原油电脱盐及基本原理

原油电脱盐的基本原理

存在于原油中的水和溶于水的盐份，一般可以通过洗涤罐和沉降罐依靠油水密度差的重力沉降来脱去水和盐，但是由于原油中的水与油是以乳化液的小水滴形式存在时，仅靠此法来脱水和脱盐，则效率低，效果差，难以脱净，不能满足炼油厂深度加工对原油品质指标的要求。国内外技术专家仔细深入地研究了原油中以乳化状态下存在的小水滴在原油中运动的种种特性，提出了施加高压电，加破乳剂，加温和注水混合等一系列综合措施与技术参数，借助物理凝聚与分离相结合的方法，可以达到高效脱净原油中水和盐的目的。

一、原油中微小水滴的受力与运动分析

在原油电脱盐过程中，原油和水（含盐）的分离主要还是依靠油水密度差的重力沉降来实现的，但是这个密度差很小，水滴在粘稠的原油中沉降时受到可观的阻力，影响分离速度。

根据斯托克斯定律：粒子（小水滴）在介质（原油）中沉降时受到的摩擦阻力可以表示为：F=6πηru

式中：f 为粒子在沉降中受到的摩擦阻力

η为介质粘度系数

r 为粒子的半径

u 为粒子的沉降速度

而在粘稠的介质（原油）中，粒子（小水滴）的沉降速度 u 又可以表示为：式中：d 为粒子直径

△p 为油水密度差

g 为重力加速度

可见，增大油水密度差△p 和减小分散介质的粘度η均有利于加大水滴的沉降速度，而沉降速度又与水滴直径平方成正比，所以在原油电脱盐中，我们要力图控制各种因素，创造条件使微小的水珠聚结变大，加速水滴沉降的油水分离过程。

二、破乳剂对原油电脱盐的作用

微小水珠聚结变大成大水滴的主要障碍是其表面有一层坚固的乳化膜，而破乳剂具有亲水亲油两种基因结构，它比乳化剂形成乳化膜具有更小的表面张力和更高的表面活性，使用破乳剂更可破坏乳状液的稳定性，使小水珠易于聚结。

乳化液的具体特性与原油及其中存在的乳化剂有关，目前国内外尚无广谱效力的破乳剂可供工业上通用，因而对每一种原油而言，均要通过具体的实验评价，才能选出一种（或几种）有针对性的有效破乳剂型号，其评选的标准是破乳速度快，油水界面清楚，脱后油中含水少，脱出水中含油少，用量少，价格低，毒性小。在特殊情况下，也有采用几种破乳剂按一定比例进行复配的方法，对付某些原油，破乳效果比使用单一破乳剂效果好。

三、电场对原油电脱盐的作用原油中乳化液比较稳定，单凭破乳剂的热化学沉降方法往往达不到脱盐要求，且耗费时间，设备也过于庞大。实验证明：施加一定强度的电场，对加快原油脱水有非常明显的作用。

原油中乳状液的微小水珠无论在交流还是直流电场中，都会因感生而产生诱导偶级子，顺电场方向的两端带上不同电荷，接触电级的还会带上静电荷。在电场作用下，微小水珠的运动速度加快，动能增加，在互相碰撞中，其动能和静电引力势能便能服乳化膜的障碍而彼此迅速聚结起来，变成较大水滴，加速沉降和

油水分离。

研究结果表明：在原油中大小相当的两个球状水珠之间的静电引力可以表示为：

F=6KE2r2r/L4

式中：F 为等径小水珠间的静电引力

K 为由油与水介电常数决定的常数

E 为电场强度

r 水珠的半径

L 为两水珠间的中心间距

从上式可以看出，聚结力 F 与电场强度 E 的平方，水珠自身半径 r的平方和（r/L）比值的四次方成正比，这说明，电场强度对水珠的聚结力又会有更急剧的增加。

研究还证实：电场强度不宜过高，否则不仅耗电量增大，还会使大水滴产生电分散的相反效果，不利于聚结，因而电场强度应当根据实际油品和设备工况，合理选择控制，一般推荐强电场的强度为 600～2000V/cm 之间。

四、温度对原油电脱盐的影响

原油被加热升温，粘度显著下降，水滴在其中运动的所受阻力减少，运动速度加快，互相碰撞机会增多，不仅聚结倾向增大，而且大的水滴的沉降速度也明显加快，同时，某些乳化剂在原油中的溶解度增大，引起乳化膜自行破坏，所有这些，均有利于原油破乳而脱出水和盐。但是。温度超过一定限度，油水界面表面张力减小，电分散加剧，使临界水滴的直径减小，水滴沉降速度降低，尤其对于使用水溶性破乳剂的情况下，在其温高达浊点温度时，其破乳作用也急剧下降，因而电脱盐的油温要合理选择，结合技术经济指标来确定，一般情况下，电脱盐的温度随着原油密度变大而提高。

