原油动态电脱盐装置应用

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.一、概述油田开采出的原油都伴有水，这些水中都溶解有NaCl、CaCl2、MgCl2等盐类。虽然我国油田也普遍采用了脱盐脱水工艺及其装置，但由于种种原因，油田输送到炼油厂的原油含水（盐）量往往波动较大，常超出欧美各国规定进炼油厂的原油含盐不大于50mg/L，含水不大于0.5﹪的指标。原油含水多增加了炼制过程中热能消耗，而原油中的盐类一般也是溶解在原油所含的水中，有时也会有部分以微粒状态悬浮于原油中。这些盐类的存在，在加工过程中危害较大，主要表现在：（一）、在换热器和加热炉中，随着水份的蒸发，盐类沉积在管壁上形成盐垢，降低传热效率，增加动压降，严重时甚至会堵塞管路，造成停工事故。（二）、造成设备腐蚀，CaCl2、MgCl2能水解生成具有强腐蚀性的HCl，尤其是在低温设备部分由于水的存在而形成盐酸时更为严重。（三）、原油中的盐类大多残留在渣油和重馏分中，这将直接影响某类相关产品的质量。为此，提高原油深度脱盐的脱净率，是世界各国石油加工业的研究课题。为提高我国炼油厂深度脱盐水平，我厂在石油化工科学研究院的支持下，研制出JDY-1动态脱盐装置。该装置能在实验室模拟电脱盐工业现场，较快地找出适合不同原油的最佳工艺参数，选择破乳剂的种类和加剂量，客观评价不同工艺条件下的电脱盐效果，是科研部门理想的实验装置，也是石油加工业理想的产前试验装置。-. .一、电脱盐基本原理自美国加利福利亚大学的科研人员发现电场可以使油包水乳化液破乳，使水滴聚结并从油相沉降以来，现代脱盐脱水技术均采用了物理凝聚与分离相结合的方法，即以施加高压静电场，加破乳剂，加热和注水等一系列综合措施，达到高效脱净原油中水和可溶性盐的目的。（一）、油水两相的自由沉降分离原油和水两相的密度差是沉降分离的推动力，而分散介质的粘度则是阻力。油和水这两个互不相溶的液体的沉降分离，基本上符合球形粒子在静止流体中自由沉降的斯托克斯定律。即d2（ρ1-ρ2）Wc=———————·g18Vρ2式中：Wc—水滴沉降速度，m/s；d—水滴直径，m；ρ1ρ2—水和油的密度，Kg/m3；V—油的运动粘度，m2/s；g—重力加速度，m/s2；上式只适用于两相的相对运动速度属于层流区的情况，对于直径太小的水滴，此式也不适用。由上式可知，两相间的密度差增大和分散介质的粘度减小，都有利于加速沉降分离。而这两个因素主要与原油的特性及其温度有关。由上式还可以看到水滴的沉降速度与水滴直径的平方成正比，所以增大水滴直径，可以显著加快它的沉降速度。因此在原油脱盐过程中，重要的问题是促进水滴的聚结，使水滴直径增大。-. .（二）、破乳剂对脱盐的作用乳状液是两种或多种以上不互溶或不完全互溶的液体所形成的分散物系。乳状液一般是不稳定的，就必须有乳化剂存在。乳化剂是表面活性物质，它能降低多种液相界面上的表面张力。不同性质的乳化剂可以使乳状液成为水包油型或油包水型。原油一般都是油包水型的乳状液，即水相以微滴形式分散于连续的油相中并为原油所含的天然乳化剂（如环烷酸、胶质、沥青等）所稳定。为打破这种稳定状态，以便进行油水分相的自由沉降分离，就必须加入适当的破乳剂。破乳剂本身也是一种表面活性物质。但它的性质是和乳化剂截然相反的，是一种水包油型的表面活性剂。破乳剂的破乳作用是在油水界面进行的，它能迅速浓集于界面，并与乳化剂竞争，从而夺取其界面的位置而被吸附。