高频电脱盐技术在高酸重质原油中的应用

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1、2012年12月28日汇报人：中海石油宁波大榭石化有限公司-王仕文高频电脱盐技术高频电脱盐技术在高酸重质原油中的应用在高酸重质原油中的应用高频电脱盐技术原理介绍高酸重质原油电脱盐存在的问题目 录大榭石化高频电脱盐技术改造介绍结 论 一、高酸重质原油电脱盐存在的问题一、高酸重质原油电脱盐存在的问题项目绥中36-1曹妃甸蓬莱19-3旅大10-1秦皇岛32-6流花原油密度g/cm3 200.9660.9410.9270.9400.9500.932粘度mm2/s 80279.930.8627.4224.41364.8*112.7*酸值 mgKOH/g2.672.573.26.462.912.8盐含量m

2、gNaCl/L5925.889.620.416.259API15.8018.3019.3918.4716.9019.56水 m%0.150.30.30痕迹0.280.4我国几种常见海洋原油的基本性质说明：秦皇岛32-6和流花原油的粘度为50下的运动粘度。我国海洋原油的基本特点 密度大 酸值高 粘度大 原油4组分配误差，原油芳香 烃、胶质含量低，沥青质含量 高。我 国 海 洋 原 油 电 脱 盐 存 在 的 问 题密度大油水密度差较小，造成油水分离的推 动力小 酸值高 （环烷酸）原油中的环烷酸盐表面活性高，具有 较强的皂化倾向 ，加大了破乳难度粘度大原油粘度大，导致洗盐困难 。原油四组 分配伍差

3、原油重组分中的芳香烃、胶质含量低 ，沥青质含量高。这样的组分配伍导 致沥青质更容易聚集，进而导致乳化 严重和污水带油。高频电脱盐技术原理介绍高酸重质原油电脱盐存在的问题目 录大榭石化高频电脱盐技术改造介绍结 论 现有电脱盐技术现有电脱盐技术 电破乳原理电破乳原理 高频脉冲电脱破乳技术高频脉冲电脱破乳技术 三、高频电脱盐技术介绍三、高频电脱盐技术介绍极板结构：两层极板、三层极板、鼠笼极板、吊挂极板等。供电方式：交流电场、直流电场、交直流电场、脉冲电场等。流动方式：垂直流动、水平流动。 现有电脱盐技术现有电脱盐技术偶极聚结电泳聚结振荡聚结 电破乳原理电破乳原理1、偶极聚结2、电泳聚结原油在输送过程

4、由于摩擦带电后在电场作用下朝着电荷符号相反电极移动的现象 称为“电泳”。3、振荡聚结当外加电场振荡频率同乳状液水滴固有频率相等或接近时，就会发生共振现象 ，此时水滴的震动幅度最大，其外表面的乳化莫最易被破坏，并与相邻水滴发 生聚集，同时由于水滴振荡幅度增大，水滴间间距相对缩短，使水滴间聚集力 增加，从而高频的存在有利于提高脱盐脱水效果。1、脉冲参数脉冲电压峰值脉冲频率周期 T = Ton + Toff 频率 f = 1/T (主要影响脱盐脱水效果) 占空比（主要影响节电效果）占空比 C = Ton /( Ton + Toff ) 高频脉冲电脱盐技术高频脉冲电脱盐技术2、脉冲电场破乳在单向脉冲电

5、场中，水滴既具有交流电场的偶极聚结和振荡聚结作用，又具有直流电场的电泳聚结作用。脉冲变压器普通脱水电源为正弦交流或近似正弦交流，属 缓慢变化的电场，对乳化膜的冲击力不强。交 流矩形波电场由零开始瞬间跃变到极大值，使 水珠中的正、负离子得到最大限度的加速，对 乳化膜形成最为强烈的冲击。直流电变压器交直流电变压器相关研究证明：在相同的温度 下，高频高压法在450v/cm的 电场强度下10分钟可脱除 125ml水，而直流高压法在 1384v/cm的电场环境下30分钟 的脱水量仅为13ml.在相同的温度下， 基本相同 的时间内要达到同样的脱水效 果，交流高压法要比高频高压 发电场高1000-640=3

