国内原油电脱盐装置的罐内结构与技术分析_张佩甫

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炼油技术与工程2003年3月PETROLEUMREFINERYENGINEERING第33卷第3期国内原油电脱盐装置的罐内结构与技术分析张佩甫洛阳石油化工工程公司(河南省洛阳市471003)摘要:依据电场在水滴电聚结过程中的作用机理,对国内在用的电脱盐技术的不同罐内结构形式进行了技术分析和比较,认为高速电脱盐技术具有脱盐速度快、脱盐效率高、切水含油少和电耗低等优点,在同等条件下,原油加工能力可以大幅度提高,是我国电脱盐技术的发展方向。关键词:国内的原油电脱盐装置技术发展水平比较原油电脱盐是炼油厂防止常减压蒸馏装置塔下降。顶冷凝冷却系统腐蚀和有关换热设备结垢,减轻重油催化裂化和渣油加氢处理装置催化剂中毒的2国内电脱盐技术罐内结构重要的原油预处理手段。目前我国炼油厂应用的原油电脱盐技术主要影响原油电脱盐装置运行的因素很多,除装有两种。一种是20世纪80年代中期,我国开发的置所采用的电脱盐技术外,还包括原油性质、配件常规交流电脱盐技术,另一种是20世纪80年代末质量和操作水平等。原油电脱盐技术的差异主要期至90年代初期国内开发的交直流原油电脱盐表现在原油电脱盐罐及其内构件的结构形式上,技术。此外,20世纪90年代中后期,美国Petrolite包括电极板结构、电场类型、油水混合料的进料位公司开发的原油高速电脱盐技术,已在我国镇海置和净化原油、电脱盐切水的出罐位置等。炼化股份有限公司、上海石化股份有限公司、齐鲁石油化工公司等企业应用,国内于20世纪90年代1原油脱水与电场强度、原油水含量的关系开发的平流电脱盐技术,也已在陕西省榆林石油由于原油脱盐是通过原油脱水实现的,在注助剂厂、江汉石化厂、渤海QHD32-6油田等地水量、混合强度等工艺条件确定的情况下,原油脱应用。水速度的快慢、脱水率的高低,可完全反映原油脱2.1常规交流电脱盐技术盐速度的快慢和脱盐率的高低,因此,讨论相关因常规交流电脱盐技术采用水平电极板和交流素对原油脱水的影响,实际上就是这些因素对原电场,图1是这种电脱盐装置罐内结构示意。这油脱盐的影响。根据斯托克斯公式,在其它条件种电脱盐装置一般采用两层电极板(有时采用三相同的情况下,原油中含盐水滴的沉降速度与水层电极板),上层接地,下层通电,两层电极板之间滴直径的平方成正比,也就是说,沉降水滴的直径形成强电场,下层电极板与油水界面之间形成弱在很大程度上决定了原油的脱水速度,从而决定电场(采用三层电极板时,上、下层电极板接地,中了原油的脱水率。层通电,上、中层电极板之间形成强电场,中、下层在原油电脱盐过程中,通过高压电场促进小电极板之间形成弱电场),强弱电场均为交流形水滴聚结是加快油水分离最有效的方法。原油中式。油水混合料通过位于电脱盐罐底部水相中的同样大小球形水滴之间的聚结力与电场强度的平分配器进入脱盐罐,并迅速上升通过油水界面进方成正比,也与水滴半径(r)和水滴中心之间距离入弱电场区,然后再经过下层电极板进入强电场(l)的比值(r/l)的四次方成正比。因此,电场强收稿日期:2002-08-16。修改稿收到日期:2002-09-20。度的提高、r/l值的增大,都会使水滴间的聚结力作者简介:高级工程师,1983年毕业于大庆石油学院化学专急剧增大。但是,随着原油中水含量(x)的减少,业,从事石油化工设备防腐蚀研究工作,现从事科研管理r/l值也相应减小,原油中水滴的聚结力则急剧工作。 第3期张佩甫.国内原油电脱盐装置的罐内结构与技术分析—55—区。在电场的作用下,油水混合料中的含盐小水鼠笼式电极板结构形式(单层或多层),此外,在脱滴聚结成大水滴,并从原油中沉降出来,进入电脱盐罐底部还设有水包(一个或两个)。