CN102086407A - 智能调压电脱盐脱水成套设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能调压电脱盐脱水成套设备，属于原油处理技术领域。该装置包括用于向电脱盐脱水罐内电极板提供电能的专用变压器，变压器初级电压调整控制器，次级电流取样电阻，设计在变压器内的调整后初级电压测量互感器。根据电脱盐罐内乳化情况，在检测二次电流的基础上，通过电力电子调压回路，将调整电压施加在专用变压器的初级，从而得到与电脱盐脱水罐体内相适应的破乳高压。输出到电脱盐脱水罐体内高压电极板上的高压更加适合油水乳化状况，避免出现短路和掉电事故，确保设备在恶劣工况下长周期平稳运行。

Description

智能调压电脱盐脱水成套设备

技术领域

本发明涉及一种原油脱盐脱水成套设备，尤其是一种智能调压电脱盐脱水成套设备，属于原油处理技术领域。

背景技术

原油是极其复杂的烃类混合物，不同油田、不同油区、甚至不同油井所产原油性质往往互不相同，其中的含水和含盐对原油的储存、运输、加工和最终产品等都有不利影响，因此要进行脱盐和脱水处理。

原油的脱盐脱水一般分两次进行。第一次在原油采出后于油田进行脱水脱盐，使含水量和含盐量初步降低，达到一定的指标后再向外输送。第二次是原油输送到炼油厂后，在炼制之前进行。

近年来，进入炼厂的原油出现劣质化的趋势，主要原因有三个：首先，国际能源形式的剧烈波动和不规格变化，使原油的紧缺和供应不能满足市场需求，炼厂在采购原油时，往往不能过多地对含盐含水量指标做严格的限制和要求，降低了对原油采购技术指标的控制。因此，一些在油田并没有进行认真脱水脱盐的高含盐，高含水原油直接进入到炼厂。其次，随着大部分原油进入后期开采，采用了很多强制性开采方式，如大量注水采油，注表面活性剂采油，注聚合物采油，注蒸汽采油等。这种强制开采方式，使原油中含水量，含表面活性剂和含聚合物的量大大增加。其中加入的表面活性剂通常是水溶性的，为O/W型乳化剂，与原油中的沥青质、胶质等极性物无协同作用，易吸附在油水界面，降低界面张力，稳定O/W型乳状液，增加了原油与水乳化液的稳定性，增加了原油脱盐脱水的困难。再次，由于近年来，原油价格持续攀高，造成炼油企业大规模亏损，各企业都在采取扭亏措施，如节能减排，挖潜增效等，其中在市场上采购价格便宜的劣质原油是采取的扭亏措施之一。一些炼厂将原设计加工的轻质或中质原油的装置逐渐掺炼或改为加工高比重，高粘度，高含盐量，高酸值，易乳化的劣质原油。

高比重，高粘度，高含盐量，高酸值的劣质原油往往在电脱盐罐体内发生乳化，在油水界面处生成稳定的难以破除的乳化物，在电脱盐设备运行过程中，电脱盐设备运行电流比较高，而且一旦形成顽固乳化层，会在很短的时间内出现电流快速升高，短路，报警，设备跳闸等情况，严重时出现送电困难或高压电场短路等情况，影响电脱盐装置平稳运行，这为原油预处理的电脱盐设备提出了更高的要求。

目前，广泛应用的电脱盐脱水成套设备主要有三种：第一种是交流电脱盐，采用两层或三层水平电极板，下层极板通电，上层极板接地。第二种是交直流电脱盐，由正负垂挂式电极板沿罐体轴线方向依次排列，自下而上形成交流弱电场、直流弱电场、直流强电场，综合发挥交流电促进大水滴聚积、直流电促进细小水滴聚结的效能(参见申请号为93246305.3的中国专利)。第三种是高速电脱盐，采取了油相进油方式，原油不再是从水相中慢慢上浮，而是直接进入罐体中上部电场，油流路径的缩短大大减小了油流在罐体内的停留时间，提高了进油速度；而双层喷嘴的设计保证了有足够量的原油平稳地喷入电场中，并在电场中合理分布。专利ZL01201754.X和ZL01201735.3介绍了这种高速电脱盐技术，与低速电脱盐技术相比，这种高速电脱盐技术可以提高原油的处理能力1.5～2.0倍，主要在大型化装置中得到应用。