五、注水与混合对原油电脱盐的作用向电脱盐装置的原油注水，目的在于稀释原油中所含水的盐浓度和溶解油中结晶状的盐并增大水滴的直径，使脱后原油含水量达到规定指标时，可以大大减少脱后油中的含盐量，提高脱盐率。

注水的水质要求有三项指标：含盐量、含氧量和 PH 值。水质含盐，明显对原油电脱盐不利；水质含氧量高，容易引起设备本身的腐蚀；水质 PH 值高于 8 时，将使环烷酸等有机酸类转变成具有活性的乳化剂，加剧乳化或排水带油。注入之水能否充分地分散并与原油均匀混合对电脱盐装置的脱盐效果影响很大，混合强度不足，水在油中没有充分的分散，注水达不到洗涤盐的作用，但是混合强度太大，可能造成油水过乳化，不仅耗能增大，而且脱水脱盐效果也下降，一般控制混合到水被分散为 30 左右的小水珠较为合适。

综上所述，要获得最佳的电脱盐效果，必须全面考虑以上各种因素的特点，它们对电脱盐过程各有其特殊的贡献，又有一定的约束，而且互相间又互相影响，互相补充，只有根据实际情况合理配合，控制好各项操作参数，才能达到预期目的。

原油电脱盐原理的工业实现

原油电脱盐原理应用于工业生产，其装置的设计和实施要根据各炼油厂进厂原油的性质，加工处理量及对脱后原油含盐量的要求指标，结合各项技术措施对电脱盐效果的影响特性进行工艺设计，设备选型配置和优选整定操作参数。各炼油厂具体的电脱盐装置均有差异，但在投资能力范围内都力致于采用最先进的技术和设备进行不断改造，以达到最佳的脱盐效果。

典型的两极电脱盐装置的基本工艺流程如图一所示。

如图：

一、原油流程和电脱盐罐

1.电脱盐装置一般设在原油常减压蒸馏装置的换热系统中，原油经过换热，达到合适的脱盐温度后进入电脱盐罐。根据进厂原油含盐量大小和后工序加工处理装置对原油含盐量的要求指标不同，可设一级、两极甚至三级电脱盐罐。原油流程除考虑正常操作外，还应设单开单停，切除其中某一级的可能，且设有事故退油线。

2.电脱盐罐是电脱盐装置最主要的设备。罐体形式有多种，目前一般趋于采用卧式罐，罐体材料多采用 16Mn 钢，壁厚由罐体的耐压指标确定，其尺寸主要取决于原油的处理量和原油在罐内电极板之间强电场区域的停留时间，以保证脱水脱盐效果。通常有Φ2600mm×5000mm ，Φ 2800mm × 7000mm ，Φ 3000mm × 10000mm ，Φ 3000mm ×17000mm，Φ3200～3400mm×2100mm 等不同规格系列，以适应于7×10T/a～250×10T/a 的大最大处理量。

3.罐体上部沿轴向设置开口向上小孔的聚合器管，脱后原油在罐上方轴向均匀流入集合器，然后导出油罐出口。

4.罐体下部设置油路分配器与原油入口相连，无论采用管式分配器还是采用适合于粘度大且杂质多的重质原油的倒槽式分配器，均以能够将原油自罐底部均匀分布进入罐为设计原则，以保障减小页面的无规则拢动对电场稳定性的影响。

5.罐体下部两侧设有不停工吹扫反冲洗装置，在操作中定期将沉积在罐底部污泥状杂质吹起随排水管排出，以保持脱盐罐中部水相空间和避免泥砂杂质对其他管口的堵塞。

6.罐体下部分为集水区，原油脱出的含盐水在此区停留约 10～20 分钟，经由罐下部设有沿轴向分布并向下开孔的排水管排出罐体。

二、高压电场的建立

1.电脱盐的电能由专用的防爆式全阻抗电脱盐变压器提供，它具有独特的输入输出特性，由于它在一次回路中串联有全阻抗电抗器，使它能在电脱盐装置投运中，无论是瞬间极板间拉“水链”还是长时间短路均能自适应调压而不因超载而跳闸，电脱盐实际工艺工程需要这种供电特性，而这又是一般电力变压器所不具备的。国家防爆式全阻抗电脱盐变压器的产品有单相式也有三相式，容量从50KVA/19KV到 160KVA/35KV 整个系列，完全可以满足国内各炼油厂各种规模处理量的选用要求。通常流量应当留有富裕量，其实实际操作时的电流为变压器额定电流的 30～50为宜。目前国内外炼油厂的电脱盐基本上都采用交流供电方式，也有少数的厂家试用双半波脉动直流供电方式。