专利名称：一种动态电脱盐脱水试验装置及电脱盐脱水系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电脱盐脱水试验装置，尤其涉及一种动态电脱盐脱水试验装置，本装置用于石油工业领域，如石油炼制原油脱盐脱水工艺，油田原油的脱水工艺。
背景技术：
电脱盐脱水装置广泛应用于石油工业的原油预处理环节，电脱盐脱水效率直接影响原油的后续加工，是降低能耗、减少设备腐蚀的关键。因此，一直是石油研究领域的焦点，国内外对此都进行了广泛的研究。
国内对电脱盐技术进行深入研究的有北京理工大学朱岳麟课题组，他们开发了高频高压油水分离方法及其设备、油品介电场精制装置和显微电化学分析仪等一大批具有自主知识产权的设备。另外，辽宁石油化工大学也开发了组合电极脱盐脱水器，中石化洛阳石油化工总厂也开发了混合渣油电脱盐工艺；在电脱盐工程应用技术方面有较深研究的中石化洛阳工程公司对电脱盐新工艺、新设备、新破乳剂都做了大量工作取得了丰硕成果；中国石化北京设计院同长江(扬中)电脱盐设备公司也开发了独具特色的电脱盐装置，在工业领域进行了大量应用，取得了良好效果。国外对电脱盐技术也进行了大量研发，Awbrey等人开发了在两段式脱盐系统中除去原油中铁离子的方法，Naeger等人也开发了新的电脱盐工艺技术。
除了以上所提到的对电脱盐新装置、新工艺方法及新破乳剂研究外，也有大量科研人员从事于对电脱盐机理、实际生产问题的研究，其成果也屡见报道。
从中国授权或公开的相关专利来看多为原油脱水脱盐罐的设计及破乳剂的开发，有部分发明是针对电脱盐装置系统，如中国专利ZL91229941.X公开了一种电脱盐试验仪器，该仪器由电脱盐器、浴液箱体、导热液、加热器和电控机构组成，电脱盐器由盛装样品的壳体和插入其内的棒式电极构成，可以部分模拟电脱盐工况，但由于不能连续进料，只能进行静态试验，因此试验数据与实际生产数据偏差较大，对生产和研究缺乏指导意义；中国专利ZL02259725.5公开了一种电脱盐试验装置，其特点是电脱盐罐的顶部有密封件，该密封件能够保证在模拟工业电脱盐操作时，在电场、温度、压力条件下，完全密封，不泄露，并且能够实现连续进料，但由于受电控机构的功率所限，处理规模太小；模拟电场强度时，试验数据与生产数据偏差较大。
目前由于石油的深度开采，在油田广泛应用了注水、注化学驱油剂等方法，使原油水含量增加，原油输送能耗上升、无法满足相关标准要求。同时，深度开采也造成了原油重质化劣质化程度加深，油水分离难度加大，炼厂电脱盐效率下降，后续装置能耗增加、腐蚀加剧。
目前国内外所公开的专利无法满足这些要求，因此，急需开发一种小型试验装置，可以实现处理量大，连续进料，电场电压可调，电脱盐脱水罐内构件可变，流量、温度、压力参数可控等功能；从而满足对现场原油电脱盐脱水条件的实验模拟，进行电脱盐脱水工艺研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种处理量大、能连续进料、电场电压可调、电脱盐脱水罐内构件可变、流量、温度、压力参数可控等功能的脱盐脱水装置，从而满足对现场原油电脱盐脱水条件的实验模拟，进行电脱盐脱水工艺研究。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种动态电脱盐脱水试验装置，包括原油预热罐、原油泵、混合器、计量泵、加热炉、电脱盐脱水系统、冷却器和储油罐，其特征在于所述的原油预热罐与所述的原油泵相连接，所述的原油泵进一步与所述的混合器相连接，所述的混合器进一步与所述的计量泵相连接，所述的计量泵进一步与所述的加热炉相连接，所述的加热炉进一步与所述的电脱盐脱水系统连接，所述的电脱盐脱水系统进一步与所述的冷却器相连接，所述的冷却采样器进一步与所述的储油罐相连接。
