高频电脱盐技术在大榭石化应用的综合效果分析

石油人在北京

摘 要： 结合高频电脱盐技术在大榭石化的应用实例，阐述了高频电脱盐技术的原理，对高频电脱盐技术在
高酸重质原油中的电脱盐效果及节能减排效果进行了评价。大榭石化通过对2．25 Mt／a沥青装置一级电脱盐罐实
施高频电脱盐技术改造后，取得了较好的效果，平均电脱盐率提高了6．24 ，电脱切水含油质量浓度和COD分别降
低了73 mg／L和352 mg／I ，电脱系统设备电耗相对改造前节省约2O ，每吨原油破乳剂平均消耗量降低了4．13 g，
每年直接经济效益在167万元以上。
关键词： 高酸重质原油； 高频电脱盐； 大榭石化
中图分类号： TE624．1 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1006—396X．2012．06．007
General Effect Analysis Regarding the High Frequency Desalting
Technology on the Application of CNOOC Daxie
W ANG Shi— wen，YA()W an—he，GUO Zhen— yu
(Daxie Petrochemical Co．，Ltd．，CNOOC，Ningbo Zhejiang 315812，P．R．China)
Received 12 September 2012；revised 1 5 October 2012；accepted 31 October 2012
Abstract： The theory of high frequency desalting technology was illustrated through the application case of high frequency
desahing technology on CNOOC Daxie．and the desalting effect on high acid crude oil and it’S energy saving was evaluated．
The result shows that by using high frequency electric desalting transform ation on first order electric desahing tank of 2．25
Mt／a asphalt unit．the average electric desahing rate has been increased by 6．24 ，the oil concent and COD in blow down
water has been decreased by 73 mg／I and 352 mg／L，respectively．Power consumption of electric desalting tank has been saved
2O ，average demulsifier consum ption of per ton of crude oil has been decreased by 4．1 3 g，the direct economic benefit was
above 1．67 million yuan．
Key words： H igh acid heavy crude oil；High frequency desalting；Daxie petrochem ical
CorTesponding author．Te1．：+ 86— 574—86760670；e-mail：wangsw@ dxzspc．com
电脱盐是炼油厂的龙头装置之一，原油性质的
不同对原油电脱盐效果影响很大。电脱盐运行的好
坏直接影响到污水处理场的原水水质。为此选择合
适电脱盐技术和操作工况是实现污水处理系统稳定
运行的先决条件之一。高频电脱盐技术是新一代的
原油电脱盐技术，它采用脉冲方波电压，形成高压、
脉冲式电场，这完全不同于以往的交流或交直流电
