任甲子，牛有睿，張雙月

（中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008）

生產工藝

超聲波在電脫鹽系統(tǒng)中的應用

任甲子，牛有睿，張雙月

（中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008）

在摻煉達爾原油時，裝置幾乎無法適應此油品，尤其是電脫鹽系統(tǒng)，很多參數都超過了設定值，讓裝置陷入一定困境。本文對多種劣質進口原油在電脫鹽中的分離效果進行分析，以超聲波-電脫鹽原理和相關經驗公式為指導，合理利用現(xiàn)有的電脫鹽設備和工藝，以脫后原油含鹽、含水分析數據為依據，逐個優(yōu)化電脫鹽的相關參數，最終改善了脫鹽脫水效果，含鹽污水達到排放指標。

電脫鹽；達爾原油；超聲波；含油量

1 達爾原油對電脫鹽的影響

達爾原油本身硫含量較低，通常影響原油性質的硫雜類物質對其性質影響較小。達爾原油微觀性質對電脫鹽影響的主要原因是含氧雜原子物質的影響：首先，環(huán)烷酸本身是較強的表面活性劑，它包覆乳化水珠，脫鹽過程中極易產生乳化現(xiàn)象，導致水珠破乳難度加大；其次，直鏈脂肪酸成分將原油各組分分割成網狀結構，形成層層包圍的空間網狀結構，加劇了破乳—脫水—沉降的難度，導致電脫鹽罐電流大幅升高。達爾原油組分含量見表1。從表1可以看出達爾原油酸值還是比較高的。

表1 達爾原油酸值數據表

2 電脫鹽原理

原油中含有水，同時也含有膠質、瀝青質等天然乳化劑。原油在開采和輸送過程中，劇烈擾動使得水以微滴狀態(tài)分散在原油中，原油中的乳化劑靠吸附作用濃集在油水界面上，組成牢固的分子膜，形成穩(wěn)定的乳化液。乳化液的穩(wěn)定程度，取決于乳化劑性質、濃度、原油本身性質、水分散程度、乳化液形成時間長短等因素。強烈的機械攪動下，乳化劑濃度高，原油黏度大，乳化液形成的時間長，將增加乳化液的穩(wěn)定程度。

原油電脫鹽主要是加入破乳劑，破壞其乳化狀態(tài)，在電場的作用下，使微小水滴聚結成大水滴，使油水分離。由于原油中的大部分鹽類是溶解在水中，因此脫水與脫鹽是同時進行的。

該常減壓裝置采用高速電脫鹽技術，罐內設有4層水平電極板。根據極板間距的不同，形成弱、中、強3個電場。原油乳化液直接進入到電場中，減少了在罐內的停留時間，加快了油水分離速度，提高了脫鹽、脫水效果。

超聲波破乳原理：破乳劑加入原油后，首先分散在原油乳化液中，而后逐漸到達油水界面。由于它具有比天然乳化劑更高的表面活性，因此破乳劑將代替乳化劑吸附在油水界面，并濃集在油水界面，改變了原來界面的性質，破壞了原來較為牢固的吸附膜，形成一個較弱的吸附膜，并容易受到破壞。利用超聲波的物理作用方式，產生波動-位移效應，削弱油水界面作用力，破壞油水乳化結構，增強油水在電場與重力作用下的分離能力。

圖1 高速電脫鹽示意圖

圖2 常減壓電脫鹽流程圖

2.1 水滴間的聚結基本原理

在高壓電場中，原油乳化液中的微小水滴由于靜電感應使之產生誘導偶極。誘導偶極使水滴與水滴間產生相互吸引的靜電引力，即水滴聚結力F。水滴受聚結力的作用，運動速度增大，動能增加，一方面可以克服乳化膜的阻力，另一方面增加了水滴間互相碰撞的機會，使微小水滴聚結成大水滴。大小水滴間的聚結力可用下式表達：

其中，F(xiàn)為水滴間的聚結力，N；K為原油的介電常數，N·m-1；E為電場強度，V·cm-1；r為水滴半徑，cm；L為兩水滴間的中心距離。

要提高水滴之間的聚結力，水滴半徑和水滴間距是主導因素。注水比例改變對聚結力的影響見表2。

表2 注水量對水滴間距的影響

2.2 斯托克斯水滴沉降定律

式中，Wd為水滴沉降速度，m·s-1；d為水滴直徑；μ為油的運動黏度，m2·s-1。

增加注水可以增大水滴直徑，也有利于提高水滴的沉降速度，減少脫后原油帶水，降低排水含油量。

2.3 理論水滴沉降直徑公式

式中，dstoke為理論水滴沉降直徑，m；μ0為油的運動黏度，m2·s-1；WS為原油上升速度，m·s-1。

電脫鹽運行參數的調整，均是依據以上理論，圍繞著如何使進入電場的水滴更容易沉降下來，以提高油水分離效果。水滴間的聚結力模型和斯托克斯水滴沉降公式表述了注水對脫鹽的影響，為此，可采取以下措施：提高水滴的直徑；縮小進入電場的水滴間的距離；提高油水密度差；降低原油的黏度；提高電場強度；降低原油上升速度。