优选的，原油预热罐，原油泵，混合器，计量泵，加热炉，电脱盐脱水罐，冷却器和储油罐等部件之间可由带阀门的管线相连接。
优选的，所述的原油预热罐用以将原油预热。
优选的，所述的原油泵用以将预热后的原油输送至所述的混合器。
优选的，所述的混合器用以将水及破乳剂与原油一起搅拌混合。
优选的，计量泵用以将所述混合器中的混合物料输送至加热炉，所述的加热炉用以加热混合物料，然后将混合物料输入所述的电脱盐脱水系统进行脱盐脱水，脱后原油经所述的冷却器冷却进入所述的储油罐。
优选的，所述的电脱盐脱水系统具有并联的四个电脱盐脱水罐。
优选的，所述的电脱盐脱水罐的罐内构件能够更换，所述罐内构件可以为鼠笼式、垂直极板式或水平极板式内构件，他们的作用都是为了在罐内形成电场，当原油通过罐内电场时，水滴在电场作用下聚集、沉降、分层，最后排除污水，从而达到洗去原油内盐分的作用。
优选的，所述的电脱盐脱水罐都配有独立的变压器。
优选的，所述的电脱盐脱水罐设有分层取样观察口。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电脱盐脱水系统，含有多个电脱盐脱水罐，其特征在于，该系统的电脱盐脱水罐是并联的，所述的电脱盐脱水罐的罐内构件能够更换，所述罐内构件可以为鼠笼式、垂直极板式或水平极板式内构件，他们的作用都是为了在罐内形成电场，当原油通过罐内电场时，水滴在电场作用下聚集、沉降、分层，最后排除污水，从而达到洗去原油内盐分的作用，所述的电脱盐脱水罐配有独立的变压器并设有分层取样观察口。
通过以上设计，本发明可以实现大处理量，连续进料，电场电压可调，电脱盐脱水罐内构件可变，所述的罐体内构件的可变是在所述装置停工时，用扳手等工具将罐体封头打开，将内构件卸下后安装其他内构件，这里“变”指的是改变极板，包括鼠笼式极板、垂直极板和/或水平极板。不同的极板在罐内形成的电场形态不同，可针对不同原油特性采用不同极板，实现工艺条件的探索。流量、温度、压力参数可控等功能；从而满足对现场原油电脱盐脱水条件的实验模拟，进行电脱盐脱水工艺研究，有较高的精度和准确性。
图1为本发明实施例所述的装置部件组装图； 1.原油预热罐，2.原油泵，3.混合器，4.计量泵，5.加热炉，6.电脱盐脱水罐，7.冷却器，8.储油罐 图2为本发明实施例所述的装置流程示意图； 1.原油预热罐，2.原油泵，3.混合器，4.计量泵，5.加热炉，6.电脱盐脱水罐，7.冷却器，8.储油罐 图3为混合器的搅拌罐示意图，301为搅拌罐筒体，302为搅拌罐底板，303为搅拌罐接管； 图4为冷却器示意图；401为冷却器物料进管，402为冷却器封板，403为冷却器筒体，404为冷却液出口管； 图5为原油预热罐示意图；501为原油预热罐上部接口，502为原油预热罐上部封头，503为原油预热罐筒体，504为原油预热罐下部封头，505为原油预热罐裙座，506为原油预热罐下部接口，507为原油预热罐直通接口； 图6为药剂储罐示意图；601为药剂储罐上部接口，602为药剂储罐上部封头，603为药剂储罐简体，604为药剂储罐下部封头，605为药剂储罐裙座，606为药剂储罐下部接口，607为药剂储罐直通接口。
图7为原油预热罐上部接口示意图； 图8为原油预热罐俯视图； 图9为原油电脱盐脱水罐示意图； 901.罐体，902.圆柱形电极格栅，903.电加热套，904.电极引入接嘴，905.变压器，906.上密封法兰，907.下密封法兰，908.原油入口管，909.原油出口管，910.高压电引入口，911.温度计，912.观察取样口，913.恒温器，914.压力表接嘴，915.排污口，916.控温器
