常減壓裝置高速電脫鹽電流突升原因分析與對(duì)策研究

陳玲玲 (中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315200)

0 引言

1.5 Mt/a常減壓裝置一級(jí)電脫鹽罐采用高速電脫鹽技術(shù)，近期頻繁出現(xiàn)其交直流變壓器輸入端電流突升現(xiàn)象。該現(xiàn)象的出現(xiàn)直接影響了高速電脫鹽罐的正常操作，迫使操作人員將該罐的油水界位控制在30%以下并將其注水流程關(guān)閉。對(duì)高速電脫鹽罐的操作做了上述調(diào)整后，雖然使電流突升的現(xiàn)象得到了改善，但也使該罐的脫鹽脫水效果大打折扣，電脫鹽水含油量與COD數(shù)值大幅上升。因此為徹底解決高速電脫鹽罐電流突升的問(wèn)題使其恢復(fù)正常工作狀態(tài)，現(xiàn)對(duì)引起該電脫鹽罐電流突升的原因進(jìn)行深入分析并研究出相應(yīng)對(duì)策。

1 設(shè)備與工作原理介紹

1.5 Mt/a常減壓裝置一級(jí)電脫鹽罐采用長(zhǎng)江(揚(yáng)中)電脫鹽設(shè)備有限公司高速電脫鹽技術(shù)，罐體參數(shù)如表1所示。

表1 罐體參數(shù)

在罐頂設(shè)有一座交直流變壓器，使用高壓電引入棒與罐內(nèi)設(shè)有的四層水平電極板相連接，采用油相進(jìn)油方式在第二層與第三層、第三層與第四層極板間均設(shè)有水平噴油嘴，變壓器工作期間利用單向二級(jí)管的導(dǎo)通特性，在極板間形成一個(gè)倍壓整流電路，使四層極板間自上而下形成超強(qiáng)、強(qiáng)、弱三種不同強(qiáng)度的直流電場(chǎng)。經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的水平噴油嘴使原油呈片狀進(jìn)入電場(chǎng)，在確保噴出的原油全部經(jīng)過(guò)電場(chǎng)、縮短原油上升時(shí)間的同時(shí)也最大程度控制原油在電場(chǎng)中的停留時(shí)間[1]。乳化液在電場(chǎng)中完成破乳后即離開(kāi)電場(chǎng)，在一定程度上避免了脫后原油電導(dǎo)率提高給變壓器帶來(lái)額外負(fù)荷。

2 電流突升原因分析

2.1 原因分析

電脫鹽電流出現(xiàn)劇烈波動(dòng)原因主要可以歸納為兩個(gè)原因：(1)電脫罐內(nèi)出現(xiàn)大量乳化液并進(jìn)入電場(chǎng)區(qū)；(2)電氣、儀表設(shè)備問(wèn)題。

根據(jù)對(duì)高速電脫罐的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，可以基本排除因電氣、儀表設(shè)備異常引起電脫鹽電流出現(xiàn)劇烈波動(dòng)的可能性。因此造成本次高速電脫鹽罐電流突升原因應(yīng)為電脫罐內(nèi)因未知原因形成大量乳化液并進(jìn)入電場(chǎng)區(qū)。要形成乳化液需要具備三個(gè)條件：(1)體系內(nèi)有互不相溶的兩相液體(即油相與水相)；(2)含有乳化劑；(3)人為或自然手段使體系能量得到增加。

2.1.1 裝置加工原油情況

綜合電流變化情況與原油加工情況，可以初步確認(rèn)裝置是11月15日開(kāi)始加工PY原油后出現(xiàn)的電流突升現(xiàn)象，因此本次電流突升勢(shì)必與裝置此時(shí)加工的PY原油有關(guān)。

2.1.2 PY原油性質(zhì)

通過(guò)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)可以確認(rèn)PY原油為中質(zhì)中間基海洋原油，其中膠質(zhì)與蠟含量較高。原油和水想要形成乳化液的主要要素之一就是要有表面活性物質(zhì)，而原油中的膠質(zhì)與石蠟均屬于此類物質(zhì)，因此PY原油與水增加一定體系能量后，是可以形成乳化液的。

