原油電脫水(脫鹽) 的電場設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)

石大留戀

從地層里開采出來的原油中不可避免地含有大
量的水和鹽類, 這對后續(xù)的儲運、煉制加工等環(huán)節(jié)
帶來了許多負面影響, 因此在油田一般需要對原油
進行脫水處理以使其外輸前的含水質(zhì)量分數(shù)低于
015%; 且在煉油廠進蒸餾裝置前需要進一步進行
脫水、脫鹽處理而使其含水質(zhì)量分數(shù)降低為011 %
～012 % , 并使鹽的質(zhì)量濃度小于5 mg/L。原油中
的鹽類主要以堿金屬和堿土金屬鹽的形式存在; 水
主要以溶解水、乳化水、懸浮水等3種存在形式,
其中乳化水較為穩(wěn)定而難以采用常規(guī)的靜置沉降法
去除[ 1 ] 。人們迄今已針對油水乳化液的分離問題
進行了大量研究, 在化學輔助破乳的基礎(chǔ)上又提出
了靜電聚結(jié)、離心分離、微波輻射、超聲波、膜分
離等措施, 但真正在生產(chǎn)流程中得到廣泛應(yīng)用的首
推靜電聚結(jié)法, 相應(yīng)的設(shè)備有電脫水器和電脫鹽器
兩大類[ 2, 3 ] 。筆者旨在通過介紹脫水(脫鹽) 的電
場設(shè)計以及復合電極、電載荷響應(yīng)控制器、淡化水
逆流靜電混合、變壓/變頻電源等關(guān)鍵技術(shù), 全面
準確地展示靜電聚結(jié)的機理以及國外在該領(lǐng)域的一
些新進展, 以供國內(nèi)相關(guān)人員參考。
電脫水(脫鹽) 的電場設(shè)計
靜電聚結(jié)脫水的適用對象是油包水(W /O )
型乳化液, 其目的是通過電場作用將連續(xù)相(原
油) 中的分散相(小水顆粒) 聚結(jié)成較大粒徑的
水顆粒, 從而便于靜置沉降甚至離心分離等后續(xù)過
程的實施。美國F G Cottrell博士于1909年申請了
第1個靜電聚結(jié)原油脫水技術(shù)的專利, 并成立了
Petreco公司( Petroleum Rectifying Company) 。該公
司1911年安裝了第1臺電脫水器處理13°AP I的原
油, 1935年安裝了第1 臺電脫鹽器。雖然在其后
的發(fā)展過程中經(jīng)歷了一系列曲折, 但集靜電聚結(jié)、
靜置沉降分離于一體的臥式電脫水器在1961年以
后基本得以定型[ 4 ] 。一般而言, 原油在電脫水的
同時也能達到脫鹽的效果, 但當僅僅使用電脫水器
難以滿足對原油中鹽類的質(zhì)量濃度要求時, 還必須
進行電脫鹽。電脫鹽通過淡化水與原油的混合均化
而攜帶鹽類, 然后又通過脫水達到將鹽類從原油中
去除的目的。無論采用何種形式, 電場設(shè)計是電脫
水(脫鹽) 過程的基礎(chǔ)性問題。
11AC電場
AC電場自F G Cottrell博士的開創(chuàng)性工作以來
一直在商業(yè)電脫水器、電脫鹽器中使用至今。如圖
1所示, 常規(guī)的AC電場設(shè)計由水平布置的雙電柵
網(wǎng)和1臺變壓器所組成, 雙電柵網(wǎng)又由充電下網(wǎng)和
接地上網(wǎng)組成。分離后的水層位于容器底部并與地
相連, 因此水層與充電下網(wǎng)之間、充電下網(wǎng)與接地
上網(wǎng)之間就形成了AC電場, 電壓一般為116～213
kV。W /O型油水乳化液從水層與充電下網(wǎng)之間進
入電場影響區(qū)并向上流動, 通常將這種雙電柵網(wǎng)形
成的電場稱為“單區(qū)”AC電場。
實際應(yīng)用中, 為了提高脫水效率和處理量, 還
可以利用多臺變壓器與電柵網(wǎng)組成“多區(qū)”或
“深場”AC 電場。通常使用3臺變壓器在油水乳