具体实施例方式 本发明装置包括原油预热罐，原油泵，混合器，计量泵，加热炉，电脱盐脱水罐，冷却器和储油罐等部件。所有设备之间由带阀门的管线相连接。本装置使用大容量原油预热罐，可以实现大处理量连续进料；通过控制原油泵和计量泵调节装置进油量和注药量；通过控制加热炉和冷却器实现控温；通过控制混合器实现注剂和原油的混合；使用四个电脱盐脱水罐并联，根据试验需要罐内构件可以更换；通过控制变压器电压来控制罐内电场强度。通过以上设计，本发明可以实现大处理量，连续进料，电场电压可调，电脱盐脱水罐内构件可变，流量、温度、压力参数可控等功能；从而满足对现场原油电脱盐脱水条件的实验模拟，进行电脱盐脱水工艺研究，有较高的精度和准确性。
如图1，图2所示，本发明建立了一套原油动态电脱盐脱水试验装置，主要部件包括1.原油预热罐，2.原油泵，3.混合器，4.计量泵，5.加热炉，6.电脱盐脱水罐，7.冷却器，8.储油罐。原油预热罐1的作用是为了盛装原油的。原油泵2是将原油预热罐1中的油打入混合器3的。混合器3的作用是将原油和药剂混合均匀的。计量泵4是将混合器3中的原油定量输送到加热炉5的。加热炉5的作用是为了加热原油的。电脱盐脱水罐6是为了原油在里面脱水和脱盐的。冷却器7是为了将脱盐后原油冷却的。储油罐8是为了收集使用后的原油的。所有设备之间由带阀门的管线相连接，整体布局如图1所示。原油在预热罐1内预热至设定的温度，通过原油泵2输送至混合器3，在混合器3内注入的水及破乳剂与原油一起搅拌混合，之后混合物料由计量泵4按设定的流量输送至加热炉5，经加热炉5加热至设定的电脱盐脱水试验温度后进入电脱盐脱水罐6进行脱盐脱水，脱后原油经冷却采样器7冷却进入储油罐8。
电脱盐脱水罐6上设有分层取样观察口，经过一定的时间，按分层情况对乳化液取样，并控制沉降水。同时可以检验原油脱水动力学，评估乳化液的动力学稳定性，确定完成油水分离所需要的时间、温度、电场强度及破乳剂用量。和现有技术相比，本发明具有如下有益效果1)本发明是建立一装置系统(与CN200710054331相比，CN200710054331所发明的装置是脉冲电场脱盐装置，而本装置所用为交流或直流电源，脉冲电脱盐对一些重质稠油等效果并不理想，工业现场目前还多是交直流电场，本装置是针对目前工业装置的模拟)，可独立用于原油电脱盐脱水的试验模拟研究；2)本发明所建立的装置是一动态模拟试验装置，而非静态，模拟结果更加真实准确；3)本发明所建装置采用了独特电脱盐脱水罐结构，内部构件(附图9中的圆柱形电极格栅902)可以更换，罐体901设有分层取样观察口912，可以保证试验过程的直观目测，同时，由于安装了采样装置，可以在不中断试验过程的情况下，采集试样进行分析控制；4)本发明在进行电脱盐脱水工艺条件研究时，可以保证试验过程的直观目测，缩短试验时间，提高试验结果的准确性。
本装置使用大容量原油预热罐，可以实现大处理量连续进料；通过控制原油泵和计量泵调节装置进油量和注药量；通过控制加热炉和冷却器实现控温；通过控制混合器实现注剂和原油的混合；使用多个(可以为2、3、4、6、8、5-7或9-30个，优选为4个)个电脱盐脱水罐并联，根据试验需要罐内构件可以更换；通过控制变压器电压来控制罐内电场强度。