2.1.3 PY原油罐區(qū)儲(chǔ)藏條件

表2為對(duì)PY儲(chǔ)罐上、中、下、底四個(gè)位置原油取樣的鹽含量測(cè)試結(jié)果，從測(cè)試結(jié)果中可以明顯看出儲(chǔ)罐下部與底部樣品的出現(xiàn)鹽含量異常增高的現(xiàn)象，這明顯不符合鹽類物質(zhì)因密度、重力等原因在罐內(nèi)自然沉降所形成鹽類物質(zhì)分布。根據(jù)該儲(chǔ)罐的清罐周期與取樣位置，判斷出現(xiàn)該異?，F(xiàn)象的原因應(yīng)為罐底部含鹽沉積物質(zhì)干擾所致。而罐底部鹽類物質(zhì)含量高，也容易促使PY原油在罐內(nèi)儲(chǔ)存、沉降過(guò)程中出現(xiàn)底部乳化的現(xiàn)象。

表2 鹽含量化驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 高速電脫鹽技術(shù)特點(diǎn)

原油在進(jìn)入電脫鹽罐之前，會(huì)被注入一定量的水以減小原油乳化液中液滴的間距，使偶極聚集力增加，提高電脫鹽設(shè)備的脫鹽脫水效果，同時(shí)因高速電脫鹽技術(shù)采用進(jìn)油方式為油相，為確保噴出的原油全部經(jīng)過(guò)電場(chǎng)，經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的水平噴嘴會(huì)將原油剪切至呈片狀進(jìn)入電場(chǎng)，這無(wú)疑會(huì)使進(jìn)入電脫鹽罐內(nèi)的介質(zhì)獲得比傳統(tǒng)進(jìn)油方式更多體系能量，也正因?yàn)榇嗽驹诠迏^(qū)儲(chǔ)存階段就已經(jīng)出現(xiàn)乳化PY原油在進(jìn)入電脫鹽罐內(nèi)后乳化程度進(jìn)一步增加。綜上所訴，PY原油本身膠質(zhì)與石蠟這類天然乳化劑的含量相對(duì)較高，加之罐區(qū)儲(chǔ)藏環(huán)境不佳大量含鹽沉積物質(zhì)滲入使其出現(xiàn)初步乳化，在注水、特殊進(jìn)油方式的加持之下乳化程度進(jìn)一步增加，最終造成PY原油在電脫鹽罐內(nèi)形成較厚(推斷約800 mm)且穩(wěn)定的乳化液層并侵入超強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)使電脫鹽罐出現(xiàn)電流異?，F(xiàn)象。

3 乳化液對(duì)高速電脫鹽系統(tǒng)的影響

3.1 破壞高速電脫鹽電場(chǎng)作用

電脫鹽罐之所以能夠?qū)崿F(xiàn)脫鹽脫水的目的，主要依靠的手段之一就是依靠電場(chǎng)對(duì)乳化液進(jìn)行高壓靜電分離，乳化液在電場(chǎng)中發(fā)生偶極、電泳、震蕩，促使其中的液滴增大，因乳化液的穩(wěn)定性隨著作為分散相的液滴尺寸增大而減小，當(dāng)液滴增大到足以克服乳化液的穩(wěn)定性時(shí)，分散相與分散介質(zhì)就會(huì)發(fā)生自燃分離。

高速電脫罐在正常工作時(shí)，乳化液在破乳劑作用下穩(wěn)定性降低再配合注水使液滴半徑增加、間距減小，當(dāng)乳化液隨原油以片狀形式進(jìn)入強(qiáng)、弱電場(chǎng)區(qū)后，大部分乳化液偶極聚集力作用快速實(shí)現(xiàn)破乳，含鹽水在重力作用下開(kāi)始沉降，小部分乳化液繼續(xù)隨原油上升至超強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，借助更強(qiáng)的電場(chǎng)梯度完成破乳。

但是當(dāng)大部分乳化液在強(qiáng)、弱電場(chǎng)區(qū)后因某些原因?yàn)槲茨芸焖賹?shí)現(xiàn)破乳時(shí)，則這部分乳化液也會(huì)隨原油上升至超強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)。進(jìn)入超強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)的乳化液量增大導(dǎo)致該電場(chǎng)區(qū)內(nèi)介電常數(shù)發(fā)生變化電導(dǎo)率大幅度提升，變壓器輸入、輸出端電流開(kāi)始升高。

