘、短路、擊穿，破壞電場。高速電脫鹽罐采用全阻抗可調(diào)變壓器，可以避免上述弊端。如果電脫鹽效果比較差，而其他調(diào)節(jié)方法失靈，就可以改變電場強(qiáng)度，即改變變壓器的輸出電壓來調(diào)節(jié)[2]。對容-101/1.2罐上面變壓器檔位進(jìn)行調(diào)整，即將變壓器高壓檔位由19 kV調(diào)整為16 kV運(yùn)行，調(diào)整后脫鹽效果提高很大。在高壓19 kV運(yùn)行時(shí)，電場強(qiáng)度偏高，電場間聚結(jié)后的大水滴同時(shí)發(fā)生了分散效應(yīng)，部分水滴在電場力作用下被分散成很小的微水滴，對油水分離沉降不利，造成原油脫后含鹽偏高。隨后將電脫鹽罐容-101/1.2變壓器的高壓輸出檔位由16 kV檔調(diào)整為13 kV檔，脫鹽操作進(jìn)行調(diào)整之后脫鹽效果變化由上表來看不太明顯，但是脫鹽罐變壓器高壓輸出檔位的降低，使裝置電脫鹽節(jié)電效果十分顯著，大約可節(jié)電1 000 kW·h。技術(shù)指標(biāo)達(dá)標(biāo)，說明高壓電場有效建立。從節(jié)能降耗方面考慮，決定保持采用13 kV的二次輸出高壓。

2.4.4混合強(qiáng)度

混合強(qiáng)度指原油、洗滌水和破乳劑的混合強(qiáng)度?；旌蠌?qiáng)度小，很難保證脫鹽效果；過大，則易于乳化。由于破乳劑的注入口在原油泵前，在原油泵葉輪的高速運(yùn)轉(zhuǎn)攪拌下，破乳劑與原油的混合強(qiáng)度基本可以滿足。注水口在混合閥前，混合閥投用時(shí)，在調(diào)試過程中對混合強(qiáng)度進(jìn)行了優(yōu)化，利用靜態(tài)混合器和球形混合閥進(jìn)行混合強(qiáng)度差壓控制，調(diào)節(jié)每一級電脫鹽罐的混合閥來控制每一級電脫鹽罐入口混合強(qiáng)度，控制范圍在20～80 kPa。

2.4.5脫鹽溫度

原油換熱流程的調(diào)節(jié)，根據(jù)原油有機(jī)氯含量調(diào)整脫鹽溫度。當(dāng)脫鹽溫度從125 ℃提高到135 ℃時(shí)，脫后含鹽可下降0.55 mg/L，但當(dāng)原油換熱溫度高于130 ℃時(shí)，有機(jī)氯腐蝕加重，因此為了提高脫鹽合格率、降低脫鹽含鹽量、降低腐蝕，控制脫鹽溫度在125～130 ℃為最佳(在原油有機(jī)氯含量較低的情況下控制脫鹽溫度在130～135 ℃。

2.4.6電脫鹽工藝條件優(yōu)化的結(jié)果

電脫鹽操作中的各種因素，不僅直接影響電脫鹽效率，而且由于它們之間相互作用，一種因素通過另一種因素影響電脫鹽效率，例如，破乳劑、混合程度、注水量等因素影響電氣系統(tǒng)的操作，它們通過影響電場強(qiáng)度影響電脫鹽效率。 經(jīng)過對各參數(shù)的優(yōu)化，得出了最佳的工藝參數(shù)，優(yōu)化工藝參數(shù)如表3所示。原油含鹽數(shù)據(jù)見表4。

表3　優(yōu)化工藝參數(shù)

注：注水量及水質(zhì)：一級、二級脫鹽罐脫鹽污水回注，注水量均在為3.5%(相對油量)，pH值為8.0，注水溫度約80 ℃，二級注入點(diǎn)在混合系統(tǒng)前。破乳劑型號及注入量：總注入量約為20 ×10 -6。破乳劑注入點(diǎn)：油溶性注到原油泵前。

3結(jié)語

開發(fā)應(yīng)用的新型交流高速電脫鹽技術(shù)，將交直流電脫鹽技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和國外高速電脫鹽的特色相結(jié)合，高效地將油水分離，有效地降低了原油中的含鹽量，并提高了電脫鹽系統(tǒng)處理能力。整體技術(shù)達(dá)到了中石化同類裝置領(lǐng)先水平。①新型高速電脫鹽技術(shù)的應(yīng)用，在原有罐體小的情況提高了處理，電脫鹽工藝由原來的二級改為三級電脫鹽，脫鹽脫水率高且對油品的適應(yīng)性強(qiáng)，在脫前原油含鹽量高達(dá)180 mg/L時(shí)，仍能夠控制脫后含鹽量在3 mg/L以下，脫后原油含水為痕跡，達(dá)到了中石化同類裝置先進(jìn)水平。②降低了電脫鹽系統(tǒng)對提高裝置處理量、操作平穩(wěn)、產(chǎn)品質(zhì)量的影響，有利于全廠的安全生產(chǎn)。③降低設(shè)備腐蝕，提高設(shè)備的使用壽命，保證了裝置的長周期運(yùn)行。④渣油含鹽量降低至5 mg/L以下，徹底解決由于渣油含鹽量高引起的催化裝置操作紊亂、催化劑中毒的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]于會泳.高速電脫鹽技術(shù)及其應(yīng)用[J].石化技術(shù),2007,14(3):53.

[2]張德義.含硫原油加工技術(shù)[M].北京：中國石化出版社，2003.

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