6、60v/cm说明：以上表格来自：稠油高频电脱盐工艺的试验研究J.炼油技术与工程,2005，35(8):18-21 频率/HZ脱前含盐 /(mg/L)脱盐电流/mA脱后含水/%脱后含盐 /(mg/L) 100180.750.193.63 300180.720.152.96 500180.80.032.88 750181.020.082.5 1000181.080.062.74电流频率对曹妃甸原油电脱盐影响研究情况电流频率对曹妃甸原油脱水效果影响研究情况研究结论：对CFD原油，频率在100-500HZ之间时，脱后原油含水随频率增加而降低， 超过500HZ，频率提高对脱水效果提高不再明显电流频率对曹

7、妃甸原油脱盐效果影响研究情况研究结论：对CFD原油，频率在100-750HZ之间时，脱后原油含盐随频率增加而降低 ，超过750HZ，提高频率对提高脱盐效果效果不再有利。电流频率/HZ3、智能控制功能介绍：采用微电脑及可控硅控制，可根据不同的工况条件，自动调节电压峰值、脉冲频率、占空比。主要功能有：（1）恒压、恒流控制（3）节能控制（4）电场击穿保护跟踪控制。4、高频脉冲破乳的优点：a. 在原油含水量过高或乳化严重的情况下，脉冲电源可以实现在极板间短路 前使高压进入脉冲间歇期，避免短路形成。（1）避免短路：（2）高效：a. 在相同条件下，脉冲电场强度可以较交流、交直流电场强度高2-5倍，因原 油

8、乳化液中水滴之间的聚结力与电场强度的平方成正比，因而脉冲电场下 水滴的聚结力相对交流、交直流电场强度高4-25倍。b. 高频脉冲振荡频率更高，能使乳化膜破裂，破乳能力强，具有高效破乳、 油水分离快的特点。（3）节省电耗：a.间断供电方式，减少了通电时间，降低运行电流，可以减少脱盐电耗。b.避免极板之间形成短路或电流过大。在形成水链前短暂终止供电，避免短路。短路消失后，再加下一个脉冲，就可以避免电能的泄漏。c.高频电场相对工频电场在相对较低的电场环境下可达到同样的效果。（4）操作稳定：a. 脉冲电源采用微电脑控制，实现电压补偿，由可控硅控制脉冲电压有效避免电流增大而产生电压降低，提高了电脱盐装置

9、运行的稳定性。5、高频脉冲破乳技术应用现状 1981年，Bailes首先提出高频脉冲交流破乳更有效； 1992年，英国BP公司的Ware-hm油田首先采用脉冲电脱盐技术进行油水分离 ，且不使用任何化学破乳剂。 近几年，高频脉冲交流破乳工业试验及应用在欧洲、美国的近海油田大量进行 。（1）国外状况 20世纪90年代我国开始致力于脉冲破乳剂技术的研究及工业试验。首先是胜 利油田设计院在20世纪90年代中期研制成功5kV高压脉冲电脱水用于油田三采 原油破乳脱水。 2007年，国内某石化公司首先将高压脉冲电源用于炼油厂电脱盐装置（250万 吨/年）。（2）国内状况高频电脱盐技术原理介绍高酸重质原油电脱

10、盐存在的问题目 录大榭石化高频电脱盐技术改造介绍结 论 改造背景改造背景 电脱系统改造前技术现状电脱系统改造前技术现状 改造方案改造方案 改造效果改造效果三、大榭石化高频电脱盐技术改造介绍三、大榭石化高频电脱盐技术改造介绍 改造背景改造背景 流花原油劣质化日趋严重，脱前原油盐含量日趋升流花原油劣质化日趋严重，脱前原油盐含量日趋升高，原油注水后及易乳化，经常出现电流超标现象；高，原油注水后及易乳化，经常出现电流超标现象； 蓬莱蓬莱19-319-3原油电脱切水油含量超标，流花原油电脱原油电脱切水油含量超标，流花原油电脱切水悬浮物多，给污水处理带来较大压力。切水悬浮物多，给污水处理带来较大压力。 部