在这些电脱盐脱水成套设备中，无论交流电脱盐技术，交直流电脱盐和高速电脱盐都采用100％全阻抗防爆变压器作为电脱盐设备的电源，该电源在初级线圈设计了一个电抗器，在加工形成高导电率的劣质原油时，为保护电源设备，输出到电脱盐罐体内的高压逐渐降低，而损失了高压电场的破乳效果。也就是说，传统的100％全阻抗电脱盐电源在乳化发生时，为了保护变压器电源设备而不得不被动地降低了高压电场的破乳脱盐脱水效果。而且，这种电源输出的电压有若干个不同的高压档位开关，如13，16，19，22，25kV等。无论电脱盐脱水罐体内乳化情况如何，都只能被动地采用这些档位开关中的其中一个输出，不能根据罐体的乳化程度进行反馈调节，其缺点在于在某一输出高压档位上时，油水界面处的水滴受力往往处于一种平衡状态，不易破乳。此外，这种没有反馈控制回路调整的电脱盐脱水设备，使设备长期在某一高压档运行使得电脱盐设备电耗增高，不能满足目前炼厂提出的节能减排的要求。

检索发现，现有的电脱盐脱水技术都不能根据罐体内的乳化情况反馈调整输出到罐体内的高压电场，如申请号为93246305.3、01201735.3、200610091044.5、200710054331.3、93102196.0的中国专利申请以及US6,113,765、US86,105,817A的美国专利申请分别对现有技术进行了高压电场及工艺操作条件的改进，但均未打破传统全阻抗电源电脱盐脱水技术，因此不能实质性地解决劣质乳化原油加工过程中带来的一系列问题。申请号为ZL01201735.3、ZL01201754.X、ZL01201756.6，和200610091044.5的专利介绍的电脱盐技术主要偏重于处理量的提高，也没有针对加工劣质原油高压电场电压反馈调整做出技术创新。

发明内容

本发明的目的首要在于：提供一种劣质易乳化原油加工过程中，能够检测并根据电脱盐罐内实际乳化状况自动调整输送到电脱盐罐内高压电场上电压的智能调压电脱盐脱水成套设备，从而保证电脱盐脱水设备始终可以稳定运行，避免极板击穿、短路、跳闸等运行问题。

本发明进一步的目的在于：提出一种可以在复杂工况下使电脱盐脱水装置的电极板建立稳定电场、从而有助于保证电脱盐脱水效果和运行质量的智能调压电脱盐脱水成套设备。

为了达到上述首要目的本发明的技术方案是：一种智能调压电脱盐脱水成套设备，包括用于向电脱盐脱水罐内电极板提供电能的专用变压器，变压器初级电压调整控制器，次级电流取样电阻等组成，该设备还包括安置变压器内的调整后初级电压测量互感器。施加在变压器初级侧的电压是经变压器初级电压调整控制器调整后输出的电压。所述次级电流取样电阻测量信号输出端接PLC控制器的信号输入端。安置变压器内的调整后初级电压测量互感器的电压信号与初级电压调整控制器相连接。变压器内设计温度开关和调整后初级电压测量互感器，其输出端也接PLC控制器的相应输入端。PLC的输出端与变压器初级电压调整控制器的输入端相连。

这样，在电脱盐脱水过程中，可以通过次级电流取样电阻检测出的电流信号反馈到PLC，PLC与设定值进行对比分析、计算，将对比信号输送到变压器器初级电压调整控制器，调整电脱盐脱水专用变压器的输入电压，从而改变变压器输出端输入到电脱盐脱水罐内高压电场中的电压，使输出到电脱盐脱水罐体内高压电极板上的高压更加适合油水乳化状况，避免出现短路、跳闸等故障，保证电脱盐装置的平稳运行，从根本上解决油质劣化给炼油设备带来的一系列问题。

