本文主要探究常减压电脱盐工艺技术优化措施。研究过程中，从电脱盐工艺优化重要性为出发点，分析其可减少设备腐蚀、提高传热效率，并以某企业应用的 5.0*106t/a 常减压装置为例，明确该装置电脱盐中原油性质及存在问题，以此为研究基础，提出针对性优化措施，以期为相关工作者提供有益借鉴。
关键词：
常减压装置；电脱盐
前 言
随着全球经济的发展，对于能源需求逐渐增大，石油作为通用能源之一，具有不可再生的特点，面临着枯竭危机，其主要被加工为各类成品使用，在飞机、机动车、树脂、纤维、石蜡、焦炭、基建等领域应用较为广泛。原油经油田开采后，尽管会进行初次脱水脱盐的工艺处理，但无法满足后续加工要求，为提高能源资源利用率，减轻设备腐蚀剂下游装置催化剂消耗，则需要优化常减压蒸馏装置电脱盐工艺，提高油水分离质量与效率，进而达到更高的脱水脱盐效果。
1 电脱盐工艺优化重要性
原油进行电脱盐是全厂原料的预处理过程，是非常重要的一个环节，通过电脱盐对原油的深度脱水脱盐，可以减轻常减压及下游装置设备的腐蚀及结垢，提高二次加工原料质量、避免下游装置催化剂的中毒及消耗，电脱盐的良好运行对全厂的稳定长周期运行尤为重要。
电脱盐技术是当前国内外石化行业广泛应用的成熟技术。通过向原油中注水、注破乳剂，利用破乳剂比乳化剂具有更小的表面张力，更高的表面活性，首先分散在原油乳化液中，而后逐渐到达油水界面，由于它具有比天然乳化剂更高的表面活性，因此破乳剂将代替乳化剂吸附在油水界面，并浓集在油水界面，改变了原来界面的性质，破坏了原来较为牢固的吸附膜，形成一个较弱的吸附膜，并容易受到破坏。原油经过破乳，并在电场的作用下，微小水滴聚结为大水滴。原油和水的分离则是靠油水两种互不相溶液体密度不同进行沉降分离。
电脱盐罐作为原油脱盐脱水的重要设备，其大小、内件结构、电场分布形式等决定了油水乳化液在电场内的上升速度和停留时间，对脱后原油含盐含水及排水含油起决定性的作用。因此，选用合理的电脱盐工艺及设备是至关重要的。
1.1 减少设备腐蚀
原油中盐类的存在会造成设备腐蚀，其原因是 CaCl2、MgCl2水解生成的 HCl，溶于水中生成腐蚀性较强的盐酸，加剧了设备腐蚀。尤其原油含硫量较高情况下，硫化物分解生成 H2S，金属表面受到硫化氢腐蚀生成硫化亚铁，硫化亚铁覆膜在金属表面起到保护作用，但是原油中 CaCl2、MgCl2在经过高温水解后，生成的 HCl 将会与 FeS 反应，进而破坏保护层，硫化亚铁与盐酸反应：FeS+2HCl=FeCl2+H2S，在两者反应过程中，使金属失去保护膜，反应生成的 H2S 与 Fe发生进一步反应，再次腐蚀金属，加剧腐蚀程度，这种腐蚀称为 H2S-HCl-H2O 型腐蚀。因此，通过电脱盐工艺，实现油水分离，脱出水溶性盐类，达到减少设备腐蚀的目的。
1.2 提高传热效率
原油中含盐会造成管道及加热炉炉管中由于水份的蒸发而沉积结垢，降低传热速率，增加加热炉的燃料消耗。甚至管道堵塞或使炉管表面温度增高，缩短加热炉炉管使用寿命。
因此原油脱水同时脱出水溶性盐类，可以大幅降低盐类结垢附着于加热炉炉管、换热器等设备的发生概率，进而确保设备传热效率的提升。
1.3 稳定操作，节能降耗
原油含水造成蒸馏塔内（特别是初馏塔）气相线速过高，使操作不稳定，严重时会造成冲塔事故，并且会使原油换热系统阻力降增加，增加传输成本，甚至憋漏设备，而且还会增加了加热炉负荷和塔顶冷凝冷却器负荷，增加燃料及冷却水耗量，降低设备处理能力。所以通过脱水脱盐不仅可以减少常减压装置操作波动，而且可以起到节能降耗的作用。
2 电脱盐工艺技术概况
某石油企业炼油部应用 5.0*106t/a 常减压装置，装置设计以进口油原油加工为主，脱后盐含量控制指标为＜3mg/L。装置年开工时数 8400h，每小时加工量 595.2t，采取成熟初馏+常压蒸馏+减压蒸馏工艺，电脱盐系统采用二级高速+交直流电脱盐技术。生产运行过程中三顶污水铁离子合格率长期偏低，严重腐蚀塔顶换热器。