这样，原有的比较牢固的吸附膜就被减弱甚至破坏，小水滴也就比较容易絮凝和聚结，进而沉降切出。目前国内外尚无广谱效力破乳剂可供工业通用，因而对每一种原油而言，均需要通过具体的实验评选才能找出一种或几种有针对性的有效破乳剂型号。（三）电场脱盐的作用采用高压静电场对原油进行破乳以提高脱盐效果，这已被国内外普遍所采用。乳状液中的微小水滴无论是在交流或直流电场中，都能由于感应使微滴的两端带上不同极性的电荷产生诱导偶极，接触电极还会带上静电荷，从而在水滴与水滴之间，水滴与电极之间产生静电力，这种静电力能导致微滴聚结，亦称为聚结力，同样大小的球形水滴之间的聚结力F，可根据均匀电场两个介质球之间的作用力用下式表述：6KE2r6r4F=——————=6KE2r2（——）l4l-. .式中：K—由原油和水的介电系数所决定的常数；E—电场强度；r—水滴的半径；l—两水滴中心距；上式表明，r/l是影响聚结力的最重要的因素，当水滴直径增大或水滴间距离缩小时，聚结力急剧增大。聚结力F与E2成正比。在一定范围内，随着E的增强，原油中水滴加速聚结。当E小于某一临界数值时，微小水滴的聚结力就会降低，然而当超过临界电分散场强后，电场反而会使小水滴产生分散作用，此时不仅消减了水滴中的聚结力，还将增加电耗，这在本装置的实验中及工业现场实际操作中都是不可忽视的。（四）、操作温度对脱盐的影响一般认为，只要系统处于液相，温度高些对脱盐有利，此时，原油的粘度降低，对水滴运动和沉降的阻力减小，水滴运动的速度增加。同时，油水界面的张力降低，水滴热澎胀使乳化膜强度减弱。某些乳化剂的溶解性在高温下才提高，所以较高的温度也能促使乳化剂稳定性降低，加快原油破乳的速度。但另一方面，随着温度的提高，原油的导电率也随着升高，当温度大于120℃时导电率急剧增大，电耗增加，且氯化镁和氯化钙开始水解也不利于脱盐。在高温下往往又会出现水在油相中，油在水相中溶解度增加的倾向，因而对温度条件应适当地提出上限，参照我国部分油田原油处理的文献资料，电脱盐操作温度一般在104℃～149℃之间。最佳的操作温度应根据原油的性质来优选。三．动态脱盐装置的结构与特点-. .（一）、JDY-1ZD动态脱盐装置采用基本二级电脱盐结构，同时通过阀门切换可实现单路一级脱或双路并用一级脱，三种工作模式可供选择，该装置可手动操作，也可以由计算机控制。参阅流程图。（二）、每级进入脱罐的原油与加注的水和破乳剂均预先进入我厂自行设计的专用高剪切混合器混合，并可在线取样观察分析混合效果。（三）、可进行在线腐蚀性能的试验。（四）、电气部分采用仪表控制或计算机控制，自动化程度较高。可自动测量调节各控温点的温度，通过调节仪、压力传感器、电气转换器、背压阀等构成闭环的原油接受系统，能依据系统压力变化情况，自动调节处理过的原油排出的速率，从而达到整个系统的压力平稳。高压电场采用无源器件实现手动无级调节，高压系统采用变压器与电抗器串接形式，允许高压输出端子长时间短路，短路状况改变后能立即恢复高压电场的输出。当温度、压力、电场任一参数超出预先设定的报警值，则整机停止运行予以保护，并报警。从而极大地提高了整个系统的安全性、可靠性。四．主要技术指标（一）、电源：380V±10%三相四线（二）、额定功率：≤18KW（三）、一、二级脱罐容积：5L（四）、原油最大处理量：10L/h（五）、电场强度：0～2100V/cm（六）、系统承载压力：≤2Mpa五．操作规程（一）、开机前的准备工作：1．