2.4 混合強度的調整

1）脫除原油中的鹽和水必須將原油和水充分混合，才能充分發(fā)揮注水的作用。

2）由聚結力公式可以看出，將注水電場的水滴分散得越均勻，越有利于減少水滴之間的間距，越有利于水滴的聚結。這是提高混合強度的另一關鍵作用。

3）對電脫鹽罐混合強度的控制，一般原則是：原油密度＜850kg·m-3的輕質原油混合強度控制在50～120kPa；原油密度＞850kg·m-3的中質原油混合強度控制在30～80kPa。

4）多大的混合強度為合適，需要通過生產的優(yōu)化調整決定，不能一概而論。應結合超聲波的功率大小，以當前加工的原油性質、脫后含鹽含水、污水含油的分析數據及電脫鹽罐運行狀況為依據。

2.5 電場強度的調整

提高變壓器檔位可以提高電場強度，由2.1節(jié)可以看出聚結力與電場強度的平方成正比。較高的電場強度有利于水滴的聚結力，理論上可以提高水滴之間的聚結力，但電場強度過高，易形成電分散，水滴聚集困難，導致原油乳化。下面以檔位13000V為基礎，對不同電場強度對應的聚結力的變化情況進行比較，結果見表3。由表3可知，電場強度并不是越大越好，應根據原油性質、電脫鹽罐的運行狀況選擇合適的電場強度。

表3 不同電場強度對應的聚結力變化

3 實際應用

根據超聲波廠家給出的經驗公式：J=AB*(I1+I2+I3)/3，確定好常數A和系數B。其中經驗公式中常數A一定時，系數B的大小反映了電流對超聲波輸出功率的靈敏度。B值越大靈敏度越高，反之靈敏度越小。當電脫鹽罐電流變化較大時該值選取越??；當電脫鹽罐電流變化較小時該值選取越大。

3.1 電脫鹽操作參數調整

電脫鹽注水：4%；

混合強度調整：一級為60～80kPa，二級為70～100kPa；

超聲波的調整：一級為220～270W；二級為240～290W；

電場強度的調整：一級變壓器13kV；二級為13kV或16kV。

3.2 摻煉達爾油情況

2013年12月19日常減壓裝置開始摻煉4%達爾油，對電脫鹽做了如下調整：將破乳劑稍作調整；一級罐超聲波功率由 180W提至200W。2013年12月 21日化驗脫后含鹽為3.96mg·L-1，大于設計值（脫后含鹽＜3mg·L-1）。

將二級電脫鹽罐變壓器檔位由原來13kV調整為16kV，調整后二級電脫鹽罐電流由210A上升至269A（平均值）。2013年12月 22日化驗脫后含鹽為3.09mg·L-1，大于設計值（脫后含鹽＜3mg·L-1）。

將一級超聲波功率由200W逐步調整至240W；二級超聲波功率由250W逐步調整280W。摻煉達爾油4%和5%操作參數分別見表4和表5。

調試期間脫后含鹽情況見圖3。

表4 摻煉達爾油4%操作參數

表5 摻煉達爾油5%操作參數

圖3 調試過程中脫后原油鹽含量趨勢圖

4 結論

對摻煉各種劣質原油的裝置，采用超聲波-電脫鹽能夠起到更好的脫鹽破乳效果，尤其在摻煉達爾原油達4%～5%以上時，通過調整超聲波的功率和電脫鹽的一些操作參數，完全可以達到以下設計目標：脫后含鹽＜3mg·L-1；污水含油＜150×10-6；脫后原油含水＜0.2%；電脫鹽罐電流＜280A。通過調試，超聲波-電脫鹽完全可以摻煉5%甚至更高的達爾油，以及更多種類的劣質原油。

[1] 王志強，莊鎖良.加熱爐對流室爐管外壁化學清洗清灰鈍化技術的應用[J].全面腐蝕控制，2007(21)：31-32.

[2] 唐孟海，胡兆靈.常減壓蒸餾裝置技術問答[M].北京：中國石化出版社，2006.

[3] 侯俠，王靜. 影響電脫鹽裝置脫鹽效率的因素分析及改進意見[J].石油化工應用，2006(4)：37-40.

Application of Ultrasonic in Electric Desalination System

REN Jiazi, NIU Yourui, ZHANG Shuangyue
(Guangxi Petrochemical Company, CNPC, Qinzhou 535008, China)

TE 624.1

B

1671-9905(2017)01-0047-03

2016-11-24