其特点在盐罐底部的连续水相,并从罐底排出,净化原油则于:电脱盐罐内由弱电场、过渡电场和强电场三个通过位于电脱盐罐顶部的集合器从罐顶出装置。区域组成,油水混合料从电脱盐罐一端经分配器进入罐中,以平流方式依次通过三个不同强度的电场,进罐原油始终在电场的作用之下,净化原油则从罐的另一端排出,从原油中沉降分离出来的水进入罐底水包,并从水包底部排出。图4为其罐内结构示意。图1常规交流电脱盐装置罐内结构示意[1]2.2交直流电脱盐技术长江(扬中)电脱盐设备公司开发的交直流电脱盐技术罐内结构示意如图2所示。这种电脱盐设备电极板平面与电脱盐罐轴向垂直,正、负电极板相间布置,通过电路控制,垂直电极板之间形成图4平流电脱盐装置罐内结构示意半波直流强电场,而由电极板端部与油水界面之3不同罐内结构形式的技术分析间形成交流弱电场,这就是交直流电脱盐技术的20世纪80年代国内开发的常规交流电脱盐含义。油水混合料、电脱盐切水及净化原油进出技术,在当时是比较先进的,国内炼油厂的大量应电脱盐罐的位置和方法与水平电极板电脱盐装置用,基本上解决了我国原油的深度脱盐问题。油基本一致。水混合料先通过弱电场,脱除部分水后再进入强电场,可以防止原油中因形成水链而使电极板间产生短路,或因含水原油电导率过高而使装置电耗过大。但油水混合料先经过弱电场脱除部分水后再进入强电场,将极大削弱甚至完全丧失强电图2交直流电脱盐装置罐内结构示意场的电聚结作用。2.3高速电脱盐技术国内开发的交直流电脱盐技术,由于采用半美国Petrolite公司开发的高速原油电脱盐技波通电的强电场,其脱盐电耗比常规交流电脱盐术采用三层水平电极板,电场形式为交流电场。技术明显降低。该技术采用的电极板形式虽与常与常规交流电脱盐的最大区别是,高速电脱盐装规交流电脱盐技术不同,但其所采用的电场形式置中不设弱电场区,上层极板与中层极板之间的和物料流动形式则与常规交流电脱盐技术没有本距离和下层极板与中层极板之间的距离相等,且质区别,油水混合料也是水相进料,并依次通过弱均为强电场;采用特殊结构的进料分配器,使油水电场和强电场。很多实验证实,直流电场对水滴混合料直接进入上下两个强电场中,净化原油和的聚结作用并不优于交流电场,因此,根据水滴聚电脱盐切水与常规交流电脱盐装置基本一致。图结力与原油水含量的关系可知,交直流电脱盐装3是这种电脱盐装置罐内结构示意。置油水分离的速度和效果应该与常规交流电脱盐相当。此外,通过改变垂直电极板上下距离形成下弱上强的电场形式,只会进一步减弱强电场的电聚结作用。国内开发的鼠笼式平流电脱盐技术,由于采图3高速电脱盐装置罐内结构示意用了物料平流方式,使原油流动方向与水滴沉降[2]2.4鼠笼式平流电脱盐技术方向垂直,从而基本消除了原油流动对水滴沉降洛阳石油化工工程公司设备研究所开发的平产生的不利影响。但是,该技术仍然采用了常规流电脱盐技术,除具有物料平流特点外,还采用了交流电脱盐技术强、弱电场的设计思路,而且还设 —56—炼油技术与工程2002年第33卷计采用了过渡电场,使强电场的作用进一步弱化,常规交流电脱盐技术的水平上,致使十多年来我对油水的分离起了负作用。弱电场和过渡电场的国在电脱盐罐体及其内构件形式这一电脱盐主体同时采用,可能会使强电场电聚结力下降到十几技术的开发上,除花样的翻新外,实质性技术进步分之一甚至几十分之一,因此,它对油水分离产生很少。表1列出的数据就可清楚地表明这一点,的负面影响,远比因采用物料平流方式所产生的即我国炼油厂电脱盐装置的大型化,主要是依靠正面影响大。此外,由于鼠笼式电极所产生的电增大脱盐罐容积来实现的。