常压装置电脱盐超声波应用

超声波替代破乳剂在原油电脱盐中的应用

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摘 要：本文介绍了超声波-电脱盐组合技术在***万吨/年常压装置的应用情况：破乳剂完全被替代，脱后含盐从投用超声波前的平均3.66mg/l降到投用后的2.5mg/l，总排污水含油下降、COD投用超声波前后基本不变，电脱盐操作稳定。原油电脱盐超声破乳工业试验，取得了令人满意的效果。

关键词： 超声波 电脱盐 破乳 盐含量 1.前 言

***常压装置原采用传统的原油破乳手段，三级交直流电脱盐—化学破乳剂技术。用酸性水汽提装置生产的净化水作为脱盐罐二、三级注水，在一、二、三级原油进电脱盐罐混合阀前注破乳剂破乳，利用破乳剂的化学作用将乳化状的油水混合液中油和水分离开来，使油中的水集聚，以达到乳化液中各相分离开来的目的，盐份溶于水中，再加以高压电场配合，形成较大水滴顺利除去，分离后的污水排放至污水厂进行处理。但是，在解决原油破乳问题的同时也带来诸多棘手的环保问题。

超声波破乳技术是采用电—物理组合方式的超声波—电脱盐组合技术。超声波在传播过程中产生机械作用，引起原油乳状液的剧烈振动，降低乳化液滴的表面张力，促进乳化液珠的聚集和凝结。超声波传播产生的振动波使乳化态的水粒子产生振动，乳化态的水粒子在波腹或波节的出现时间远远大于平衡态，宏观上表现为水粒子向波腹或波节移动，大大增加了乳化液滴间的碰撞几率，生成更大直径的水滴，在重力的作用下，开始沉降，达到油水分离。 2.超声波-电脱盐工艺

电脱盐单元由三个电脱盐罐组成，电脱盐罐的容积均为160m3,罐内结构为多组电极板。三级电脱盐罐串联操作，电脱盐罐操作温度120℃～135℃，操作压力0.3MPa左右。2010年6月装置检修期间，将一级超声波电脱盐装置安装于原油换热后，一级电脱盐罐前的原道上，将二级超声波电脱盐装置安装于一级电脱盐后，二级电脱盐罐前的原道上。从二、三级罐注水，分别注入约 5-7%（占原油的质量分数）的软化水和净化水后经过混合器-混合阀进入超声波作用区。

图 1 超声波-电脱盐工艺改造流程示意图

2.1工艺特点:

（1）在原油进脱盐罐之前，混合器与混合阀之后的管路上增加一条同径付线，将超声波作用器安装在付线上，对原有流程不进行改动；

（2） 注水原油流经超声波作用区，受到超声波换能器发射的顺—逆流超声波的联合作用，通过超声波的机械式振动波的作用，强化破乳与脱盐的效果； （3） 注水原油在电脱盐罐中继续受到超声波振动效应作用，强化了油水的重力沉降效果；

（4） DCS程序控制设计随原油性质变化自动调节超声波参数，适应灵活多变的原油加工方案。

2.2超声波—电脱盐控制流程

系统主要由操作室DCS控制系统、现场控制柜、超声波作用管道三部分组成。

在脱盐罐中含盐含水量的变化可以用导电性进行表征，因此，可以用电脱盐罐的电流变化来表征原油性质的变化。超声波强化电脱盐破乳的原理是依据原油性质的变化导致的原油含盐含水量的变化，测量电脱盐罐的电场的电流，根据电脱盐电流变化调整超声波的输出功率，用于调节超声波的参数，实现破乳、脱水脱盐的目的。

控制室DCS操作画面向超声波发生器发出控制信号，通过超声波发生器向超声波作用区两端的超声波换能器输出电磁振荡信号，再通过换能器将电磁振荡能量转换为超声波机械振荡能量，通过超声波作用区传输给注水的原油。 3.试 验

3.1原油性质：

表1 原油的基本性质 分析项目 3 密度(20℃) kg/m盐含量mg/l 含水 三级％（m/m） 硫含量（管式炉法）％（m/m） 馏程/℃ HK 200/体积分数，% 350/体积分数，% 原油类别 原油 841.6 97.9 痕迹 0.0 75.9 19 48 低硫中间石蜡基原油 原油性质相对稳定，密度较小，含水较少，盐含量适中，胶质、沥青质含量较少，乳化较轻，容易破乳。 3.2准备工作

装置检修完毕后超声波设备同电脱盐系统一起贯通吹扫试压，开工期间超声波设备在停电状态下正常入投用，电脱盐罐加入破乳剂，直至开工正常。 3.3超声波设备调试与投用

投用时缓慢打开设备副线阀门，待副线阀门全开后，关闭主线阀门，原油通过副线后，投用超声波设备，启动超声波作用系统，进行超声波手动控制与自动控制的调试。超声波系统调试正常后，停注破乳剂，控制室调整超声波功率。分析电脱盐生产数据，两次合格后，投用自动控制。记录电脱盐操作参数，化验分析电脱盐各项数据，为调整控制程序提供依据。

3.4操作条件

电脱盐超声破乳工业试验期间，电脱盐操作参数保持不变，原油处理量为8400t/d，总注水量为 10.0%～12.0%，分别从二、三级罐注入，电脱盐油水界位控制平稳，表明电脱盐运行状况正常。试验期间的主要操作参数列于表2。

