原油電脫水(脫鹽) 的電場設計及關鍵技術

石大留戀

從地層里開采出來的原油中不可避免地含有大
量的水和鹽類, 這對后續的儲運、煉制加工等環節
帶來了許多負面影響, 因此在油田一般需要對原油
進行脫水處理以使其外輸前的含水質量分數低于
015%; 且在煉油廠進蒸餾裝置前需要進一步進行
脫水、脫鹽處理而使其含水質量分數降低為011 %
～012 % , 并使鹽的質量濃度小于5 mg/L。原油中
的鹽類主要以堿金屬和堿土金屬鹽的形式存在; 水
主要以溶解水、乳化水、懸浮水等3種存在形式,
其中乳化水較為穩定而難以采用常規的靜置沉降法
去除[ 1 ] 。人們迄今已針對油水乳化液的分離問題
進行了大量研究, 在化學輔助破乳的基礎上又提出
了靜電聚結、離心分離、微波輻射、超聲波、膜分
離等措施, 但真正在生產流程中得到廣泛應用的首
推靜電聚結法, 相應的設備有電脫水器和電脫鹽器
兩大類[ 2, 3 ] 。筆者旨在通過介紹脫水(脫鹽) 的電
場設計以及復合電極、電載荷響應控制器、淡化水
逆流靜電混合、變壓/變頻電源等關鍵技術, 全面
準確地展示靜電聚結的機理以及國外在該領域的一
些新進展, 以供國內相關人員參考。
電脫水(脫鹽) 的電場設計
靜電聚結脫水的適用對象是油包水(W /O )
型乳化液, 其目的是通過電場作用將連續相(原
油) 中的分散相(小水顆粒) 聚結成較大粒徑的
水顆粒, 從而便于靜置沉降甚至離心分離等后續過
程的實施。美國F G Cottrell博士于1909年申請了
第1個靜電聚結原油脫水技術的專利, 并成立了
Petreco公司( Petroleum Rectifying Company) 。該公
司1911年安裝了第1臺電脫水器處理13°AP I的原
油, 1935年安裝了第1 臺電脫鹽器。雖然在其后
的發展過程中經歷了一系列曲折, 但集靜電聚結、
靜置沉降分離于一體的臥式電脫水器在1961年以
后基本得以定型[ 4 ] 。一般而言, 原油在電脫水的
同時也能達到脫鹽的效果, 但當僅僅使用電脫水器
難以滿足對原油中鹽類的質量濃度要求時, 還必須
進行電脫鹽。電脫鹽通過淡化水與原油的混合均化
而攜帶鹽類, 然后又通過脫水達到將鹽類從原油中
去除的目的。無論采用何種形式, 電場設計是電脫
水(脫鹽) 過程的基礎性問題。
11AC電場
AC電場自F G Cottrell博士的開創性工作以來
一直在商業電脫水器、電脫鹽器中使用至今。如圖
1所示, 常規的AC電場設計由水平布置的雙電柵
網和1臺變壓器所組成, 雙電柵網又由充電下網和
接地上網組成。分離后的水層位于容器底部并與地
相連, 因此水層與充電下網之間、充電下網與接地
上網之間就形成了AC電場, 電壓一般為116～213
kV。W /O型油水乳化液從水層與充電下網之間進
入電場影響區并向上流動, 通常將這種雙電柵網形
成的電場稱為“單區”AC電場。
實際應用中, 為了提高脫水效率和處理量, 還
可以利用多臺變壓器與電柵網組成“多區”或
“深場”AC 電場。通常使用3臺變壓器在油水乳