总之，本发明的有益效果是：在炼厂加工劣质原油时，智能调压电脱盐脱水设备可以根据次级电流变化情况进行调整施加在变压器初级线圈上的电压，使输出到电脱盐脱水罐体内高压电极板上的高压更加适合油水乳化状况，解决加工过程中因加工劣质原油而出现的电脱盐脱水变压器跳闸、短路等事故。确保在智能响应控制电脱盐脱水技术设备作用下，在原油含盐量在100mg/l左右时，脱后原油含水量达到不大于0.2％的技术指标，含盐量减低到小于2mg/l的技术指标，排水含油不大于100ppm的技术指标，确保设备在各种工况下，长周期平稳运行，同时，避免了加工劣质原油过程中的短路现象，比传统的全阻抗电脱盐脱水技术可节省电耗60％以上。

附图说明

图1为本发明一个实施例的控制原理图。

图2为本发明一个实施例的实验装置工艺流程图。

图中：1、变压器初级电压调整控制器，2、可控硅调压器，3、调整后初级电压测量互感器，4、温度开关，5、变压器，6、大功率整流器，7、高压电引入装置，8、电脱盐脱水罐体，9、高压电极板，10、次级电流取样电阻，11、PLC，12、初级电流测量互感器，41、原油储罐，42、新鲜水储罐，43、破乳剂储罐，44、接收冷却储罐，45、破乳剂注入泵，46、原油泵，47、一级注水泵，48、二级注水泵，49、加热器，410、温度控制器，412、一级混合器，413、一级混合阀，414、一级排水阀，415、一级混合差压计，416、一级电脱盐罐，417、一级脱盐用智能调压变压器，418、一级脱后原油采样口，419、一级罐乳化液采样口，422、二级混合器，423、二级混合阀，424、二级排水阀，425、二级混合差压计，426、二级电脱盐罐，427、二级脱盐用智能调压变压器，428、二级脱后原油采样口，429、二级罐乳化液采样口。

具体实施方式

参见附图1，本实施例的智能调压电脱盐脱水成套设备带有人机界面，将电脱盐技术与电力电子技术和自控技术结合起来。在电脱盐脱水设备过程中，次级电流是表现罐体内乳化情况的一个最直接的重要技术参数，同时，次级电流大小与变压器电压也有直接的关系，二者互相作用和限制。通过串联在变压器5中次级电流取样电阻10得到电脱盐脱水罐体内高压电场形成的电流，然后将该电流信号传送到PLC11，在PLC11将该电流与设定电流进行对比。当加工劣质原油，罐体内发生乳化时，次级电流将上升与原设定电流发生偏差，这是PLC11将向变压器初级电压调整控制器1发出信号，初级电压调整控制器1将相可控硅调压器2输出调整信号，对施加在变压器5初级电压进行调整，稍稍降低施加在变压器5初级侧的电压。同时，设计了调整后初级电压测量互感器3，对经可控硅调压器2调整输出的电压进行测量，并将测量型号输送到变压器初级电压调整控制器1，进行对比、调整，以确保施加在变压器5初级线圈上的电压为所希望得到的抑制乳化发生的电压。另外还设计了初级电流测量互感器12和温度开关4，初级电流测量互感器12用于测量变压器5初级线圈上的电流，也就是电脱盐脱水设备运行电流，温度开关4用于保护变压器的运行，如果变压器长时间短路，变压器5的线圈将发热，油温上升，当达到温度保护设定值时，PLC11将关断变压器。变压器次级高压输出后，经大功率蒸馏器6进行整流，将正负高压电将高压电引入保护装置输送的电脱盐脱水罐8内的高压电极板上.PLC11可以与用户的DCS之间连接通道顺利实现信息共享和传递。

参见附图2，为本案实施例的智能调压电脱盐脱水技术两级实验装置工艺流程图：实验中所采用的原油为高比重，高粘度，高含盐量的劣质鲁宁管输原油，原油25℃的比重为0.9344g/cm³，50℃的动力粘度260mPa.s，原油盐含量116.85mg/L，含水量1.43％，该原油在加工过程中，运行电流大，容易乳化，经常性发生电脱盐电源跳闸事故，设备运行不稳定。