本发明装置的是为了模拟工业条件设计的，所以本装置中电脱盐脱水罐内构件(这里说的内构件是指极板形式)是仿照工业上在用的几种极板形式加工而成，也就是缩小了的极板，本发明采用三种形式的电极板，包括水平极板、垂直极板或鼠笼式极板；极板是用机械方式固定于电脱盐脱水罐内，并与变压器相连。极板与罐体之间的空间会形成电场，原油通过此电场时，油中的水滴在电场作用下进行聚合成为大水滴，最后形成水相并沉淀于罐的底部，油的密度比水轻，油层浮于水层之上。水层通过罐体下部的排水管排出，油层通过上部的排油管排出。极板的作用就是为了形成电场。罐内构件可变是说根据试验需要可以将电脱盐脱水罐的封头打开后，用扳手等工具将内部极板取下，换上想要进行模拟的极板。
本发明中采用的原油电脱盐器的电极结构形式有水平式电极、立式悬挂电极、单层及多层鼠笼式电极。
水平式电极在电脱盐器内设有两层或三层电极板，原油乳化液从容器下部的分配管进入，由电极间进料的电脱盐器适用于轻质原油；由下部分配管进料的电脱盐器适用于大比重高粘度原油。水平式电极板的设置有两种形式三层极板与两层极板，极板与变压器的型式相配合分成一至三段。三层极板采用单极板送电，即三层极板中间一层送电，上下两层极板均接地。上层与中层极板间距为200-220mm，处于强电场区。中层与下层极板间距一般为500-540mm，即弱电场区。两层极板也采用单极板送电，不增设下层极板，而是利用罐底水层界面作为一个接地极板。但是在油水界面上下高低波动的情况下，则影响到弱电场的稳定，对脱盐脱水不利。
立式悬挂电极(垂直极板)立式悬挂电极为交直流两用电脱盐器，属于一种复合式电脱盐器。本发明通过实验证实，交直流两用电脱盐器在脱盐脱水效果上与单纯交流电脱盐器比较并无明显区别，且交直流两用电脱盐器存在着结构复杂、易产生电化学腐蚀及设备一次性投资大、整流设备质量不过关等缺点。
鼠笼式电极为解决老式电脱盐罐电场有效空间小、电场利用率低的问题，开发了鼠笼式电脱盐器，该技术的特点是在电脱盐罐内部采用了鼠笼式组合电极，电极组合件由2～3层横断面呈圆环形的电极组成，相邻两层电极之间形成环形空间，电极组合件中相邻两层电极之间的间距从顶部到底部逐渐由小增大。该电脱盐罐优点是电极组合件由2～3层横截面为圆环形的电极组成，所以可以形成多层环形电场，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，提高了罐内电场利用率。
本发明还提供了一种电脱盐脱水系统，含有多个电脱盐脱水罐，该系统的电脱盐脱水罐是并联的，所述的电脱盐脱水罐的罐内构件为能够更换的构件，所述的电脱盐脱水罐配有变压器，罐体上设有分层取样观察口； 所述能够更换的罐内构件为极板，所述极板包括水平极板、垂直极板和/或鼠笼式极板，用于在罐内形成电场； 所述水平极板为，在所述电脱盐器内设有两层或三层电极板，原油乳化液从容器下部的分配管进入，由电极间进料的电脱盐器适用于轻质原油，由下部分配管进料的电脱盐器适用于大比重高粘度原油； 所述水平式电极板的设置有两种形式三层极板或两层极板， 所述三层极板与变压器的型式相配合，分成一至三段，三层极板间，一层送电，上下两层极板均接地，上层与中层极板间距为205-215mm，处于强电场区；中层与下层极板间距为510-530mm，处于弱电场区； 所述两层极板采用单极板送电，不增设下层极板，而是利用罐底水层界面作为一个接地极板； 所述垂直极板为，交直流两用极板； 所述鼠笼式极板为单层或多层鼠笼式极板；所述鼠笼式极板采用鼠笼式组合电极，电极组合件由2～3层横断面呈圆环形的电极组成，相邻两层电极之间形成环形空间，电极组合件中相邻两层电极之间的间距从顶部到底部逐渐由小增大，用于形成多层环形电场，使有效电场的空间增大，提高罐内电场利用率。