脱盐电场。在高频脉冲电场下，原油中的油水乳化
颗粒在瞬间形成的高压电场下被极化，水滴之间的
聚结力大大增加，从而电脱盐效果得到显著改善。
1984年Bailesl1 首先提出高频脉冲交流破乳，效果
收稿日期：2012 O9一】2
作者简介：王仕文(1981 )，男，江西吉安市，工程师。
较好；1992年，英国BP公司的Ware—hm 油田首
先采用脉冲电脱盐技术进行油水分离，且不使用任
何化学破乳剂¨2]。近年来国内对高频电脱盐技术在
油田化工中的应用也越来越多 ]。
中海石油宁波大榭石化有限公司(以下简称大
榭石化)主要加工渤海湾的低硫高酸重质原油，该类
原油具有密度大、酸值高、黏度大等特点，常规的二
级电脱盐技术很难使脱后原油含水、含盐合格，且电
脱污水极易乳化，给大榭石化的污水处理带来了较
大压力。2010年7月，大榭石化对2．25 Mt／a沥青
装置电脱盐系统进行了高频电脱盐技术改造，改造
后电脱盐效率明显提高，电耗降低，电脱污水c()D
及含油降低明显，取得了良好效果，为国内加工类似
原油电脱盐技术的研究提供了方向。
第6期 王仕文等．高频电脱盐技术在大榭石化应用的综合效果分析 25
1 高酸重质原油加工特点及难点
大榭石化现有0．75 Mt／a沥青装置(以下简称
I套沥青装置)和2．25 Mt／a沥青装置(以下简称II
套沥青装置)各1套，原油合计加工能力8 Mt／a，全
部加工中国海洋石油总公司自产的曹妃甸、秦皇岛
32—6、旅大1O一1、流花等海洋原油，其基本性质见
表1。
表l 大榭石化加工原油基本·眭质
Table 1 The basic nature of the crude oil processing in Daxie petrochemical company
陛质参数 绥q-36—1 曹妃句 蓬莱19—3 旅大1O一1 秦皇岛32—6 流花
p(2O℃ )／(g·cm 。) 0．966 0．941 0．927 0．940 0．950 0．932
)，(8O ℃ )／(mm。·s ) 279．90 30．86 27．42 24．41 364．8O 112．7O
酸值／Emg(KOH)·g一 ] 2．67 2．57 3．2O 6．46 2．91 2．8o
D(盐)／(mg·L ) 59．0 25．8 130．0 2O．4 16．2 59．6
(水)， 0．15 O．30 0．30 痕迹0．28 0．40
重质低硫 重质低硫 低硫环烷 低硫中 低硫环 重质低硫
原油类别
环烷基 中间基 中间基 间基 烷基 中间基
*注：秦皇岛32—6和流花原油的黏度为5O℃ 下的运动黏度。
在加工过程中主要面临以下几个方面的问题：
(1)原油密度大，油水密度差小，造成油水分离
推动力小，贮罐自然沉降脱水和电脱盐工艺油水分
离困难；
(2)原油重组分中的芳香烃、胶质含量低，沥青
质含量高。这样的组分导致沥青质更容易聚集，进
而导致原油乳化严重和污水带油；
(3)原油酸值高，其携带的环烷酸盐是天然的
表面活性剂，加大了破乳难度，加工过程破乳剂消耗
偏高；
(4)电脱污水含盐高，环烷酸溶解油含量高，可
生化性相对较差，污水处理难度大；尤其对反渗透浓
水深度处理工艺提出了更严格的要求；
(5)轻油收率低，减压系统负荷大，减顶污水产
生量大。
2 高频电脱盐机理及优点
普通脱水电源为正弦交流或近似正弦交流，属
缓慢变化的电场，对乳化膜的冲击力不强。高频智
能响应电脱盐专用电源技术将普通的正弦交流或近
似正弦交流电场电转化为矩形波电场，矩形波电场
由零开始瞬间跃变到极大值，使水珠中的正、负离子
得到最大限度的加速，对乳化膜形成最为强烈的冲
击。
在电场中，原油乳状液中2个相邻、粒径相同的
水滴之间的聚结力F为[2]：
F 一 (1)
式(1)中：￡为原油乳状液的介电常数；E为外加电场
的电场强度，V／ram；d为两颗水滴之间的距离，
m；r为水滴半径，／xm。
由式(1)可知，要使水滴之间的聚结力增大，必
须从提高电场强度，增大水滴直径，缩短水滴之间的
距离3方面着手。高频电脱盐相对常规电脱盐技术