此時(shí)為防止極板被擊穿穩(wěn)壓電阻開(kāi)始動(dòng)作，大幅降低極板間電壓，極板間電場(chǎng)梯度、偶極聚結(jié)力隨之降低，超強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)的破乳作用被破壞。

3.2 電脫鹽系統(tǒng)電能消耗增加、效率下降

一級(jí)電脫鹽罐變壓器輸入端電壓為380 V，正常工作時(shí)輸入端平均電流約為40 A左右，此時(shí)電脫鹽罐電耗約為1.52 kW·h，當(dāng)有乳化液侵入超高電場(chǎng)區(qū)后，變壓器輸入端電流出現(xiàn)異常，其瞬時(shí)電流可高達(dá)300 A，此時(shí)電脫鹽罐電耗可到達(dá)11.4 kW·h，是正常工作時(shí)的7.5倍。但是多產(chǎn)生的這部分電耗并未作用于電極板，而僅僅是被為防止電極板被擊穿所設(shè)置的穩(wěn)壓電阻用于自身發(fā)熱，因此這部分電耗應(yīng)屬于的設(shè)備額外損失能量。從設(shè)備效率的角度分析，變壓器輸出功率大幅上升，而實(shí)際作用功下降，此時(shí)變壓器效率下降。

3.3 界位計(jì)指示異常

現(xiàn)階段對(duì)電脫鹽罐油水界位跟蹤與調(diào)整主要依靠射頻導(dǎo)納油水界位計(jì)與切水調(diào)節(jié)閥的聯(lián)合控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中射頻導(dǎo)納油水界位計(jì)起到關(guān)鍵性作用。

射頻導(dǎo)納油水界面計(jì)是通過(guò)先測(cè)量標(biāo)定物質(zhì)(一般為新鮮水)的介電常數(shù)并設(shè)定3～5個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，在使用過(guò)程中該儀表測(cè)量電脫鹽罐內(nèi)介質(zhì)的介電常數(shù)并與標(biāo)定物質(zhì)的介電常數(shù)進(jìn)行對(duì)比，最終大致確定罐內(nèi)油水界位。

當(dāng)罐內(nèi)出現(xiàn)大量乳化液時(shí)，油水界位開(kāi)始變得渾濁不清，射頻導(dǎo)納油水界位計(jì)無(wú)法測(cè)量到準(zhǔn)確的介電常數(shù)用于對(duì)比，此時(shí)儀表就會(huì)出現(xiàn)“假”的界位指示，這會(huì)導(dǎo)致操作人員因?qū)迌?nèi)界位的誤判，而進(jìn)行一系列影響電脫鹽脫鹽脫水效果的錯(cuò)誤操作。

4 乳化液類型判斷

4.1 乳化液分類與特性

乳化液一般由分散相(內(nèi)相或不連續(xù)相)、分散介質(zhì)(外相或連續(xù)相)以及乳化劑(表面活性劑)三部分組成，其中乳化劑絕大部分為帶親水基和親油基的兩親結(jié)構(gòu)表面活性劑。

根據(jù)分散相與分散介質(zhì)的不同可以將乳化液分為油包水即W/O型乳化液和水包油即O/W型乳化液。兩者特性的主要區(qū)別在于以下三點(diǎn)：(1)所帶電極不同。W/O型乳化液中乳化劑的親水端與分散相結(jié)合而親油端與分散介質(zhì)結(jié)合，受乳化劑兩端帶電性影響，其液滴表面帶正電，而O/W型乳化液正好相反，因此其液滴表面帶負(fù)電。(2)所需破乳劑類型不同。針對(duì)W/O型乳化液所使用的破乳劑一般為置換型破乳劑，該型破乳劑比乳化劑表面張力更小、表面張力更高，故而可以取代乳化劑形成較為松散易于破話的界面膜[2]。而針對(duì)O/W型乳化液所使用的破乳劑一般為電中和型破乳劑，該型破乳劑所攜帶的電荷可以有效中和乳化液中液滴電性，消除液滴間應(yīng)帶相同電性而產(chǎn)生的互相排斥作用，使液滴之間更容易發(fā)生碰撞、吸附。(3)介電常數(shù)不同。這最要與乳化液的主要組成成分分散介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究確認(rèn)純?cè)偷慕殡姵?shù)為2.0～2.7，而純水的介電常數(shù)為80，因此W/O型乳化液相對(duì)于O/W型乳化液介電常數(shù)要低的多。(4)穩(wěn)定促進(jìn)劑不同。根據(jù)乳化液影響乳化液穩(wěn)定性的因素可知，當(dāng)分散相增加時(shí)分散介質(zhì)分散程度增加，此時(shí)乳化液穩(wěn)定性增加更加難以破除。W/O型乳化液與O/W型乳化液的分散相分別為油相與水相，因此油相增加W/O型乳化液穩(wěn)定性增加，水相增加O/W型乳化液穩(wěn)定性增加。