本发明装置的第一项用途为石油炼制常减压单元中原油电脱盐脱水工艺实验室动态模拟研究；本发明装置的第二项用途为油田原油脱水工艺条件实验室动态模拟研究。
本发明所述的第一项用途之一针对具体原油及现场电脱盐设备，利用本发明装置在实验室中对其工艺条件进行探索，确定合适的温度、注水量、注剂类型及用量、电场强度等参数，使电脱盐效率达标并形成具体的电脱盐脱水工艺方案，指导现场电脱盐工艺操作。
实例某炼厂加工沙特某油田原油，电脱盐为鼠笼式极板，原油在罐内停留时间约为5～120min(优选为20min，30min，40min，60min或90min)，使用两种破乳剂1#和2#，脱后含盐量波动大，不达标。利用本装置进行工艺条件探索。
装置运行前将电脱盐脱水罐打开，内构件更换成鼠笼式极板。取沙特某油田原油50L置于原油预热罐内，调节罐外加热带，将油预热至60℃，同时加入7％蒸馏水(相对于原油用量)，将破乳剂1#置于药剂罐内，调节原油泵将原油注入混合器的搅拌罐内，开动搅拌器使罐内的原油混合均匀，同时调节计量泵，使原油通过计量泵的流量达到1～30L/h(优选为5L/h，10L/h，15L/h，20L/h或25L/h)，再次调节原油泵流量使至搅拌罐内液面不升高不减少为止，调节药剂罐的计量泵加入30ppm(相对于原油的流量)药剂，调节加热炉加热功率使原油加热至110℃，加热后的原油进入电脱盐罐内，通过电场后进入冷却器(用自来水冷却，装置运行前就打开水龙头通水)，使油温降至室温后储存于储油罐内。调节电脱盐脱水罐的变压器，供电电压800v/cm，调节装置运行稳定(温度和流量不再有大的波动)后，每隔30min通过原油脱盐脱水罐的取样管取一次油样，进行分析化验确定油样中含水含盐量，连续取十组数据求平均值作为结果。
探索条件 a.变更供电电压为1000v/cm，其余条件不变时脱后含盐含水情况，见表1。
测试结果表明电场强度为800v/cm时脱后含盐已经小于3mg NaCl/L，含水已小于0.3％。电场强度增大至1000V/cm时，脱后含盐含水变化不大，所以选择电场强度为800～1000v/cm。
b.变更药剂注入量分别为20ppm、15ppm、10ppm，电场强度分别为800v/cm和1000v/cm，其余条件不变时脱后含盐含水情况，见表1。
测试结果表明药剂注入量大于20ppm时，脱后含盐小于3mg NaCl/L，含水已小于0.3％，随药剂量增大，脱后含盐含水略有下降，因此选择破乳剂用量为20ppm。
c.变更温度为100℃、120℃、130℃，电场强度分别为800v/cm和1000v/cm，药剂注入量为20ppm时脱后含盐含水情况，见表1。
测试结果表明温度为100℃时脱后含盐大于3mg NaCl/L，含水大于0.3％。温度大于110℃时，脱后含盐含水都已达标。温度继续增大至130℃时，变化已经不大，因此选择110℃比较合适。
d.变更注水量为5％、10％，电场强度分别为800v/cm和1000v/cm，药剂注入量为20ppm时脱后含盐含水情况，见表1。
测试结果表明注水量大于5％时，脱后含盐小于3mg NaCl/L，含水小于0.3％，注水量10％时脱后含盐含水与注水量7％时变化不大，故而选择注水量为5％～7％。
根据以上结果得出使用1#破乳剂时电脱盐脱水工艺条件为药剂注入量20ppm，注水量为5％～7％，温度110℃，电场强度800～1000v/cm。
表1某沙特油田原油动态电脱盐模拟试验结果
重新使用2#破乳剂进行上述实验，实验数据见表2；最终确定使用2#破乳剂时工艺条件为药剂注入量为30ppm，注水量为7％～10％，温度为110℃，电场强度800～1000v/cm。
表2某沙特油田原油动态电脱盐模拟试验结果
