原油电脱水(脱盐) 的电场设计及关键技术

石大留恋

从地层里开采出来的原油中不可避免地含有大
量的水和盐类, 这对后续的储运、炼制加工等环节
带来了许多负面影响, 因此在油田一般需要对原油
进行脱水处理以使其外输前的含水质量分数低于
015%; 且在炼油厂进蒸馏装置前需要进一步进行
脱水、脱盐处理而使其含水质量分数降低为011 %
～012 % , 并使盐的质量浓度小于5 mg/L。原油中
的盐类主要以碱金属和碱土金属盐的形式存在; 水
主要以溶解水、乳化水、悬浮水等3种存在形式,
其中乳化水较为稳定而难以采用常规的静置沉降法
去除[ 1 ] 。人们迄今已针对油水乳化液的分离问题
进行了大量研究, 在化学辅助破乳的基础上又提出
了静电聚结、离心分离、微波辐射、超声波、膜分
离等措施, 但真正在生产流程中得到广泛应用的首
推静电聚结法, 相应的设备有电脱水器和电脱盐器
两大类[ 2, 3 ] 。笔者旨在通过介绍脱水(脱盐) 的电
场设计以及复合电极、电载荷响应控制器、淡化水
逆流静电混合、变压/变频电源等关键技术, 全面
准确地展示静电聚结的机理以及国外在该领域的一
些新进展, 以供国内相关人员参考。
电脱水(脱盐) 的电场设计
静电聚结脱水的适用对象是油包水(W /O )
型乳化液, 其目的是通过电场作用将连续相(原
油) 中的分散相(小水颗粒) 聚结成较大粒径的
水颗粒, 从而便于静置沉降甚至离心分离等后续过
程的实施。美国F G Cottrell博士于1909年申请了
第1个静电聚结原油脱水技术的专利, 并成立了
Petreco公司( Petroleum Rectifying Company) 。该公
司1911年安装了第1台电脱水器处理13°AP I的原
油, 1935年安装了第1 台电脱盐器。虽然在其后
的发展过程中经历了一系列曲折, 但集静电聚结、
静置沉降分离于一体的卧式电脱水器在1961年以
后基本得以定型[ 4 ] 。一般而言, 原油在电脱水的
同时也能达到脱盐的效果, 但当仅仅使用电脱水器
难以满足对原油中盐类的质量浓度要求时, 还必须
进行电脱盐。电脱盐通过淡化水与原油的混合均化
而携带盐类, 然后又通过脱水达到将盐类从原油中
去除的目的。无论采用何种形式, 电场设计是电脱
水(脱盐) 过程的基础性问题。
11AC电场
AC电场自F G Cottrell博士的开创性工作以来
一直在商业电脱水器、电脱盐器中使用至今。如图
1所示, 常规的AC电场设计由水平布置的双电栅
网和1台变压器所组成, 双电栅网又由充电下网和
接地上网组成。分离后的水层位于容器底部并与地
相连, 因此水层与充电下网之间、充电下网与接地
上网之间就形成了AC电场, 电压一般为116～213
kV。W /O型油水乳化液从水层与充电下网之间进
入电场影响区并向上流动, 通常将这种双电栅网形
成的电场称为“单区”AC电场。
实际应用中, 为了提高脱水效率和处理量, 还
可以利用多台变压器与电栅网组成“多区”或
“深场”AC 电场。通常使用3台变压器在油水乳