CN110527551A - 适用于炼油常减压装置的多元组分分离系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于炼油常减压装置的多元组分分离系统。包括监控部分、原油入口部分、电脱盐罐部分和原油出口部分；在电脱盐罐顶部内侧和底部外侧分别对装有射线发射器和射线探测器；利用射线衰减原理来对电脱盐罐内轻组分、乳化层、重组分的厚度实时监测和计算求解；基于厚度监测结果，若超过设定阈值，通过上位机调节开度，使得各组分层的厚度精准控制在某一既定范围，并实现实时动态的多元组分精准分离。本发明能用于轻组分、乳化层和重组分厚度的精准监测和检测，通过破乳剂的自动注入使乳化层充分分离，能最大限度规避人为因素的影响，提升了轻、重组分分离的效率。

Description

适用于炼油常减压装置的多元组分分离系统

技术领域

本发明涉及炼油工业常减压装置电脱盐系统，具体的说是涉及了一种适用于炼油常减压装置的多元组分分离系统。

背景技术

在石油化工领域，电脱盐是控制常减压装置腐蚀的第一道防线，其目的是脱除水、盐(氯化物)、固体以及其它进入原油中的杂质，从而降低后续流程中的系统结垢、操作波动以及工艺设备的腐蚀风险，提升安全运行维护水平。近年来，随着我国进口中东原油的高硫、高酸、含氯和重质化，电脱盐罐的脱盐操作基本上靠经验进行，一方面脱盐效果不佳，另一方面脱后原油的含盐含水合格率低于技术指标要求，尤其是氯离子的脱除不彻底直接导致常减压系统的工艺管道、换热器、空冷器发生露点腐蚀、NH₄Cl和NH₄HS结晶腐蚀、多相流冲蚀等失效，对常减压装置的稳定操作、设备防腐、产品质量带来严重影响，同时给下游工艺装置的工艺防腐、安全运维增加了难度。

目前，炼油企业中采用注水、注缓蚀剂、注中和剂等方式缓解和降低常减压装置中设备的腐蚀风险，取得了一定的效果，然而这些措施并未从源头上解决铵盐的腐蚀问题，特别是NH₄Cl的腐蚀问题。近年来，石化企业发生的因常压塔、减压塔顶循管道、换热器、空冷器腐蚀等造成的火灾、爆炸等重大事故基本上均与铵盐结晶腐蚀相关，造成了重大经济损失和不良的社会影响。因此，针对当前常减压装置电脱盐技术的现状，炼油企业亟需一种能够实现常减压装置电脱盐罐轻重组分高效分离的系统，实时监测电脱盐罐内的轻组分、重组分和乳化层的厚度，以便能够更精确的控制轻、重组分的分离，最大限度提升氯离子的脱除效果，提高常减压装置的安全稳定性。

发明内容

为了能够有效解决常减压电脱盐罐中轻组分、重组分及乳化层厚度不易监测，自动化水平低，轻重组分分离不充分的问题，本发明提出一种适用于炼油常减压装置的多元组分分离系统，该发明可精确检测出电脱盐罐中轻重组分以及乳化层各层的厚度，并实现实时动态的多元组分精准分离。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

多元组分分离系统包括电脱盐罐以及监控部分、原油入口部分、电脱盐罐部分和原油出口部分。

所述的监控部分包括压力传感器、第一射线发射器、第二射线发射器、第三射线发射器、第一射线探测器、第二射线探测器、第三射线探测器、RS485总线、上位机；第一射线发射器、第二射线发射器、第三射线发射器等间距水平安装在电脱盐罐顶部内壁左侧位置，第一射线探测器、第二射线探测器、第三射线探测器等间距水平安装在电脱盐罐底部外壁左侧位置，第一射线探测器、第二射线探测器、第三射线探测器分别与第一射线发射器、第二射线发射器、第三射线发射器对应相向布置于同一竖直方向上；压力传感器安装在第三射线发射器右侧的电脱盐罐顶部内壁；压力传感器和三个射线发射器、三个射线探测器通过RS485总线与上位机通信连接。