通过比较破乳剂1#和2#的用量和注水量，可以认为使用1#破乳剂更加经济，故而为本炼厂提供最终电脱盐脱水方案为使用1#破乳剂，用量为20ppm，注水量为5％～7％，温度110℃，电场强度800～1000v/cm。
本发明所述的第一项用途之二针对特定原油，利用本发明装置在实验室中探索合适的电场供电方式及相应最优工艺条件，指导炼厂电脱盐选型设计及工艺操作。
实例某炼厂加工某伊朗原油，根据加工量和电脱盐罐容积计算，原油在罐内停留时间约为30min，使用本厂研发的破乳剂1#；利用本装置进行工艺条件探索，确定电脱盐选择何种内构件方式。
装置运行前将电脱盐脱水罐打开，内构件更换成鼠笼式极板。取本厂所加工的伊朗原油50L置于原油预热罐内，调节罐外加热带，将油预热至60℃，同时加入7％蒸馏水(相对于原油用量)，将破乳剂1#置于药剂罐内，调节原油泵将原油注入混合器的搅拌罐内，开动搅拌器使罐内的原油混合均匀，同时调节计量泵，使原油通过计量泵的流量达到10L/h，再次调节原油泵流量使至搅拌罐内液面不升高不减少为止，调节药剂罐的计量泵加入30ppm药剂，调节加热炉加热功率使原油加热至110℃，加热后的原油进入电脱盐罐内，通过电场后进入冷却器，使油温降至室温后储存于储油罐内。调节电脱盐脱水罐的变压器，供电电压800v/cm，调节装置运行稳定后，每隔30min通过原油脱盐脱水罐的取样管取一次油样，进行分析化验确定油样中含水含盐量，连续取十组数据求平均值作为结果，见表3。
探索条件 a.变更供电电压为1000v/cm，其余条件不变时脱后含盐含水情况，见表3。
测试结果表明电场强度为800v/cm时脱后含盐已经小于3mg NaCl/L，含水已小于0.3％。电场强度增大至1000V/cm时，脱后含盐含水变化不大，所以选择电场强度为800～1000v/cm。
b.变更药剂注入量分别为20ppm、15ppm、10ppm，电场强度分别为800v/cm和1000v/cm，其余条件不变时脱后含盐含水情况，见表3。
测试结果表明药剂注入量大于15ppm时，脱后含盐小于3mg NaCl/L，含水已小于0.3％，随药剂量增大，脱后含盐含水略有下降，因此选择破乳剂用量为15ppm。
c.变更温度为100℃、120℃、130℃，电场强度分别为800v/cm和1000v/cm，药剂注入量为15ppm时脱后含盐含水情况，见表3。
测试结果表明温度为100℃时脱后含盐大于3mg NaCl/L，含水大于0.3％。温度大于110℃时，脱后含盐含水都已达标。温度继续增大至130℃时，变化已经不大，因此选择110℃比较合适。
d.变更注水量为5％、10％，电场强度分别为800v/cm和1000v/cm，药剂注入量为15ppm时脱后含盐含水情况，见表3。
测试结果表明注水量大于7％时，脱后含盐小于3mg NaCl/L，含水小于0.3％，注水量10％时脱后含盐含水与注水量7％时变化不大，故而选择注水量为7％～10％。
根据以上实验结果，最后确定使用鼠笼式极板时工艺条件为注剂量为15ppm，注水量为7％～10％，温度为11℃，电场强度为800～1000v/cm。
表3某伊朗油田原油动态电脱盐模拟试验结果
更换装置电脱盐内构件为垂直极板，重新做上述实验，得结果如表4，最终确定使用垂直极板时的工艺条件如下药剂注量20ppm，注水量7～10％，温度110℃，电场强度800～1000v/cm。
表4某伊朗油田原油动态电脱盐模拟试验结果
通过以上实验，最终推荐本炼厂使用鼠笼式极板，对应工艺方案为注剂量为15ppm，注水量为7％～10％，温度为11℃，电场强度为800～1000v/cm。
