高效电脱技术的工作原理及应用

时间：2024-05-17

仲跻峰刘锦伟司杰许可

(1、3海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2天津中海油工程设计有限公司，天津 300451)

一、电脱盐脱水的工作流程及工作原理

电脱盐脱水的工作过程

原油首先需要进行注水混合以溶解原油中的盐类，在注入破乳剂之后，利于直流高压电的强电场中，利用电场产生的诱导偶极使油水分离。经过分离的原油通过物理手段将原油、水、固体杂质以及盐份脱出。工作流程见图一

图一电脱盐脱水工作流程

电脱水破乳机理

海上油田生产，需要原油采集时快速脱水，受平台面积的限制，沉降罐的体积不可能过大。由于原油乳状液比较稳定，单凭利用传统的破乳剂让乳状液进行自然热化学沉降往往耗时过长，满足不了原油采集时快速脱水的生产需求。将原油乳状液放入一定的电场强度中，使水滴的凝结过程加快，对原油的快速脱水起到非常明显的作用。

首先我们来看一下图二中微小水滴在静电场中的聚结行为

图二静电场中水滴的凝结过程

电场对原油乳状液的作用机理为，乳状液中的水滴在电场中因感应产生诱导偶极，顺电场方向的两端带上不同的电荷，接触电极的水滴还会带上净电荷，这些带电的水滴按极性排列，相邻的水滴电荷相等，极性相反，产生偶极聚结力，聚结成较大的水滴。这个聚结力用下公式表达。

其中，f—偶极聚结力，N；k—原油的介电常数；E—电场强度，V/cm；r—水滴的半径，cm；l—两水滴间的中心距，cm。

从公式（1）可以看出，聚结力f与E2和（r/l）4成正比，电场强度对水滴的聚结有很大的影响，提高电场强度，可以大大增大水滴之间的聚结力，加快水滴的聚结，但电场强度过高，会导致耗电量增大，容易短路跳闸，而且会使水滴产生电分散作用。因而在不引起电分散的情况下，提高电场强度对脱水是有利的。国内炼油厂脱水装置常用电场强度在500～1000V/cm之间。原油电脱水是原油在电脱水装置中，利用高压电场、破乳剂、温度等因素的综合作用，破坏乳状液，水滴相互合并、粒径变大，并自原油中沉降分离出来，实现油水分离，从而脱出原油中的盐类及固体杂质的净化过程。

在原油电脱水过程中，原油和水的分离是借助原油和水两相的密度不同，水滴在原油中自由沉降速度符合斯托克斯定律，如下公式，

其中，u— 沉降速度，m/s；d— 水滴直径，m；g— 重力加速度，m/s2；ρ1-ρ2— 原油与水的密度差，kg/m3；η — 原油粘度，N.s/m2。

从公式(2)可以看出，原油与水两相间密度差增大和原油粘度的减少，都有利于加速水滴沉降速度，沉降速度与水滴直径的平方成正比，所以，增大水滴的直径，可以大大加速它的沉降速度。因此，在原油脱盐、脱水过程中，要控制各种因素的影响，创造条件使微小水滴聚结变大，以加速油水分离过程。

二.高效鼠笼式电极平流电脱盐脱水技术

（图三）高效鼠笼式电极平流电脱盐脱水罐侧视内部结构图

鼠笼式电极平流电脱盐脱水技术在自身电脱水罐内部采用了分段多层偏心鼠笼式组合电极（见图三），电极组合件由3～4层横断面呈半圆环形的电极组成，这样的设计组合是相邻两层电极之间形成了环形电场，在下部又能形成垂直电场，电极组合件中相邻两层电极之间的间距则从顶部到底部逐渐由小增大。

鼠笼式电极平流电脱盐脱水罐具有如下技术特点：

a.采用了平流卧式脱盐脱水罐工艺，克服了老式脱盐脱水罐中的水滴下沉受阻这一缺点，电场作用时间长，原油流速不受限制，利于原油脱盐脱水速度的加快；

b.由于电极组合件由2～3层横截面为半圆环形的电极组成，所以可以形成多层环形电场和垂直电场，能最大限度地占据罐内的空间，使有效电场的空间增大，且可消除电场死角和空电位，使罐内电场利用率提高40-60%，从而单位体积的处理量提高30%左右；

c.电极组合件中相邻二层电极之间的间距由顶部到底部逐渐增大，沿着内部液体流动方向依次布置为弱电场、过渡电场、强电场，所形成的电场的电场强度由顶部到底部逐渐减弱，在横截面上电场强度的分布为“上强下弱”。在罐体内油料含水量较小的上部区域电场强度大，油料含水量较大的下部区域电场强度较小，因此电场强度分布合理；

d.油水混合物料在电脱水罐内水平流动，下降的水滴沿油料流动方向呈水平抛物线轨迹下降，不受罐内油流的再分散作用，减轻了油料与下降水滴之间的返混效应。