表 2 原油电脱盐超声波破乳试验期间的工艺运行参数

7月19日 7月20日 7月21日

项目 一级 二级 三级 一级 二级 三级 一级 二级 三级

电脱盐温度/℃ 121 119 113 123 120 115 120 118 112 油水界位/% 40 38 38 42 37 38 40 36 38 电流 A 19 22 18 19 18.5 11.3 23.1 22.5 11.3 电压 KV 2.2 3.2 8.5 8.3 2.7 3.3 8.3 11.3 3.3 注水量t 16 19 16 19 16 19

4.结果与讨论

4.1超声波替代破乳剂对电脱盐脱后含盐的影响

试验期间每六小时对原油电脱盐一、二、三级脱后含盐、含水数据分析一次；车间配合采样和收集数据并进

图1 停注破乳剂后电脱盐含盐量趋势图行分析统计。从图1可以看出， 1000.00脱前原油含盐基本在45～150 mg/l之间，在操作参数和投用 超声波以前并无多大变化的情 况下，脱盐效果比投用前有所 提高。一级脱盐加权平均值为

含盐量100.0010.001.0010:0022:0010:0022:0010:0022:00标定分析时间（7月19、20、21日）一级脱后二级脱后三级脱后脱前含盐10.7mg/l，二级脱盐加权平均值为4.9mg/l，在未投用超声波技术之前，原油脱后含盐的平均值基本为3.6mg/l左右；停注破乳剂，投用超声波—电脱盐组合技术后，原油平均脱后含盐3.1mg/l。优化超声波操作期间，调整了超声波处理功率、电脱盐油水界位控制、注水混合强度等参数。投用初期，电脱盐电流稍有升高，通过现场超声波电流、电压值变化调整超声波参数，确定最佳的超声波功率与原油导电性的对应值，调节超声波设备稳定工作的频率，经调整后电流下降，同时降低了二级电脱盐混合差压，电脱盐操作趋于稳定。

4.2超声波电脱盐对排水含油量和COD的影响

每天10时、16时、22 时对总排污水含油量及COD

图2 投用超声波后脱盐污水含油和COD分析数据16014012010080604020010:0022:0016:0010:0022:00分析时间COD和污水含油量（mg/l）分析一次并做记录。由图2 可见，超声波替代破乳剂， 电脱盐排放的含盐污水含油 20～35mg/l之间，总排COD

投用后污水含油投用后COD含量投用前污水含油投用前COD含量 <150mg/l，电脱盐切水基本清晰。与投用前相比污水含油略微下降，COD并无多大变化，脱后含水均为痕迹。在调试初期，一级罐出现含油大，脱水浑浊的现象，将三级脱水改注一级罐，油水界位由4 0%提高到52%，脱盐罐采用的是罐底水相进油，适当提高油水界位，强化了原油水洗效果，延长了水在罐内的停留时间，减少了排水带油，降低了加工损失和污水处理的难度。 4.3 超声波电脱盐对电流及盐含量影响的关系

重点观察了使用破乳剂和投用超声波后对一、二级电脱盐罐电流的影响，同时分析了电脱盐电流与脱后原油盐含量的变化关系，结果如图3所示。 破乳剂加注量为70PPm，分别 从三个脱盐罐原油混合器前注

含盐量(mg/l)6050403020100图3 超声波替代破乳剂对脱盐罐电流和脱后含盐的影响2520151050入，注水量35t/h。在电脱盐 系统运行状况最好的情况下， 一级脱盐平均为16.4 mg/l， 电流为28.3A，二级脱盐平均 为4.98 mg/l，电流为26.6A， 将破乳剂停注，超声波投用稳定 后，一级脱盐平均为10.1 mg/l，

电流(A)电流为20.5A，二级脱盐平均为4.6 mg/l，电流为19.1A，一级脱后含盐降低明显。一、二级脱盐罐电流均有所下降。 5.效益分析

投用超声波之前，电脱盐罐的电流经常超高，出现跳闸现象，因此在操作上需降低脱盐罐二、三级的注水量，待电流恢复正常后，才能注水脱盐，从而导致脱后原油盐含量、脱水含油量波动大。超声波代替破乳剂，提高了电脱盐运行的稳定性，增强了脱盐效果，超声波设备能耗低，而且能够降低污油排放量，减少污油损失，降低污水处理费用，具有显著的环保效益与经济效益。

4:0100:0160:0220:004:0100:0160:0220:004:0100:0160:0220:00使用破乳剂一级电流分析时间使用超声波一级电流使用破乳剂一级含盐使用超声波二级含盐使用破乳剂二级电流使用超声波二级电流使用超声波一级含盐使用破乳剂二级含盐

6.结束语

（1）超声波原油破乳是一种工艺简单、操作简便、一次性投资长期受用的原油破乳手段。工业试验结果表明，在我厂260万吨/年常压装置，超声波可完全替代化学破乳剂，使脱后原油的盐含量达到小于3mg/l的要求，减轻了化学添加剂对后续加工的不利影响，达到原油高效破乳、深度脱盐的目的，对保证装置长周期运行、节能降耗等具有实质意义。

（2）超声波原油破乳设备性能良好，可操作性强，稳定性较高。不仅能保证良好的电脱盐效果，还能降低电脱盐罐电流，达到一定的节电效果。同时，停注破乳剂，降低了职工的职业卫生安全危害和劳动强度。

参考文献：

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[3] 叶国祥，宗松，吕效平，等．超声波强化原油脱盐脱水的实验研究[J]．石油学报：石油加工，2007，23(3)：47-50.