其优势主要表现在以下几个方面：
(1)避免短路：在原油含水量过高或乳化严重
的情况下，脉冲电源可以实现在极板间短路前使高
压进入脉冲间歇期，避免短路形成。
(2)输出电压幅值可调：原油电脱水需要一定
的电场强度，但强度要合适，太高了会产生电分散，
使水珠以更细的颗粒悬浮在原油中；太低了水珠间
不能发生震荡聚结及偶极聚结，不能实现油水快速
分离。常规的电脱盐输出电压只能在几个档位之间
切换，输出电压不完全连续，为此无法根据原油性质
变化将电场强度调节到一个最佳范围。高频智能响
应电脱盐专用电源技术可将50 Hz交流电经过整流
滤波后，得到连续可调的直流电。因此，可将电场强
度控制在更精确的范围。
(3)频率连续可调(相同条件下具有更好的脱
水效果，脱水时水珠受力情况如图1所示)。由图1
可见，小水珠周围有一层乳化膜。乳化膜既能与水
珠产生较强的结合力，也能与原油产生较强的结合
力，要使水珠快速沉降，必须把该膜打碎。一般情况
下原油中的小水珠内部都含有盐类的正、负离子，在
原油中加上高压交流电场后，小水珠被极化，这些正
负离子会向电场的正、反方向快速移动，产生内摩擦
26 石油化 I 高等学校学报 第25卷
热，不断克服膜强度。被极化的小水珠相互结合形
成大水珠，加速沉降使油水分离，电脱水过程见图
2。当外加电场电场振荡频率同乳状液中水滴的固
有振荡频率相等或接近时，就会发生共振现象，此时
水滴的振动幅度最大，其外表面的油一水薄膜最易
被破坏，并与相邻水滴发生聚集。同时由于水滴振
动幅度增大，水滴间距离相对缩短，使水滴间距聚结
力增加，从而提高脱水效果I 。高频智能响应电脱
盐专用电源技术可将50 Hz工频电场转换为连续可
调的高频电场，为此更容易使乳化液水滴发生振荡
聚集，达到更好的脱水效果。
Fig．1 Stress performance of water droplet
图1 水珠受力
n))水珠聚集
Fig．2 Schematic diagram of electric dewatering
图2电脱水过程示意图
(4)节省电耗：高频间断供电方式，减少了通电
时间，降低运行电流，可以减少脱盐电耗；避免极板
之间形成短路或电流过大。在形成水链前短暂终止
供电，避免短路。短路消失后，再加下一个脉冲，就
可以避免电能的泄漏；高频电场相对工频电场在相
对较低的电场环境下可达到同样的效果。
3 高频电脱盐技术在大榭石化的
技术改造方案
3．1 改造前状况
大榭石化2．25 Mt／a沥青装置原设计加工曹妃
甸原油并按西江原油校核，电脱盐设备的加工能力
为600万t／a，年开工8 400 h，装置操作弹性为6O
～ l 00 。第一级和第二级都采用书5 0O0 mlTl×
28 000 mitt的电脱盐罐，技术采用交直流电脱盐技
术，利用进油分配管，使乳化液在罐体内均匀分布，
充分利用罐体最大截面。两级交直流电脱盐工艺流
程如图3所示。
Fig．3 Electrostatic desalting process
of AC／DC power systems
图3 两级交直流电脱盐工艺流程
2．25 Mt／a沥青装置于2009年3月一次开车
成功，轻收、总拔、能耗等各项指标均达到设计要求。
但脱后含水含盐、排水含油等指标除少数原油外很
难达到设计要求，尤其是蓬莱l9—3原油和流花原
油，其中流花油主要表现为电脱注水后极易乳化，脱
后含盐超标，蓬莱油的电脱排水含油严重超标，加_T二
以上原油时经常给污水处理场带来困难。有的公司
在采用三级电脱盐的情况下也未能很好的解决以上
两种原油的电脱盐问题，为降低以上两种原油的加
丁难度主要通过掺炼方式加工以上两种原油。大榭
石化因受原油资源和减线油生产方案限制，以上两
种原油掺炼的机会较少，为此迫切的需要寻找一种
新的技术提高电脱盐效率，经技术调研和筛选，最终
确定了对一级电脱盐罐实施高频智能响应电脱盐改
造的技术方案。
3．2 改造方案
3．2．1 设备运行分析和主要改造思路在加工劣
质原油或加工原油储罐底部原油时，往往在电脱盐
罐油水界位处形成顽固乳化层。因此，针对油水界
位处顽固乳化层的破乳是这次改