4.2 乳化液類型確認(rèn)

在高速電脫鹽電流出現(xiàn)異常進(jìn)行觀察與調(diào)整的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象：(1)停止注水后電流可逐漸恢復(fù)正常；(2)乳化液長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法破除；(3)電流升高速度快且幅度大。針對(duì)上述現(xiàn)象可得出以下結(jié)論：(1)注水對(duì)乳化液的形成有一定的穩(wěn)定促進(jìn)作用；(2)裝置所使用的置換型破乳劑作用效果差，未能及時(shí)破乳。(3)乳化液介電常數(shù)較高。

綜上所述，最終確認(rèn)高速電脫鹽罐內(nèi)形成的為O/W型乳化液。

5 對(duì)策研究

5.1 O/W型乳化液破乳難點(diǎn)

對(duì)于O/W型乳化液破乳的破乳難點(diǎn)在于：(1)由于乳化劑類型、分散相、分散性質(zhì)與W/O型乳化液存在較大差異，傳統(tǒng)置換型破乳劑O/W型乳化液型實(shí)現(xiàn)有效破乳，因此需要使用具有針對(duì)性破乳劑對(duì)其進(jìn)行破乳；(2)對(duì)于W/O型乳化液注水可以有效減低乳化液中的液滴間距，增加液滴碰撞與復(fù)合幾率，提高破乳效果，但對(duì)于O/W型乳化液注水可能使乳化液中液滴分散程度增加導(dǎo)致該型乳化液的穩(wěn)定性提高，破乳難度進(jìn)一步加大；(3)O/W型乳化液中液滴也帶負(fù)電，與極板發(fā)生同極相斥，迫使含油液滴向罐內(nèi)水相一側(cè)沉降，造成油水“返混”使油水難以正常分離。

5.2 對(duì)策

根據(jù)全部分析結(jié)果結(jié)合裝置實(shí)際生產(chǎn)情況研究得出以下對(duì)策：(1)將破乳劑更換為陽(yáng)離子型破乳劑。利用陽(yáng)離子破乳劑與O/W型乳化液中液滴發(fā)生的電性中和作用破壞原始界面膜，降低乳化液的分離難度。(2)增加退乳化油流程。在罐體上接近乳化液層位置增加退乳化油流程，將電脫鹽罐無(wú)法處理的乳化液從罐中切除；(3)罐區(qū)加強(qiáng)清罐。罐區(qū)應(yīng)在考慮到所儲(chǔ)存原油性質(zhì)的前提下合理安排清罐周期，以確保罐底沉積物不會(huì)對(duì)罐內(nèi)原油產(chǎn)生不良影響；(4)增加膜脫鹽單元。6.0 Mt/a常減壓裝置在電脫鹽系統(tǒng)前增加膜脫鹽單元后，進(jìn)電脫鹽前原油含鹽下降了50%，鹽含量降低可以在一定程度上降低乳化劑的量，因此可以嘗試在1.5 Mt/a常減壓裝置在電脫鹽系統(tǒng)前增加膜脫鹽單元；(5)摻煉?？梢酝ㄟ^(guò)摻煉的方法降低PY原油中膠質(zhì)、蠟及時(shí)鹽類物質(zhì)的含量，降低該原油形成乳化液可能性。

6 結(jié)語(yǔ)

為解決1.5 Mt/a常減壓裝置高速電脫鹽罐頻繁出現(xiàn)電流突升問(wèn)題，對(duì)引起電流突升原因進(jìn)行分析，原因是高速電脫鹽罐內(nèi)形成了難以破除的O/W型乳化液，并侵入罐內(nèi)超強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)造成的。采取本文選定的相應(yīng)對(duì)策后解決了相關(guān)的問(wèn)題，設(shè)備恢復(fù)正常工作狀態(tài)。