所述的电脱盐罐部分包括脱前原油入口、重组分出口和充气口；电脱盐罐底部居中开设有脱前原油入口，电脱盐罐底部一侧开设有重组分出口，重组分出口位于脱前原油入口右侧，电脱盐罐顶部居中开设有脱后原油出口；电脱盐罐顶部一侧开设有充气口，充气口位于脱后原油出口右侧；充气口经第六阀门和压缩机入口连接，氮气从压缩机经第六阀门通入到电脱盐罐中；电脱盐罐部分设置了充气口可以通过充气来改变电脱盐罐中的压力。

所述的原油入口部分包括混合器、第一泵、第二泵、第三泵、第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；第一泵入口与破乳剂注入口联通，第一泵出口经第一阀门连接到混合器输入端；第二泵入口与原油进料口联通，第二泵出口经第二阀门连接到混合器输入端；第三泵一端与重组分出口联通，另一端经第四阀门连接到混合器的输入端；混合器的输出端经过第三阀门联通于脱前原油入口；其中破乳剂通过第一泵经第一阀门泵入到混合器，原油通过第二泵经第二阀门泵入到混合器；位于电脱盐罐中下部的重组分经重组分出口被第三泵抽出后经第四阀门泵入到混合器；破乳剂、原油和抽出的一部分重组分在混合器中充分混合后依次经第三阀门、脱前原油入口进入电脱盐罐；进入电脱盐罐后的原油等多元组分分层后依次从上到下分为轻组分、乳化层和重组分。

所述的原油出口部分包括浮子和第四泵；带有漂浮球的浮子漂浮于电脱盐罐内的轻组分表面，浮子结构的底部输入口深入到轻组分的液面下，浮子的输出口通过软管连通于脱后原油出口；脱后原油出口依次经第五阀门与第四泵联通，使得轻组分经第四泵泵出电脱盐罐进入下一流程。

所述的第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门均经RS485总线连接到上位机；监控部分的上位机通过RS485总线向各个阀门发送控制信号对各阀门独立控制。

所述的监控部分中，第一射线发射器、第二射线发射器、第三射线发射器发出不同频率的射线，并根据电脱盐罐内多元组分性质的不同各自独立调整射线频率。

所述的原油出口部分中，第五阀门和第四泵之间安装有过滤网。

本发明的有益效果是：

本发明基于射线衰减原理实时动态监测判断炼油常减压电脱盐罐内的轻组分、乳化层和重组分的厚度，并通过RS485总线将信号传送给上位机，上位机处理得出轻组分、乳化层、重组分的厚度，并通过调节相应的阀门开度精准调整破乳剂和轻组分的抽出速度，保证电脱盐罐内的轻组分层、乳化层、重组分层实现精准动态分离，既提高了分离效果和电脱盐效率，又能最大限度节约破乳剂的用量，实现自动化精准管理，避免了认为因素造成的影响，为后续常减压装置的安稳长满优稳定运行提供了安全保障。本发明可适用于石油化工领域常减压装置电脱盐工艺中，实用性强，改装方便，可适用于不同原油品种、不同压力工况下的电脱盐工艺。

附图说明

图1是适用于炼油常减压装置的多元组分分离系统结构示意图。

图1中：1、监控部分；2、原油入口部分；3、电脱盐罐部分；4、原油出口部分；5、压力传感器；601、第一射线发射器；602、第二射线发射器；603、第三射线发射器；7、脱前原油入口；8、轻组分；9、重组分；10、乳化层；11、浮子；12、过滤网；13、电脱盐罐；14、脱后原油出口；15、RS485总线；16、上位机；17、混合器；1801、第一泵；1802、第二泵；1803、第三泵；1804、第四泵；1805、压缩机；1901、第一阀门；1902、第二阀门；1903、第三阀门；1904、第四阀门；1905、第五阀门；20、重组分出口；21、充气口；22、软管；2301、第一射线探测器；2302、第二射线探测器；2303、第三射线探测器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明的轻重组分分离系统工作原理，其工作过程如下：

