电脱水的基本原理

电脱水的基本原理

原油的脱水方法很多，通常有离心脱除法，重力沉降法，化学分离法和静电分离法等。离心脱除在小批量的工业生产中非常有效，分离效率很高，但是设备操作费用较大。

重力沉降法一般用于陆上。在开采项目初期的轻质原油的电脱水，如果是重质原油，若采用重力沉降法，罐体会很大，沉降时间也将很长。这是也往往加入一些破乳剂，以破坏游水乳化液，促进水的脱除，这成为化学分离法。

这些分离方法的效率是很有限的，当对分离效率和空间提出更高的要求时，采用高压静电技术的静电分离脱水方法往往被应用到原油的脱水过程中。

在三相分离器中，原油中含有的大部分自由水被脱除，但是还有一部分水与原油结合在一起形成比较牢固的乳化液，这些乳化液中的水必须借助高压电场作用才能破乳脱除出来，这就是电脱水。原油中的水进入电场后被极化，即负电荷集中到水滴一端，正电荷集中到水滴另一端，每个极化水滴成为一个感应偶极子——携带电量相等而极性相反的电荷或电极的颗粒，如图1所示：

图1 水滴在电场中被极化形成感应偶极子

极化后的水滴之间产生相互吸引的电场力，促进水滴的聚结，如图2所示。我们把这种导致微小水滴聚结的引力称为聚结力，可以用以下公式表示：

F=

42

2 6

l E

Kr

其中：F—水滴之间的电场聚结力；

K—原油乳化液自身的介电常数；

r—水滴的半径；

E —电场强度； l —相邻水滴中心距。

图2 极化后水滴之间的相互作用

从式中可以看出，水滴之间电场聚结力F 与水滴半径的平方成正比，与电场强度E

的平方成正比，而与两水滴间的中心距离l 的四次方成反比。其中E 就是电脱水器内电极板组成的电场所形成的电场强度。

在电场力作用下，相邻小水滴破裂聚结成大水滴，大水滴又与周围的水滴聚结，由

此不断长大，由于受到重力作用当水滴长大到一定程度就会开始沉降。在原油电脱水过程中，小水滴聚成大水滴后，原油和水的分离是依靠油水密度差的重力沉降来实现的，水滴在原油中的自然沉降速度服从斯托克斯定律：

υ=μ

ρ182∆⋅d ×g 式中：υ——水滴沉降速度

d ——水滴直径；

ρ∆——为油水密度差；

g ——重力加速度；

μ——原油粘度 。

其实在沉降过程中水滴仍在不断地与周围水滴结合，不断变大，沉降速度也不断加

快，最终水滴聚结在罐体底部，从排水管线中排出到污水处理系统，经过处理后达到环境保护的技术指标后，然后排到大海中。

为了提高脱水率，可向原油乳化液中注入破乳剂，最好在原油进料泵吸入口加入，

如果在泵吸入口加入破乳剂操作不方便，则应在预热器之前的某一点加入或增加混合器，以增加破乳剂与乳化液的混合效果。破乳剂有助于加快破乳过程，，减少电脱水排水携带出电脱水器的含油量。

海上原油电脱水器的技术特点

海上油田的原油电脱水器与陆地油田的原油电脱水器工作原理是基本相同的，只是由于电脱水器的工作地点不一样，对海上原油的电脱水器设计和运行提出了一些更高的要求。根据多年来在海洋石油工程的工作经验，我们总结了海上油田原油电脱水器的主要特点，这些主要特点如下：

⒈适应恶劣海洋环境的要求

海上采油设施要经受各种恶劣气候和风浪的袭击，经受海洋环境高湿度、高腐蚀性气体的侵蚀。受风浪的影响，FPSO上的设备因船只的横摇，纵摇，升沉等运动而处于非静止状态中，这些必须在设计时予以考虑。

⒉满足安全生产的要求

海上采油环境为易燃易爆危险场所，各种生产作业频繁同时受空间限制，油气处理设施、电气设备、人员住房可能聚集在一起，因此对电脱水器设计的安全性提出了较高的要求，主要设计自动安全关断、报警、停止等安全生产保护措施，确保长周期安全生产。