引进美国Petrolite公场强度非常不均匀,如在弱电场区靠近中心电极司高速电脱盐技术建成的镇海炼油化工股份公司处的电场强度可能是靠近罐壁处电场强度的数倍Ⅲ套常减压蒸馏装置的电脱盐装置,其单级罐容甚至数十倍,这种电场强度的极端不均匀性也会仅相当于我国2.5Mt/a电脱盐装置的单级罐容,严重影响原油的脱盐脱水效果。与常规交流电脱而其原油处理能力却达到了8.0Mt/a。盐技术的水平电极板形式相比,采用鼠笼式电极表1我国几套电脱盐装置的结构(不管是单层还是多层)后,由于电场基本施原油加工能力与脱盐罐容量加到电脱盐罐的全部内部空间,电脱盐装置的电原油加工能脱盐罐尺寸/m采用的电备注力/Mt·a-1脱盐技术耗应该会明显增加。水包的采用客观上使原油在2.53.2×21国产电脱盐罐中的停留时间增加,但这也相当于是通上海高桥石油3.53.6×21国产化工公司Ⅰ套过增加电脱盐罐的容积来实现的。总之,平流电蒸馏装置脱盐技术用于一般炼油厂原油电脱盐,不管是脱福建炼油4.04.0×26.276国产化工有限公司水(盐)速度、脱水(盐)效果,还是电脱盐电耗,都不会比常规交流电脱盐技术和交直流电脱盐技术茂名石油化工公司5.04.0×30.05国产Ⅳ套蒸馏装置好。相对而言,对于经过弱电场和过渡电场脱水镇海炼油化工3.2×20.76后水含量仍然很高的高含水原油,平流电脱盐技5.0国产股份公司Ⅰ套常(每级两台)减压蒸馏装置术应该比较合适,如油田原油脱水或炼油厂高含镇海炼油化工股份水原油的预脱水(盐)等。8.03.6×17.7Petrolite公司Ⅲ套常减公司压蒸馏装置高速电脱盐技术则完全摒弃了高含水原油在高压电场中可能引起相关问题的认识,依据水滴聚结力与原油水含量之间的关系这一理论基础,4几个问题的讨论通过新型进料分配器的开发和双层强电场技术的4.1关于脱盐罐的容积问题应用,使油水混合料可直接进入强电场。与常规在原油加工量一定的情况下,电脱盐罐容积交流电脱盐技术相比,水含量较高的油水混合料的大小决定了原油、水在罐中的停留时间,也决定直接进入强电场后,由于原油中小水滴之间的电了原油在强电场中的上升速度和停留时间。油水聚结力大幅度提高,从而极大地提高了原油中小在电脱盐罐中停留的时间越长,净化原油的盐和水滴的聚结速度和油水分离速度。油水混合料直水的含量越少,电脱盐排水中的油、酚、COD含量接进入强电场,还避免了边壁效应。由于油水分等也越低。原油在强电场中上升的速度越慢,其离速度增大,使同等大小容积的电脱盐罐的原油对水滴沉降的影响就越小,越有利于油水分离。加工能力大幅度提高,原油在电场中的停留时间同样,原油在强电场中保持适当的停留时间也是则大幅度减少,从而使电脱盐装置的单位电耗大必要的,这样才能给原油水滴的聚结提供足够的幅度降低。电脱盐罐容积的减小,还可大幅度节时间。总之,罐的容积越大,越有利于原油的脱盐约投资和占地,这对于装置扩能改造,而原有地方脱水。但是,电脱盐罐的容积过大,必然导致装置面积有限的情况是非常重要的。此外,由于采用投资和操作费用的增加。因此,在保证脱盐脱水油相进料,避免了水相进料对水层的搅动,既可保效果的前提下,通过技术进步,尽可能减小单位加持油水界面的稳定,又能保证电脱盐切水的质量。工能力所需的罐容,才是电脱盐技术的发展目标。从以上分析可知,由于国内对电脱盐过程中4.2关于强电场中高含水原油的电导率问题电场的作用和可能出现的问题的认识始终停留在油水混合料直接进入强电场是否会因原油电 第3期张佩甫.国内原油电脱盐装置的罐内结构与技术分析—57—导率过高,从而引起电极板短路或电耗过高是人会产生水链而导致电极板短路,高速电脱盐技术们最为关注的问题之一。不同原油的电导率也不就适合于这种原料。因此,不管是轻质原油还是一样,在电脱盐工艺温度下,原油电导率的数量级重质原油,在其它条件相同的前提下,采用高速电-7[3]大约为10S/m。