如图1所示，为本发明---适用于炼油常减压装置的多元组分分离系统结构示意图。包括电脱盐罐13以及监控部分1、原油入口部分2、电脱盐罐部分3和原油出口部分4；其中监控部分1包括压力传感器5、第一射线发射器601、第二射线发射器602、第三射线发射器603、第一射线探测器2301、第二射线探测器2302、第三射线探测器2303、RS 485总线15、上位机16；第一射线发射器601、第二射线发射器602、第三射线发射器603等间距水平安装在电脱盐罐13顶部内壁左侧位置，第一射线探测器2301、第二射线探测器2302、第三射线探测器2303等间距水平安装在电脱盐罐13底部外壁左侧位置，第一射线探测器2301、第二射线探测器2302、第三射线探测器2303分别与第一射线发射器601、第二射线发射器602、第三射线发射器603对应相向布置于同一竖直方向上；压力传感器5安装在第三射线发射器603右侧的电脱盐罐13顶部内壁；压力传感器5和三个射线发射器601、602、603、三个射线探测器2301、2302、2303通过RS485总线15与上位机16通信连接；电脱盐罐部分3包括脱前原油入口7、重组分出口20和充气口21；电脱盐罐13底部居中开设有脱前原油入口7，电脱盐罐13底部一侧开设有重组分出口20，重组分出口20位于脱前原油入口7右侧，电脱盐罐13顶部居中开设有脱后原油出口14；电脱盐罐13顶部一侧开设有充气口21，充气口21位于脱后原油出口14右侧；充气口21经第六阀门1906和压缩机1805入口连接，氮气从压缩机1805经第六阀门1906通入到电脱盐罐13中。

原油入口部分2包括混合器17、第一泵1801、第二泵1802、第三泵1803、第一阀门1901、第二阀门1902、第三阀门1903和第四阀门1904；第一泵1801入口与破乳剂注入口联通，第一泵1801出口经第一阀门1901连接到混合器17输入端；第二泵1802入口与原油进料口联通，第二泵1802出口经第二阀门1902连接到混合器17输入端；第三泵1803一端与重组分出口20联通，另一端经第四阀门1904连接到混合器17的输入端；混合器17的输出端经过第三阀门1903联通于脱前原油入口7；其中破乳剂通过第一泵1801经第一阀门1901泵入到混合器17，原油通过第二泵1802经第二阀门1902泵入到混合器17；位于电脱盐罐13中下部的重组分经重组分出口20被第三泵1803抽出后经第四阀门1904泵入到混合器17；破乳剂、原油和抽出的一部分重组分9在混合器17中充分混合后依次经第三阀门1903、脱前原油入口7进入电脱盐罐13；进入电脱盐罐13后的多元组分分层后依次从上到下分为轻组分8、乳化层10和重组分9；

原油出口部分4包括浮子11和第四泵1804；带有漂浮球的浮子11漂浮于电脱盐罐13内的轻组分8表面，浮子11结构的底部输入口深入到轻组分8的液面下，浮子11的输出口通过软管22连通于脱后原油出口14；脱后原油出口14依次经第五阀门1905、过滤网12与第四泵1804联通，使得轻组分8经第四泵1804泵出电脱盐罐13进入下一流程，即进入闪蒸塔。

第一阀门1901、第二阀门1902、第三阀门1903、第四阀门1904、第五阀门1905均经RS485总线15连接到上位机16；监控部分1的上位机16通过RS485总线15向各个阀门发送控制信号对各阀门1901、1902、1903、1904、1905独立控制。

监控部分1中，第一射线发射器601、第二射线发射器602、第三射线发射器603发出不同频率的射线，并根据电脱盐罐13内多元组分性质的不同各自独立调整射线频率。其中在电脱盐罐13顶部靠近充气口21附近设置安全阀，用途为：一旦电脱盐罐13的压力高于设定阈值，用于紧急卸料排空；在电脱盐罐13底部靠近重组分出口位置设置卸料阀，用于电脱盐罐13内重组分厚度超标且不能有效控制液位时，用于紧急排放。

对于适用于常减压装置实时动态的多元组分精准分离过程步骤如下：

步骤1)将电脱盐罐13以及监控部分1、原油入口部分2、电脱盐罐部分3和原油出口部分4依次安装连接好，保持第二阀门1902始终打开；原油和乳化剂经混合器17充分混合后，通过脱前原油入口7进入电脱盐罐13，在电脱盐罐13中自上而下分为轻组分8、乳化层10和重组分9；