氮气源：要求瓶内氮气应在5Mpa以上，实际施压应在1～1.5Mpa之间。-. .2．试样油：根据试验要求，准备适量的试样原油进行溶化处理，并注入原油桶。3．水及破乳剂：根据工艺要求，按一定剂量的破乳剂溶液于相应比例的纯水中，并进行充分混合，待用。4．清洗油：准备一定量的柴油，由原料泵注入用于试验前检查管路系统是否畅通及试验完毕后清洗管路系统。5．电源：装置采用三相四线制供电。电压：380V±10%频率：50HZ功耗：满负荷时≦18KW（二）、开机运行：1.通电：（1）接通总电源开关（柜内空气开关）。（2）将各支路控制开关置于工作位置，正常运行过程中不得改变。（3）选择控制方式，将“选择开关”拨到所选用控制方式位置。（4）接通仪表电源开关。2.设定温度：根据工艺要求，分别设定装置中的各控制点的所需温度。3.样品及试样剂量：对试验原油及注入水进行去皮计重并作记录。4.进气：打开气源补压阀看各级压力是否一致，检查管道是否畅通。5.排空气:为确保安全，装置运行时应对一、二级脱盐罐进行空气排放二次以上（此过程在一级、二级注满原油前进行）。具体操作如下:-. .（1）打开一级旁路阀（因一级有止回阀，不打开此阀无法补气）。（2）打开氮气瓶阀，将压力调至1Mpa。（3）打开稳压阀，观察压力表，使压力与氮气瓶压力一致即可。（4）打开仪表盘上的补压阀，使仪表盘压力指示与氮气瓶压力相符。（5）关闭补压阀，打开排气阀，待罐内气体排尽。（6）重复操作(4)、（5）项2～3次。7．进样：（1）原油泵的试运行：a.打开原油泵下面的排空阀，关闭一级进样阀，启动原油泵。b.关闭原油罐出口阀，打开柴油注入阀，先将柴油注入原油泵。c.观察排空口，待有柴油排出且无气泡出现时，关闭柴油注入阀，打开原油罐出口阀，试运行完毕。（2）正式进样：a．打开原油罐出口阀，观察泵下面排空阀，待排空阀完全排出原油时，关闭排空阀（注：进样前，先选择好是并联使用还是串联使用，然后打开、关闭相应的阀门）。b.打开一级进样阀，原油开始进入脱盐罐（此操作应迅捷，否则会加大原油泵的输出压力，损伤泵及压力表输出管道）。c.在原油进入装置过程中，应密切观察原油泵下面压力表的压力，如发生压力突发性上升或大于脱盐罐压力表压力时，说明装置管路系统有堵塞现象，应关闭原油泵，排除堵塞后方可继续运行。此时应检查：（1）管路保温是否正常；（2）相应的阀是否打开。-. .如以上正常，打开注油泵下面的排空阀，将罐内压力调至1.5Mpa左右，将氮气从排空口排出。d.观察一、二级脱盐罐的出口温度指示值，当接近所对应罐内温度值时，说明各级脱盐罐已注满原油。8.补压：(1)打开排空阀，再次进行排气二次后关闭排空阀。(2)打开氮气瓶阀，对装置进行补压，根据试验要求将系统补压至1～1.5Mpa。9.处理量及注水量的确定：(1)根据工艺要求，调整原油泵的进样速度，样品含盐量高应降低进样速度，反之可适当提高进样速度。(2)打开仪表盘上的混合速度开关，观察混合速度表，分别调整在适当位置，一般在700～1200之间，亦可根据实验值来确定此值。(3)开启一、二级进水泵电源，根据工艺要求确定进水量，并调整注水泵速度，使之符合要求。10.施加电场：根据工艺要求，分别调整一、二级脱盐罐的电场，一般情况是通过观察电流表对应值来确定(在施加电场800V～1000V/cm时观看电流表数值)，即各级电流表电流值≤500mA时可逐渐加大电场电压，一般为1200V/cm为宜。11.排水：-. .