2.1 原油性质
原油密度为 0.8423g/cm³，含硫量 0.1%，残碳量 2%，50℃下运动粘度为 5.761m ㎡/s，氮含量为 0.12%，蜡含量为 11.8%，水含量＜0.024%，盐含量为 8.2mg/L。
2.2 存在问题
（ 1）应对劣质化原油抗冲击能力不足。原油加工存在劣质化、重质化趋势，提高了脱水脱盐难度，由于部分高粘度、高比重、高含盐原油在电脱盐中易产生乳化情况，形成难以除去的稳定乳化物，进而提高了电脱盐设备运行电流比。形成的稳定乳化层会导致电脱盐电流在短时间内迅速上升，出现设备跳闸、短路问题，对装置稳定运行造成严重影响。
（2）电脱盐罐容积较小。两级电脱盐罐当前尺寸为φ3200*21000mm，罐内原油停留时间 31.5min，电场停留时间仅 11.6min，上升速度最大截面为 1.43mm/s，无法满足罐内原油停留时间要求，导致脱后含盐不合格，以及外排含盐污水含油量超出规定指标，不仅对下游装置生产造成压力，还对环保造成一定隐患。
3 常减压电脱盐工艺技术优化分析
3.1 电场结构优化
原本第一级电脱盐罐中应用第一代高速电场结构，其中共涉及水平电极板 4 层，从上至下 1、2、4 带电，而 3 层则接地（见图 1）。
原本第一级电脱盐罐中应用第一代高速电场结构，其中共涉及水平电极板 4 层，从上至下 1、2、4 带电，而 3 层则接地（见图 1）。
在罐体中第 4 层应用从下至上的支撑结构，以此固定该层带电极板绝缘支撑，将其固定于与水层相近的上部横梁位置，由于其与水层较近，水位波动后第 4 层带电极板与水层中间的乳化液相对位置发生变化，易造成电流波动，对破乳效果造成影响。在改造后从第 4 层极板支撑位置变为在第 3层接地极版上悬挂，采取改造电极板固定方式将支撑件影响电场情况减少，达到电场结构优化目的。生产中通过提高5%控制界位，增加油水沉降分离时间，提高脱盐率及改善排水发黑的现象。
3.2 配电电源改造
电源改造中，则是将原本 100%电脱盐全阻抗电源变为智能响应控制电源，变压器电压从 6000V 降低至 380V。新增 PLC 控制系统，将变压器中 100%电抗器取消，以减少电抗器电压损耗。在应用智能响应电源中，通过对可控硅导通角的调整进而达到调压效果，可在人机界面中设置变压器运行电压及运行模式，运行模式包含调压模式与恒压模式，其中调压模式为其运行电压，电压存在规律性变化，恒压模式则始终处于某恒定电压下进行运行。当设置好电压及运行模式后，将信号反馈送至 PLC 控制系统内，智能响应电源即可根据程序运行。
随着电流升高，全阻抗变压器降低了输出电压，达到额定电流后，电压接近于零；智能响应变压器，则会随电流升高降低电压，降低幅度低于全阻抗变压器，达到额定电流后，仅降低 30%电压，在同等有效场下降低运行电流，进而减少电脱盐能耗。
3.3 改造排水除油器
企业在检修期间对除油器罐内结构进行优化整改，减少前后端油水分离区压降，保证除油器实现满灌操作，确保浮油可全部进入收油包。更新除油器填料，改鲍尔环为六角蜂窝斜管填料，应用水力旋流器（CYL-70），保留鲍尔环填料支撑、水冲洗管线、各腔室隔板。拆除鲍尔环填料、水冲洗先、下部隔板、支撑板，以及六角蜂窝斜管填料腔室上部隔板、分配管线。该系统改造在六角蜂窝斜管填料增加固定压板，其间距为 300mm，属于可拆卸结构。在旋流器底部增加直管与弯头，朝向封头位置，焊死鲍尔环镇料水冲洗开口，以免油水界位受到冲击及造成罐底部泥沙搅动。
3.4 增上三级脱盐罐
为确保脱后原油含水、含盐量进一步降低，达到先进指标范围，有效降低腐蚀设备速率，则新增φ3800*22000mm的三级电脱盐罐体，采用交直流电脱盐技术，并采用智能响应变压器技术，利用该罐体直径较大，增加电场停留时间，达到脱盐效果稳定、原油适应性强的目的。在此基础上改造注水、破乳剂注入流程，新增除盐水至注水罐流程，新增破乳剂至原油泵入口及脱前换热器入口流程。