步骤2)第一射线发射器601、第二射线发射器602、第三射线发射器603分别发射频率不同的射线，先后依次穿过轻组分8、乳化层10、重组分9分别到达第一射线探测器2301、第二射线探测器2302、第三射线探测器2303，三个射线探测器将接收到的信号通过RS485总线15传送给上位机16；同理，压力传感器5接收到的信号通过RS485总线15传送给上位机16；

步骤3)上位机16接收到信号，对信号进行处理计算后得到电脱盐罐内多元组分各层的厚度，以及采集获得罐内压力的信息，T₂表示轻组分8厚度，T₃表示乳化层10厚度，T₄表示重组分9厚度，P表示电脱盐罐13内的压力。

其中电脱盐罐内多元组分各层厚度的计算方法为：

①第一射线发射器601发射一定频率的射线并由射线探测器2301接收，发射强度为I₀的窄束单能射线，接收到的强度为I的射线强度，表示为：

I＝I₀×e^-μT (1)

式中，μ表示线衰减系数，T表示射线穿透厚度；

假设射线到达轻组分8上表面的强度为I₁，穿过轻组分8到达轻组分8和乳化层10分界面的强度为I₂，穿过乳化层10到达乳化层10和重组分9的分界面的强度为I₃，穿过重组分9到达电脱盐罐13底部内侧的强度为I₄，穿过电脱盐罐13后被第一射线探测器2301接收到的强度为I₅；μ₁、μ₂、μ₃、μ₄、μ₅分别对应气体、轻组分、乳化层、重组分和电脱盐罐13壁厚的线衰减系数。射线穿过气体时近似无能量衰减，即μ₁＝0，I₁＝I₀；

②μ₂、μ₃、μ₄、μ₅提前根据实验方法进行标定，首先测量μ₅，电脱盐罐13底部壁厚为已知，即T₅，电脱盐罐13内无介质，第一射线发射器601发出射线，强度为I₀，直接穿越空气和电脱盐罐13壁厚，第一射线探测器2301接收到射线强度为I₅，线衰减系数μ₅计算为：

μ₅＝-ln(I₅/I₀)/T₅ (2)

对于μ₂、μ₃、μ₄的测量，以μ₂为例，电脱盐罐13有厚度为T_n(n＝1,2,3…)的轻组分8，第一射线发射器601发出射线，强度为I₀，穿过空气和轻组分8后的强度的强度为I₂，再穿过电脱盐罐13底部，第一射线探测器2301接收到的射线强度为I₅，将T_n改变k次，即k＝1,2,3…,n，穿过空气和轻组分8后的强度为I_2k，第一射线探测器2301接收到对应的k个射线信号I_5k，强度分别为I₅₁，I₅₂，I_53…，I_5k，则：

根据以上两个公式推导计算：

经过多次测量，对μ₂₁，μ₂₂，μ₂₃，......，μ_2k求平均值，得到：

类似求解μ₂的方法可以求出μ₃、μ₄；

③求解得出μ₂、μ₃、μ₄、μ₅后，电脱盐罐13中存在轻组分8、乳化层10、重组分9时，可列出方程组：

联立可以求得：

将式(11)推导得出：

μ₂T₂+μ₃T₃+μ₄T₄＝-μ₅T₅-ln I₅/I₀ (12)

类似的，结合第二射线发射器602和第二射线探测器2302、第三射线发射器603和第三射线探测器2303测试得出的数据列出三个封闭方程组，分别为：

上述三个公式中，m＝1，2，3，表示用第m组射线发射器—射线传感器测得的数据。上位机根据该方程组联立求出未知量T₂，T₃，T₄。

具体实施例为：假设三个发射器发射的射线能量分别为：

则对应射线探测器接收到的射线强度为：

电脱盐罐13底部厚度为10mm，线衰减系数经测定分别为：

将以上数据代入公式(13)、公式(14)、公式(15)，可以求得T₂＝20mm，T₃＝10mm，T₄＝30mm。其中T₂，T₃，T₄的阈值则根据实际电脱盐工艺并结合操作经验而定，上位机根据检测到的轻组分层、乳化层、重组分层厚度并与阈值做对比，采取相应的措施来控制电脱盐罐内各组分层的厚度。