本装置装有自动下水指示及自动排水装置，为确保及时可靠地排水，当下水指示灯亮后，应及时从电磁阀出口处接水，而不可依赖自动排水。也可将电磁阀上端排水阀控制在微量出水状态，使之平衡排水，对整个系统的压力平衡亦有益处。12.系统的压力平衡：装置系统正常运行时，其压力应基本一致，但排废料及自动下水时还是对系统压力平衡影响较大，为减少影响系统压力的平衡，应按下列步骤进行调整。(1)正常运行时，系统压力约为1.5Mpa，如出现自动下水时，压力骤降，建议采用调小电磁阀上端出水阀，关小电磁阀下端出水阀，使之出水为微滴现象，这样能有效控制压力平衡，亦使出口含油量减少。(2)当排废油过快或过慢也会使系统压力变化。本装置是通过自动压力调整来实行控制排放量，故应特别注意进料速度与排料速度的相应性，一般是在排料之前将吸收罐内注入一定量的原油使之恒压，同时调整气动阀，使之符合要求。(3)工作罐压力调整：可应用仪表盘上的压力显示仪调整如下：先用100%的输出来确定排料是否畅通，再让仪表0%输出调整是否能关闭排料，然后再让仪表转换成自动控制观看是否能保持住压力，不断调整开启量，直到压力保持平稳方可。（三）、取样：1.一级取样：(1)从仪表盘上关闭一级取样器上端的一级向二级注料的阀门，同时打开取样器上端的阀（注意开启量要小，以保持压力平衡）。再打开取样器下端的阀门，为了确保取样的准确性，先用废料杯放掉一部分，再用取样杯接样品油。(2)取样结束后，打开一级向二级进料的阀门，同时关闭取样器上端的阀门，待取样器放空后关闭下端的阀门,此过程要迅速,以保持压力平稳过渡。-. .2.二级取样：(1)关闭二级取样器上端二级向收料罐注油的阀门，同时打开取样器上的阀，开启量以保持压力平稳为准，再打开取样器下端的阀，也要用废料杯放掉部分，再用取样杯接样品油。(2)取样结束后，打开二级向收料罐的阀，同时关闭取样上端的阀，待取样器排空后，关闭下端阀，此过程也要迅速，以保持压力平稳。（四）、结束前的工作：1.在确定试验结束时，将一、二级电场调至为零，关闭原料罐加热系统。2.排空减压至0.3～0.5Mpa，关闭油泵、水泵，以及氮气调节阀。3.打开注油泵下面的排气阀开始放油。4.关闭原油罐进料阀，打开柴油罐阀（注油时油泵不可停）。5.待废油排尽后关闭排空阀，加大泵的转速，注入柴油，开始清洗管道。6.观察原油泵下面的排空阀，待清澈的柴油排出后，关闭原油泵，切断各部份电源。7.关闭氮气源。8.拉闸，切断总电源，结束试验。六、采用计算机控制的补充说明一、MOXA卡及操作软件的安装1.将MOXA卡安装在计算机上后，安装MOXA卡驱动程序。(先搜索卡驱动，再搜索卡0—7端口驱动)2.拷贝文件夹“dty”到D盘根目录下。3.为D盘中文件夹“dty”下“dty.exe”建立桌面快捷方式。二、程序操作-. .1.执行桌面上电脱盐程序图标2.进入参数页，用鼠标左键单击确定3.进入控制页面4.用鼠标左键单击程序开始5.如果要重新进行参数设置，则用鼠标左键单击参数设置6.用鼠标左键单击总电源上电(鼠标按下左键时间要长一些再抬起)7.用鼠标左键单击高压上电(鼠标按下左键时间要长一些再抬起)8.用鼠标左键单击参数浏览，即回到参数页(可浏览设定值及报警值)9.试验结束时，先关高压上电，再关总电源，用鼠标左键单击程序结束，即结束程序的运行。注意事项：1.原料称单位必须设置为千克(kg)2.如果要间断最长时间打印，则把打印时间设置为最大值(1440分钟);运行中出现系统提示打印机未连接时，选择否。3.计算机默认打印设置为B5-.