11、分原油脱后含盐无法达到企业内部控制指标部分原油脱后含盐无法达到企业内部控制指标5.0mg/L5.0mg/L的要求，对低温防腐和三期的馏分油项目的要求，对低温防腐和三期的馏分油项目二次加工不利；二次加工不利；蓬莱蓬莱19-319-3原油电脱切水外观原油电脱切水外观流花原油电脱切水外观流花原油电脱切水外观两级交直流电脱盐工艺原则流程示意图 电脱系统改造前技术现状电脱系统改造前技术现状主要设计操作参数主要设计操作参数原油处理量：600万吨/年操作弹性：60110%操作温度：125145注水来源：塔顶含硫污水和新鲜水混合水，比例为2：1注水PH：69 注水量：46 %注水温度：不小于80。注水流程：新

12、鲜水在二级电脱盐混合系统前注入，二级排水回注一级注水量：原油处理量的58% 电脱盐罐规格：500028000，两级总容积约为1200m3，单级停留时间： 约为40min混合系统的操作压力范围：0.050.30MPa。正极负极原油流向排水流向直流电场方向交流电场方向交直流垂直极板电场分布示意图交直流垂直极板电场分布示意图 改造方案改造方案 针对首先容易受到冲击的一级电脱盐罐作为改造对象； 高频电场布置在容易形成顽固乳化层电脱盐罐油水界位； 与交直流电脱盐技术相结合，通过交直流变极距高压电场增加对细小水滴的脱除效果 。乳化液排液管 降低200mm接地极板原极板提高150mm高频电源极板弱电场变为

13、强电场增加了直流电 场空间高频高压电场的设计高频高压电场的设计 220V/380V工频电流经过整流、滤波后得到连续可调的0-100V直流电。 IGBT全桥式逆变器将0-100V的直流电转变成频率可调的交流矩形波电。 变压器将逆变输出的矩形波电流升压后，变为高压矩形波电流输出到电脱盐 （水）器的电极板上。220 /电脱盐变压器运行示意图高频调压控制柜显示盘电脱盐罐现场图型号HTD-10KHTD-20KHTD-30KHTD-50K输出功率10KVA20KVA30KVA50KVA电源电压380V/50Hz 或 220V/50Hz输出电压200020000V连续 可调频率调节300Hz5000Hz连续

14、 可调效率90%对应对应 常规规型号50KVA80或125KVA160KVA200KVA高频频脉冲变压变压 器型号及性能参数新型智能响应控制的电压输出曲线为改变乳化液的平衡，可以通过改变水滴所受的电场力来是实现，本 次改造设置了输出变化可调高压电，避免了该处细小水滴在固定高压电 下形成的平衡状态，从而达到消除乳化层的目的。 改造效果改造效果原油品种投用状态脱前原油脱后原油脱盐率 含盐，mg/L含水，%含盐，mg/L% 曹妃甸改造前28.60 0.23 6.89 75.91 改造后24.550.241.9592.06 流花改造前78.620.3610.8385.63 改造后70.90.235.4

15、692.3 旅大10-1改造前23.80.24.663.31 改造后10.80.243.1970.5 秦皇岛32-6改造前42.890.356.6376.98 改造后34.10.364.0188.24 平均值改造前43.48 0.29 7.24 83.35 改造后35.09 0.27 3.65 89.59 225万吨/年沥青装置增设高频变压器前后电脱效果对比情况 高频变压器投用后，平均脱后含盐降低3.59mg/L,平均脱盐率提高了6.24%极板投用高频变压器 投用停工检修225万吨/年沥青装置增设高频变压器后电脱切水含油及COD改善情况高频变压器投用后，电脱切水含油平均值降低73mg/L,CO

16、D平均值降低352mg/L。原油品种投用状态电脱切水含油，mg/L电脱切水COD，mg/L 曹妃甸改造前1491118 改造后731020 流花改造前1301770 改造后1101035 旅大10-1改造前2291816 改造后861037 秦皇岛32-6改造前1571161 改造后1031363 平均值改造前1661466 改造后931114节电效果：节电效果：一级电脱盐罐实施高频改造后，一级电脱盐罐工频变压器一次平均电流下降了2.9安培，输出电压由改造前的2.5万伏下降至2.0万伏，3台变压器运行功率合计下降78.3kw,二级电脱盐罐在输出电压档位不变的情况下，一次平均电流下降了0.6安培，3台变压器功率合计下降16.5kw。扣除两台高频变压器运行功率9.2kw,每小时可节电85.6k