步骤4)如果乳化层10的厚度T₃超过设定乳化层阈值T_3max，则上位机16发出控制信号给第一阀门1901和第四阀门1904进行开度控制，并跳至步骤5)；若乳化层厚度未超过乳化层10设定的阈值，则第一阀门1901和第四阀门1904保持不变；

若轻组分8的厚度T₂超过设定轻组分阈值T_2max，则上位机16发出控制信号给第二阀门1902、第三阀门1903和第五阀门1905控制开度，并跳至步骤6)；若T₂未超过设定轻组分阈值T_2max，则第二阀门1902、第三阀门1903和第五阀门1905开度保持不变；

若重组分9厚度T₄超过设定重组分阈值T_4max，则上位机16发出控制信号给第四阀门1904控制开度，并跳至步骤7)；若T₄未超过设定重组分阈值T_4max，则第四阀门1904开度保持不变；

若电脱盐罐内的压力P低于设定阈值P_max，则上位机16发出控制信号给第六阀门1906，调至步骤8)；若P≥P_max，则第六阀门1906保持关闭状态，若超标太多，则通过位于电脱盐罐13顶部靠近充气口21附近的安全阀释放压力；

步骤5)第一阀门1901、第四阀门1904接收到控制信号后增大开度，分别增大破乳剂流量，并与原油、以及从电脱盐罐13底部抽出的重组分9经混合器17充分混合后通过脱前原油入口7注入电脱盐罐13，使乳化层10中的轻组分8和重组分9充分分离；

步骤6)第五阀门1905接收到控制信号后增大开度，轻组分8通过浮子11、软管22并经脱后原油出口14被第四泵1804加速抽出；同时第二阀门1902、第三阀门1903减小开度，减缓原油和混合液进入电脱盐罐13的速度；

步骤7)第四阀门1904接收到控制信号后增大开度，加快重组分9抽出的速度；在此基础上，若重组分的厚度仍不断的持续上升，则紧急打开电脱盐罐13底部靠近重组分出口位置的卸料阀紧急排放，直至重组分的厚度达到设定阈值厚度，关闭卸料阀；设置卸料阀的目的在于：当电脱盐罐13内重组分厚度超标且不能有效控制电脱盐罐13的液位时，用于紧急排放；

步骤8)第六阀门1906和压缩机1805同时打开，向电脱盐罐13充气，直至P达到设定阈值P_max。

本发明在炼油常减压装置的电脱盐工艺中能够取得一定的应用效果。包括压力传感器、射线发射器、射线探测器、RS485总线、上位机在内的监控单元均可与企业的DCS、LIMS系统兼容，尤其是压力传感器和射线探测器可以直接整合在DCS系统中，通过DCS获取到的数据既准确又快捷，上位机只需提取压力、射线强度这两类信号即可。主要对三组射线强度做算法分析，判断轻组分、乳化层、重组分层厚度是否超过设定阈值。若超过了，则上位机通过发送相应指令给相应阀门，调节阀门开度，使得电脱盐罐内的轻组分、乳化层、重组分的厚度精确控制，既提高了脱盐分离效果，又避免了人为操作带来的误差。

电脱盐工艺是常减压装置防腐的第一道防线，电脱盐工艺的脱盐脱水效率极大影响着后续装置的安全运行。随着原油劣质化越来越严重，对电脱盐的效率和效果要求大大提高，而传统的人工检测，凭经验操作的方法已优势不再，加剧了破乳剂的浪费和后续工艺设备的腐蚀。本发明提出的常减压装置电脱盐罐轻重组分分离系统结构简单，改装方便，灵活性强，检测、监测和控制精度高，具有广泛的适用性。

Claims (5)