原油电脱盐注水的电导率虽脱盐技术都会比采用常规交流电脱盐技术、交直然远高于原油,但是,由于一般电脱盐的注水量只流电脱盐技术和平流电脱盐技术的效果好。有5%～7%,因此,在原油中的水滴不形成水链的前提下,油水混合料的电导率与原油本身相比,不5结束语会有太大的提高。高速电脱盐技术是目前世界上先进的原油电在原油中水含量一定的条件下,水滴之间距脱盐技术,在同等条件下,其脱盐脱水效果、排水离h与水滴的半径r成正比,即水滴在原油中的含油和装置电耗等电脱盐指标均比国内原有技术分散度越高,水滴之间的距离越小,越容易产生水好得多,目前在世界上已经应用了100多套。国链。原油中水滴分散度越高,越容易被极化变形内高速电脱盐技术的开发工作也已开始,但还处产生电分散,因此也就越容易产生水链。于起步阶段,国内相关科研设计单位应该在充分在油水混合料直接进入强电场的情况下,由理解高速电脱盐技术的技术原理前提下,集中精于电聚结速度非常快,原油中的小水滴迅速聚结力开发高速电脱盐装置的关键设备和内构件,并成了大水滴,这样基本上可以杜绝水链的形成。结合电脱盐工艺条件优化、新型破乳剂研制和评不过,对于混合强度过高、水滴分散度过大,油水选,以及混合器、变压器、油水界位仪和相关检监乳化严重、脱水相对困难的油水乳化液来说,在进测技术的开发等,使我国原油电脱盐整体技术水料混合器的喷料方向与水平电极板间电力线方向平能够在较短的时期内达到或超过世界先进水平行的情况下,原油中的小水滴也有可能在聚结平,为石化行业的扩能改造和装置的大型化提供成大水滴之前就会形成水链,从而造成电极板短技术支撑。路。因此,具有水平喷料作用的进料分配器是高速电脱盐技术的关键。参考文献1中国石化北京设计院.交直流电脱盐装置.中国,CN21777234.3关于高速电脱盐技术的适用范围Y.1993高速电脱盐技术的适用范围是由其强电场进2徐泽远.炼油设计,1997,27(1):14～18料的技术特点决定的,也就是说,在采用其特制的3甄开印.石油炼制,1991,22(3):19～25进料喷嘴条件下,只要油水混合料在强电场中不(编辑吕艳芬)INNERSTRUCTUREANDTECHNOLOGYANALYSISOFDOMESTICCRUDEELECTRICDESALTERZhangPeifuLuoyangPetrochemicalEngineeringCorporation,SINOPEC(Luoyang,Henan471003)AbstractDifferentinnerstructuresofdomesticcrudeelectricdesalterhavebeenanalyzedandcomparedac-cordingtothefunctionalmechanismofelectricfieldinthewaterdropelectro-coalescenceprocess.Highspeedelec-tricdesaltingfeaturessuchcharacteristicsashighspeedandefficiencydesaltingsloweroilcontentinthedrainageandthelowelectricityconsumption.Crudecapacitycanbeincreasedgreatlycomparedunderthesameconditions.Itisthedevelopmenttrendofdomesticelectricdesaltingtechnology.Keywordsdomestic,crudeelectricdesalter,State-of-the-art,comparison