3.5 破乳剂选型
目前破乳剂主要存在水溶性及油溶性两种形式，主要用非离子型的表面活性剂作破乳剂。型号较多，有一定的选择性，因此对每一种原油必须进行破乳剂评选，以求达到破乳效果的最优化。破乳剂不仅影响脱盐率，而且还影响脱盐排水中的含油量，由于破乳剂是通过到达油水乳化液的界面，破坏其乳化膜而达到破乳作用的，因此破乳剂的浓度、注入量、注入点、破乳剂与原油的混合等都直接影响着脱盐效果的好坏。通过染色法、电导法、润湿法以及稀释法对乳化原油进行分类鉴别，搞清是 W/O型或者是 O/W型原油乳状液后，才能有针对性地选择破乳剂，以达到良好的破乳效果。
一般主张，W/O 型原油乳状液应选用油溶性破乳剂。选用破乳剂时，不能单凭应用数据定性说明水溶性及油溶性破乳剂产品的优劣。但是常用的水溶性破乳剂是通过破坏乳液界面膜或改变界面层的润滑性，使界面产生非活性配合物，从而达到破乳效果。而油溶性破乳剂在取代界面乳化的同时，还通过中和作用，促使界面膜得到破坏，达到破乳效果。
而水溶性破乳剂最终将随排出的污水进入到污水处理系统中，大大增加水处理的负担和费用，为绿色生产带来很大的威胁。油溶性破乳剂在环保方面具有很明显的技术优势，破乳剂在完成破乳作用后将留在原油中。因此，从目前破乳剂使用后的情况分析，各种资料表明油溶性破乳剂的脱盐脱水效果、使用后电脱盐罐电流的变化、添加比例等都优于水溶性破乳剂，油溶性破乳剂成为破乳剂应用趋势。
改造后装置采用三级电脱盐设置，通过选型分析，并考虑到原油在电脱盐罐的停留时间、脱后含盐及含水指标要求，结合电脱盐排水情况，重新选型后采用油溶性破乳剂。
在注入量方面，基本都控制在 15 mg/L 以内。
3.6 采用智能加剂撬装
破乳剂按油溶性考虑，破乳剂智能注入系统包括一个药剂罐和 2 台计量泵（常用 l 台,备用 l 台）。破乳剂由卸剂泵抽到药剂罐内，然后由注破乳剂系统注入原油管道。智能控制系统接收注点位置的流量信号,根据破乳剂与工艺介质的投加比例，经过逻辑运算，输出信号给计量泵的电动冲程控制器,由电动冲程控制自动调节计量泵冲程,实现破乳剂注入量随着注点工艺介质流量的变化而自动调整。
3.7 优化运行参数
通过分析电脱盐情况，对脱盐温度、注水量、混合强度、破乳剂注入量、电场强度等参数优化调整（见表 1）。
4 改造效果
电脱盐工艺改造后运行工况改善显著，表现为电脱盐罐电流平稳率提升，且与额定电流比较，仍有较大调整空间，显著提升操作弹性；采用智能响应变压器技术，降低了电耗；原油脱后盐含量及含水量降低（见表 2），达到脱后原油盐含量小于 2mg/L，脱后原油水含量小于 0.2w%的操作目标。
电脱盐一级排水含油量＜100mg/L，经除油器后含油量＜50mg/L。根据工业用电 0.68 元/kW·h/d，每年节省约为 120 万元。该技术主要使用智能响应控制电源，有效提高了工艺抗干扰能力，操作弹性大，控制电流更加平稳，降低操作强度。
通过对比电脱盐技术改造后含盐量显著降低 1.17mg/L，相当于多脱除盐 15.72t。有效避免在加热条件下，这些盐类水解产生氯化氢、硫化氢等腐蚀介质，加速装置腐蚀速率及减少换热器结垢等问题的发生，降低设备维修费用，进而提高企业经济效益。
5 总 结
综上所述，电脱盐作为原油蒸馏预处理工序，对后续原油加工、设备运行等具有重要影响。因此，应当从电脱盐采用技术、电场结构、配制电源、注剂类型、排水除油器、运行参数这几方面出发进行技术改造优化，从而提高电脱盐工作质量，确保能耗、脱盐率、含盐含水量达到先进指标。
原标题：常减压电脱盐工艺技术的优化
原作者：李晓丹
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