高頻電脫鹽技術(shù)在大榭石化應(yīng)用的綜合效果分析

青山

電脫鹽是煉油廠的龍頭裝置之一，原油性質(zhì)的
不同對原油電脫鹽效果影響很大。電脫鹽運行的好
壞直接影響到污水處理場的原水水質(zhì)。為此選擇合
適電脫鹽技術(shù)和操作工況是實現(xiàn)污水處理系統(tǒng)穩(wěn)定
運行的先決條件之一。高頻電脫鹽技術(shù)是新一代的
原油電脫鹽技術(shù)，它采用脈沖方波電壓，形成高壓、
脈沖式電場，這完全不同于以往的交流或交直流電
脫鹽電場。在高頻脈沖電場下，原油中的油水乳化
顆粒在瞬間形成的高壓電場下被極化，水滴之間的
聚結(jié)力大大增加，從而電脫鹽效果得到顯著改善。
1984年Bailesl1 首先提出高頻脈沖交流破乳，效果
收稿日期：2012 O9一】2
作者簡介：王仕文(1981 )，男，江西吉安市，工程師。
較好；1992年，英國BP公司的Ware—hm 油田首
先采用脈沖電脫鹽技術(shù)進行油水分離，且不使用任
何化學破乳劑¨2]。近年來國內(nèi)對高頻電脫鹽技術(shù)在
油田化工中的應(yīng)用也越來越多 ]。
中海石油寧波大榭石化有限公司(以下簡稱大
榭石化)主要加工渤海灣的低硫高酸重質(zhì)原油，該類
原油具有密度大、酸值高、黏度大等特點，常規(guī)的二
級電脫鹽技術(shù)很難使脫后原油含水、含鹽合格，且電
脫污水極易乳化，給大榭石化的污水處理帶來了較
大壓力。2010年7月，大榭石化對2．25 Mt／a瀝青
裝置電脫鹽系統(tǒng)進行了高頻電脫鹽技術(shù)改造，改造
后電脫鹽效率明顯提高，電耗降低，電脫污水c()D
及含油降低明顯，取得了良好效果，為國內(nèi)加工類似
原油電脫鹽技術(shù)的研究提供了方向。
第6期 王仕文等．高頻電脫鹽技術(shù)在大榭石化應(yīng)用的綜合效果分析 25
1 高酸重質(zhì)原油加工特點及難點
大榭石化現(xiàn)有0．75 Mt／a瀝青裝置(以下簡稱
I套瀝青裝置)和2．25 Mt／a瀝青裝置(以下簡稱II
套瀝青裝置)各1套，原油合計加工能力8 Mt／a，全
部加工中國海洋石油總公司自產(chǎn)的曹妃甸、秦皇島
32—6、旅大1O一1、流花等海洋原油，其基本性質(zhì)見
表1。
表l 大榭石化加工原油基本·眭質(zhì)
Table 1 The basic nature of the crude oil processing in Daxie petrochemical company
陛質(zhì)參數(shù) 綏q-36—1 曹妃句 蓬萊19—3 旅大1O一1 秦皇島32—6 流花
p(2O℃ )／(g·cm 。) 0．966 0．941 0．927 0．940 0．950 0．932
)，(8O ℃ )／(mm�！�s ) 279．90 30．86 27．42 24．41 364．8O 112．7O
酸值／Emg(KOH)·g一 ] 2．67 2．57 3．2O 6．46 2．91 2．8o
D(鹽)／(mg·L ) 59．0 25．8 130．0 2O．4 16．2 59．6
(水)， 0．15 O．30 0．30 痕跡0．28 0．40
重質(zhì)低硫 重質(zhì)低硫 低硫環(huán)烷 低硫中 低硫環(huán) 重質(zhì)低硫
原油類別
環(huán)烷基 中間基 中間基 間基 烷基 中間基
*注：秦皇島32—6和流花原油的黏度為5O℃ 下的運動黏度。
在加工過程中主要面臨以下幾個方面的問題：
(1)原油密度大，油水密度差小，造成油水分離
推動力小，貯罐自然沉降脫水和電脫鹽工藝油水分
離困難；
(2)原油重組分中的芳香烴、膠質(zhì)含量低，瀝青
質(zhì)含量高。這樣的組分導致瀝青質(zhì)更容易聚集，進
而導致原油乳化嚴重和污水帶油；
(3)原油酸值高，其攜帶的環(huán)烷酸鹽是天然的
表面活性劑，加大了破乳難度，加工過程破乳劑消耗
偏高；
(4)電脫污水含鹽高，環(huán)烷酸溶解油含量高，可
生化性相對較差，污水處理難度大；尤其對反滲透濃
水深度處理工藝提出了更嚴格的要求；
(5)輕油收率低，減壓系統(tǒng)負荷大，減頂污水產(chǎn)
生量大。
2 高頻電脫鹽機理及優(yōu)點
普通脫水電源為正弦交流或近似正弦交流，屬
緩慢變化的電場，對乳化膜的沖擊力不強。高頻智
能響應(yīng)電脫鹽專用電源技術(shù)將普通的正弦交流或近
似正弦交流電場電轉(zhuǎn)化為矩形波電場，矩形波電場
由零開始瞬間躍變到極大值，使水珠中的正、負離子
得到最大限度的加速，對乳化膜形成最為強烈的沖
擊。
在電場中，原油乳狀液中2個相鄰、粒徑相同的
水滴之間的聚結(jié)力F為[2]：
F 一 (1)
式(1)中：￡為原油乳狀液的介電常數(shù)；E為外加電場
的電場強度，V／ram；d為兩顆水滴之間的距離，
m；r為水滴半徑，／xm。
由式(1)可知，要使水滴之間的聚結(jié)力增大，必
須從提高電場強度，增大水滴直徑，縮短水滴之間的
距離3方面著手。高頻電脫鹽相對常規(guī)電脫鹽技術(shù)
其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)避免短路：在原油含水量過高或乳化嚴重
的情況下，脈沖電源可以實現(xiàn)在極板間短路前使高
壓進入脈沖間歇期，避免短路形成。
(2)輸出電壓幅值可調(diào)：原油電脫水需要一定
的電場強度，但強度要合適，太高了會產(chǎn)生電分散，
使水珠以更細的顆粒懸浮在原油中；太低了水珠間
不能發(fā)生震蕩聚結(jié)及偶極聚結(jié)，不能實現(xiàn)油水快速
分離。常規(guī)的電脫鹽輸出電壓只能在幾個檔位之間
切換，輸出電壓不完全連續(xù)，為此無法根據(jù)原油性質(zhì)
變化將電場強度調(diào)節(jié)到一個最佳范圍。高頻智能響
應(yīng)電脫鹽專用電源技術(shù)可將50 Hz交流電經(jīng)過整流
濾波后，得到連續(xù)可調(diào)的直流電。因此，可將電場強
度控制在更精確的范圍。
(3)頻率連續(xù)可調(diào)(相同條件下具有更好的脫
水效果，脫水時水珠受力情況如圖1所示)。由圖1
可見，小水珠周圍有一層乳化膜。乳化膜既能與水
珠產(chǎn)生較強的結(jié)合力，也能與原油產(chǎn)生較強的結(jié)合
力，要使水珠快速沉降，必須把該膜打碎。一般情況
下原油中的小水珠內(nèi)部都含有鹽類的正、負離子，在
原油中加上高壓交流電場后，小水珠被極化，這些正
負離子會向電場的正、反方向快速移動，產(chǎn)生內(nèi)摩擦