1.一种适用于炼油常减压装置的多元组分分离系统，其特征在于，包括电脱盐罐(13)以及监控部分(1)、原油入口部分(2)、电脱盐罐部分(3)和原油出口部分(4)；

所述的监控部分(1)包括压力传感器(5)、第一射线发射器(601)、第二射线发射器(602)、第三射线发射器(603)、第一射线探测器(2301)、第二射线探测器(2302)、第三射线探测器(2303)、RS 485总线(15)、上位机(16)；第一射线发射器(601)、第二射线发射器(602)、第三射线发射器(603)等间距水平安装在电脱盐罐(13)顶部内壁左侧位置，第一射线探测器(2301)、第二射线探测器(2302)、第三射线探测器(2303)等间距水平安装在电脱盐罐(13)底部外壁左侧位置，第一射线探测器(2301)、第二射线探测器(2302)、第三射线探测器(2303)分别与第一射线发射器(601)、第二射线发射器(602)、第三射线发射器(603)对应相向布置于同一竖直方向上；压力传感器(5)安装在第三射线发射器(603)右侧的电脱盐罐(13)顶部内壁；压力传感器(5)和三个射线发射器(601、602、603)、三个射线探测器(2301、2302、2303)通过RS485总线(15)与上位机(16)通信连接；

所述的电脱盐罐部分(3)包括脱前原油入口(7)、重组分出口(20)和充气口(21)；电脱盐罐(13)底部居中开设有脱前原油入口(7)，电脱盐罐(13)底部一侧开设有重组分出口(20)，重组分出口(20)位于脱前原油入口(7)右侧，电脱盐罐(13)顶部居中开设有脱后原油出口(14)；电脱盐罐(13)顶部一侧开设有充气口(21)，充气口(21)位于脱后原油出口(14)右侧；充气口(21)经第六阀门(1906)和压缩机(1805)入口连接；

所述的原油入口部分(2)包括混合器(17)、第一泵(1801)、第二泵(1802)、第三泵(1803)、第一阀门(1901)、第二阀门(1902)、第三阀门(1903)和第四阀门(1904)；第一泵(1801)入口与破乳剂注入口联通，第一泵(1801)出口经第一阀门(1901)连接到混合器(17)输入端；第二泵(1802)入口与原油进料口联通，第二泵(1802)出口经第二阀门(1902)连接到混合器(17)输入端；第三泵(1803)一端与重组分出口(20)联通，另一端经第四阀门(1904)连接到混合器(17)的输入端；混合器(17)的输出端经过第三阀门(1903)联通于脱前原油入口(7)；其中破乳剂通过第一泵(1801)经第一阀门(1901)泵入到混合器(17)，原油通过第二泵(1802)经第二阀门(1902)泵入到混合器(17)；位于电脱盐罐(13)中下部的重组分经重组分出口(20)被第三泵(1803)抽出后经第四阀门(1904)泵入到混合器(17)；破乳剂、原油和抽出的一部分重组分(9)在混合器(17)中充分混合后依次经第三阀门(1903)、脱前原油入口(7)进入电脱盐罐(13)；

所述的原油出口部分(4)包括浮子(11)和第四泵(1804)；带有漂浮球的浮子(11)漂浮于电脱盐罐(13)内的轻组分(8)表面，浮子(11)结构的底部输入口深入到轻组分(8)的液面下，浮子(11)的输出口通过软管(22)连通于脱后原油出口(14)；脱后原油出口(14)依次经第五阀门(1905)与第四泵(1804)联通，使得轻组分(8)经第四泵(1804)泵出电脱盐罐(13)。

2.根据权利要求1所述的适用于炼油常减压装置的多元组分分离系统，其特征在于：所述的第一阀门(1901)、第二阀门(1902)、第三阀门(1903)、第四阀门(1904)、第五阀门(1905)均经RS485总线(15)连接到上位机(16)；监控部分(1)的上位机(16)通过RS485总线(15)向各个阀门发送控制信号对各阀门(1901、1902、1903、1904、1905)独立控制。

3.根据权利要求1所述的适用于炼油常减压装置的多元组分分离系统，其特征在于：所述的监控部分(1)中，第一射线发射器(601)、第二射线发射器(602)、第三射线发射器(603)发出不同频率的射线，并根据电脱盐罐(13)内多元组分性质的不同各自独立调整射线频率。

4.根据权利要求1所述的适用于炼油常减压装置的多元组分分离系统，其特征在于：所述的原油出口部分(4)中，第五阀门(1905)和第四泵(1804)之间安装有过滤网(12)。

5.根据权利要求1所述的适用于炼油常减压装置的多元组分分离系统，其特征在于：氮气从压缩机(1805)经第六阀门(1906)通入到电脱盐罐(13)中。