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2.2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油田在开采初期的轻质原油的脱水，如果采出的是重质原油，若采用重力沉降法，所需要的罐体会很大，沉降时间也将很长。这时也往往加入一些破乳剂，以破坏游水乳化液，促进水的脱除，这种利用化学助剂实现油水分离的方法称为化学分离法。这些分离方法的效率是很有限的，随着原油开采量的增大，当对分离效率、采用的罐体和沉降分离的时间提出更高的要求时，采用高压静电技术的脱水方法往往被应用到原油的脱水过程中，这就是原油高压静电油水分离技术，简称为电脱水。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=4226lEKr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上述公式中可以看出，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：u=182d×g式中：u——水滴沉降速度d——水滴直径；——为油水密度差；g——重力加速度；——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，以加强破乳剂与原油的混合效果。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。进入电脱水器乳化液最大含水量为20%（体积），脱后原有含水量小于1%（体积），排水含油小于1500ppm。2.油水界位被视为电脱水器的“心脏”，只有稳定的油水界位才能保证电脱水器的正常运行。这主要是因为油水界位和底部的电极板之间形成一个弱电场，弱电场的是否正常工作将直接影响整个电脱水器的运行效果。水冲洗设施安装在电脱水器底部，用于定期地冲洗沉积在底部的泥沙，在电脱水器运行过程中，原油中的泥沙会逐渐地沉积在容器底部，日积月累，泥沙会逐渐增多。泥沙层会变得越来越厚，使容器的有效容积减少，这将影响油水的分离。在这种情况下，如果油水界位还保持原设定值，势必缩短了脱出水在罐底的停留时间，使得排水含油量增加；如果为了保证排水含油量的技术指标，必使油水界位上升，而油水界位上升将使电极板间的电导率增大，严重时，会使界位达到极板，发生短路现场，影响电脱水器的正常稳定运行。而且，有时泥沙会沉积下来变得很艰硬，难以处理而不得不停车清理。由于不同油田含沙量各不相同，一般不强制规定水冲洗时间和频率，各油田应根据实际情况确定水冲洗的时间和频率，在没有操作经验的情况下，建议每周冲洗两次，每次不少于20分钟，如果还没有冲洗干净，可以适当增加水冲洗的时间和频率。高压电引入系统是电脱水器的重要组成部分，能将高压电在一定温度和一定压力条件下引入到电脱水器一根能够承受50，000V高压的特种高压电缆，该特种高压电缆固定在充满干燥变压器绝缘油中的金属软管中，以保证良好的电气绝缘。电极棒是我公司的主要专利产品，采用三层密封绝缘的设计结构形式，能够在压力为2.5MPa下保持压力密封。出厂前，每根电极棒都做了施加高压电“50，000V通电时间5min不击穿”和在“2.5MPa压力下30min不泄漏”的实验。在罐体顶部管线上设计了两台安全阀，如果出现操作失误或管道堵塞，压力升高超过安全阀的设定压力1380kPaG，安全阀将启动泄压，以保证设备安全。操作中，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，这样即使有太多气体出现在罐内上部，液位降低到低液位安全开关设定位置，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，以确保设备安全。油水界位的稳定对于电脱水器的平稳运行具有重要意义。油水界位是通过安装在排水管线上的调节阀控制排水量的大小来实现的。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，过电流报警和高电流运行是不会损坏设备的，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检测仪表，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，内部所有构件都必须能够在人孔中进出为设计原则，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冷却器，分别对进电脱水器的乳化液、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。A4.3.1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℃，以保护绝缘吊挂和电极棒，吹扫时的详细要求请参考本章后的“吹扫规则”。⑹打开罐顶放空阀，向罐体内进油。⑺电脱水罐充满原油后，关闭放空阀。⑻缓慢地将背压控制器调节到电脱水装置所必需的操作压力，不得高于电脱水装置的设计压力。⑼使配电箱的断路器开锁。接通电源。电压表应读出线路电压。电流表应读出低电流值。⑽在这种工况下操作电脱水装置，直到充入电脱水装置的原油达到其操作温度为止。⑾使界面控制器投入使用。建立油水界面，使罐底部水位逐渐增高，达到设计操作高度。⑿调节控制排水阀，使水从电脱水罐流到污水处理系统。⒀在这些工况下操作电脱水装置，使其完全置换若干次。⒁当达到所设计的操作条件后，平稳运行24小时后，对经过脱水处理的原油和排出的污水进行取样，分别分析测定其含水量和含油量。如果脱后效果很理想，就按最佳脱水效率的要求调整各种操作参数。确定沉积物冲洗次数和间隔时间。将高压冲洗水线接到罐体上的冲洗口处，打开沉积物冲洗进口管线上的阀门，对罐体底部的沉积物进行冲洗。如果从电脱水罐内正在冲洗出沉积物，则污水看起来是脏的或混浊的。沉积物冲洗系统应操作到排出电脱水罐的水不再混浊为止。几个小时以后，再次操作冲洗水系统，并对流出污水进行取样，观察或分析。如果水并不混浊，或者含有极少量的沉积物，就停用冲洗水系统。由于各油田的原油中的沉积物的性质和含量各不相同，每次的冲洗时间应根据具体情况在冲洗操作中进行摸索。在电脱水装置已投入操作一段时间之后，用户也可以调整这一冲洗时间，冲洗间隔时间与冲洗时间一样根据具体情况在冲洗操作过程中进行摸索和确定。B4.4电脱水器的停车操作⒈停止破乳剂化学品的注入。⒉将操作箱上的断/通按钮置于断开位置。断开电脱水装置的主断路器，将其锁上挂锁，并加上警示“勿送电”类的标签。⒊停止向电脱水罐加原油。关闭靠近电脱水罐的所有切断阀。如果电脱水罐必须排空后准备进入其内，或者电脱水罐将要停止运转7天以上，就继续进行第4步到第11步的操作。注意：现有几种方法可以用于电脱水罐降低压力和排空其物料。下面叙述了一种方法。用户必须选择一种与用户接受的安全生产习惯一致的操作方法。⒋使电脱水罐降压，并使各种蒸汽排放到合适的密封处理装置或回收。⒌将电脱水罐内的水放到合格的处理场所。⒍将电脱水罐内的原油泵送到合格的处理场所。注意：在电脱水罐已被排空、吹扫和冷却以及准备由人员进入其内之前，不得打开电脱水底部的排污口。⒎按照用户法规和允许工作程序的规定，在与电脱水罐连接的各管线上安装盲板。⒏在把电脱水罐排空之后，打开蒸汽吹除接管，按照吹扫电脱水罐内可燃性烃蒸汽所需的时间长度对电脱水罐进行蒸汽吹除。确保电脱水罐内的气体被排放到合格的处理场所。打开污水管线，以便能处理含油冷凝液和过量蒸汽。⒐一旦电脱水罐被吹扫，就切断蒸汽。确保所有冷凝液都被排出电脱水罐。⒑打开电脱水罐，检查其是否含有可燃性烃蒸汽。如果存在可燃性烃蒸汽，则要恢复对电脱水罐进行蒸汽吹扫。如果电脱水罐内无可燃性烃蒸汽，就用水充分彻底地冲洗电脱水罐，除去固体物。