实验时将原油加入到原油储罐41中，在原油储罐41中原油将被进行预热到60℃左右，通过原油泵46输送到实验装置中。原油流量为60L/h，在原油泵的出口处设计了压力和流量测量及控制系统，加热器49用来加热原油到所需要的脱盐脱水温度，该温度一般在130～145℃，高于一般电脱盐脱水操作温度，而且该操作温度是影响脱盐脱水效果的重要因素之一，必须进行精确控制，因此，在加热器49的出口处设计了温度控制器410用于控制加热器49的加热效率，以确保所需要的设定温度。与工业装置流程一样，原油破乳剂在破乳剂储罐43进行配置，破乳剂为油溶性破乳剂，并在之前通过静态破乳剂评选实验确定，型号为SX2603，经破乳剂注入泵45注入到原油泵46的入口，使破乳剂经过原油泵46的输送达到初步混合的效果，然后用于洗盐的新鲜水将加入到新鲜水储罐42，注水量为原油处理量的5％，即3L/h。经过一级注水泵47注入到第一级脱盐系统中。破乳剂和新鲜水注入到系统中后，必须进行与原油进行充分混合，以最大限度地溶解原油中的盐分，整个过程是通过设计在管道上的一级混合器412和一级混合阀413来实现的，混合强度也就是一级混合器412和一级混合阀413两端的混合压差，可以通过混合阀413进行调节，混合强度的设定和测量在一级混合差压计415可以实现。经过一级混合器412和一级混合阀413后，系统中的原油、新鲜水和破乳剂就实现了充分混合，确保原油中的盐分溶解到新鲜水中，同时经过一级混合器412和一级混合阀413的作用，也形成了原油、水和破乳剂的相对稳定的乳化液。该乳化液进入一级电脱盐罐416在高压电场作用下，进行破乳，实现油水分离。一级电脱盐罐416上的电源为一级脱盐用智能调压变压器417。在一级电脱盐罐416出口管线上，可以通过一级脱后原油采样口418对经过一级脱后的原油进行采样。一级电脱盐罐416侧面设计了三个固定采样口419，用于对罐体内特别是油水界位处的原油进行采样，考察油水界面的乳化程度及含水的测定等。完成一级脱盐脱水的原油将进入第二级脱盐脱水系统，脱出的水从一级电脱盐罐416底部的一级排水阀414排出，并取样进行排水含油量的分析。进入二级电脱盐罐416前，还需要向原油中加入新鲜水，这由二级注水泵48注入到系统中的，因为破乳剂为油溶性破乳一直保留在原油中，因此在第二级系统中不再加入破乳剂。与第一级脱盐脱水过程相似，原油和水通过二级混合器422和二级混合阀423，并通过二级混合差压计425实现原油和水的第二次混合，将原油中的盐分进一步转移到新鲜水中。二级脱盐用智能调压变压器设计在二级电脱盐罐416上。通过二级脱后原油采样口428取样分析经过两级脱盐脱水处理后原油的盐含量和水含量，罐体侧面的二级罐乳化液采样口429侧用来对罐体内特别是油水界位处的原油进行采样，考察油水界面的乳化程度及含水的测定等。脱出的水通过二级脱盐罐底部的二级排水阀424排出，并取样进行排水含油量的分析，处理后的原油将进入到接收冷却储罐44。实验中，设备运行稳定，电流稳定在0.4～0.5A之间，没有出现大的波动，能够有效消除罐体内的乳化状况，排水清。经过智能响应控制电脱盐脱水后达到如下表技术指标：

Claims (6)

1.一种智能调压电脱盐脱水成套设备，包括用于向电脱盐脱水罐内电极板提供电能的专用变压器，变压器初级电压调整控制器，次级电流取样电阻等组成，其特征在于：还包括设计在变压器内的调整后初级电压测量互感器。

2.根据权利要求1所述的智能调压电脱盐脱水成套设备，其特征在于：所述变压器初级电压调整控制器调整后输出的电压施加在了变压器初级。

3.根据权利要求1所述的智能调压电脱盐脱水成套设备，其特征在于：所述次级电流取样电阻测量信号输出端接PLC控制器的信号输入端。

4.根据权利要求1所述的智能调压电脱盐脱水成套设备，其特征在于：安置变压器内的调整后初级电压测量互感器的电压信号与初级电压调整控制器相连接。

5.根据权利要求1所述的智能调压电脱盐脱水成套设备，其特征在于：变压器内设计温度开关和调整后初级电压测量互感器，其输出端也接PLC控制器的相应输入端。

6.根据权利要求1所述的智能调压电脱盐脱水成套设备，其特征在于：PLC的输出端与变压器初级电压调整控制器的输入端相连。

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