⒊设备布置紧凑，自动化程度高

海上平台和FPSO的规模决定了投资的多少，因此在满足生产的前提下，尽量选用效率高，占地空间小的设备，并要求布局合理，设计紧凑。

由于海上油田操作人员少，因而要求设备的自动化程度高，为保证仪表的性能，仪表一般采用质量优良的进口仪表。

⒋增强设备的稳定性

设备的机械稳定性是其正常运行的基本特征。设计时充分考虑船体运动的加速度，电脱水器和底座都必须进行加固设计（特别是FPSO上的设备）、加强处理。电场结构采用三角形进行固定设计，这是因为容器内的流体在运动中会对电极板造成冲击，严重时造成极板松动或脱落。

仪表、管线、电器等设备也必须进行固定，避免船只的运动造成设备的损坏。

⒌适应性强，脱水效率高的高压电场的设计

海上油田在不同开采时段，原油产量不同，有时产量波动很大，石油中含水量也有很大的变化。这要求所设计的电脱水器必须具有较强的适应性，能够在多种原油处理量和原油含水量下平稳操作，并达到理想的脱水效果。

⒍油水界位防浪技术和水冲洗装置的设计

在电脱水行业，油水界位被称为电脱水器的“心脏”，这是因为电极板将与油水界位形成一个弱电场。乳化液首先进入这个弱电场进行脱水，油水界位的稳定，弱电场有

效进行对于保障最终的脱水效果具有重要意义。

开采出的石油含有大量泥沙，电脱水器长期运行后，沉沙将沉积在罐体底部，必须及时地将泥沙排出罐体，否则将影响油水界位的平稳运行。

7. 操作注意事项：

操作中，一般不允许电脱水器内上部出现气体，因为这些气体是易燃易爆气体，如果气体过多，将使原油液面下降到高压电极棒与极板的连接处，这种情况比较危险。连接不好，高压电引入出现火花将发生爆炸事故，为防止此类事故的发生，在罐体顶部安装了一个低液位安全开关。设定低液位安全开关启动位置高于高压电极棒棒帽下端，这样就能确保不会有太多气体出现在罐内上部，否则低液位安全开关将切断MCC中变压器的电源，使高压电不再输送到电脱水器内。

油水界位的稳定对于电脱水器的平稳运行具有重要意义。油水界位是通过控制排水量来实现的。同时，还设计了高界位和低界位，如果界位过高，油水界位距离电极板太近，电流将升高，达到变压器的设定报警电流时，在CCR变压器将报警，由于该变压器是电脱水专用变压器，过电流报警是不会损坏设备的，时间过长，变压器将自行关断。

在罐顶设计有高高界位和低低界位，并都由信号输送到CCR，这是对电脱水器的运行保护。如果操作条件与设计条件相距甚远，达到高高界位或低低界位，将停止设备运行。

两个人孔设计在电脱水器的封头两端，内部所有构件的设计都必须能够在人孔中进出，以便顺利安装和维修。在罐体底部设计了一个备用开口，并分别用盲板封死，在设备停止运行检修时可以用于清除泥沙用。

在电脱水器进油管、出油管和排水管上都安装了取样器和冷却器，分别对脱后原油和排出污水进行取样，分析，考察电脱水器的运行效果。

电脱水器的运行：

一旦各项电气测试工作完成，就能使电脱水装置投入运转。

电脱水装置投入运转的开车步骤:

⑴打开原油进口和出口阀门。

⑵关闭电脱水器的污水排放管线。

⑶打开背压控制器。

⑷打开电脱水罐的放空管线。

⑸用氮气吹扫电脱水罐，除去空气。（如果用户不能使用氮气而使用蒸汽，就按用户安全规程所规定的吹扫方法）。使少量蒸汽慢慢地进入电脱水罐内。作用于电脱水罐的蒸汽压力绝不能超过压力容器的设计压力，电脱水罐内的温度不得超过150