本发明所述的第一项用途之三针对特定原油和现场电脱盐脱水设备结构，利用本发明装置选用和现场相同的工艺条件，对破乳剂脱金属剂等进行评价，用于指导炼厂药剂选则和使用。
实例一炼厂加工南美某海湾原油，电脱盐内构件为鼠笼式极板，温度为110℃，电场强度为800v/cm，根据加工量和电脱盐罐容积计算，原油在罐内停留时间约为30min，注水量为10％，使用本厂研发的1#破乳剂，因为原油中钙含量较高，使用了脱钙剂A1和A2，利用本装置进行对其所用药剂进行评价。
装置运行前将电脱盐脱水罐打开，内构件更换成鼠笼式极板。取南美某海湾原油50L置于原油预热罐内，调节罐外加热带，将油预热至60℃，同时加入10％蒸馏水(相对于原油用量)，将破乳剂1#置于药剂罐内，调节原油泵将原油注入混合器的搅拌罐内，开动搅拌器使罐内的原油混合均匀，同时调节计量泵，使原油通过计量泵的流量达到10L/h，再次调节原油泵流量使至搅拌罐内液面不升高不减少为止，调节药剂罐的计量泵加入30ppm药剂，调节加热炉加热功率使原油加热至110℃，加热后的原油进入电脱盐罐内，通过电场后进入冷却器，使油温降至室温后储存于储油罐内。调节电脱盐脱水罐的变压器，供电电压800v/cm，调节装置运行稳定后，每隔30min通过原油脱盐脱水罐的取样管取一次油样，进行分析化验确定油样中含水含盐量，连续取十组数据求平均值作为结果，见表5。
探索条件 a.变更药剂注入量分别为20ppm、15ppm、10ppm，其余条件不变时脱后含盐含水情况，见表5. 测试结果表明药剂注入量大于15ppm时，脱后含盐小于3mg NaCl/L，含水已小于0.3％，随药剂量增大，脱后含盐含水略有下降，因此选择破乳剂用量为15ppm。
表5某南美海湾原油动态电脱盐模拟试验结果
b.将装置停工后重新试验，试验中电脱盐脱水罐内构件仍为鼠笼式，取南美某海湾原油50L置于原油预热罐内，调节罐外加热带，将油预热至60℃，同时加入10％蒸馏水(相对于原油用量)和15ppm的破乳剂，将脱钙剂A1置于药剂罐内，调节原油泵将原油注入混合器的搅拌罐内，开动搅拌器使罐内的原油混合均匀，同时调节计量泵，使原油通过计量泵的流量达到10L/h，再次调节原油泵流量使至搅拌罐内液面不升高不减少为止，调节药剂罐的计量泵加入3000μg/g药剂，调节加热炉加热功率使原油加热至110℃，加热后的原油进入电脱盐罐内，通过电场后进入冷却器，使油温降至室温后储存于储油罐内。调节电脱盐脱水罐的变压器，供电电压800v/cm，调节装置运行稳定后，每隔30min通过原油脱盐脱水罐的取样管取一次油样，进行分析化验确定油样中含钙量，连续取十组数据求平均值作为结果；探索条件为变更药剂注入量分别为4000μg/g、5000μg/g、6000μg/g、7000μg/g、8000μg/g、9000μg/g，其余条件不变时脱后含钙情况，见表6. c.将装置停工后重新试验，试验中电脱盐脱水罐内构件仍为鼠笼式，取南美某海湾原油50L置于原油预热罐内，调节罐外加热带，将油预热至60℃，同时加入10％蒸馏水(相对于原油用量)和15ppm的破乳剂，将脱钙剂A2置于药剂罐内，调节原油泵将原油注入混合器的搅拌罐内，开动搅拌器使罐内的原油混合均匀，同时调节计量泵，使原油通过计量泵的流量达到10L/h，再次调节原油泵流量使至搅拌罐内液面不升高不减少为止，调节药剂罐的计量泵加入3000μg/g药剂，调节加热炉加热功率使原油加热至110℃，加热后的原油进入电脱盐罐内，通过电场后进入冷却器，使油温降至室温后储存于储油罐内。调节电脱盐脱水罐的变压器，供电电压800v/cm，调节装置运行稳定后，每隔30min通过原油脱盐脱水罐的取样管取一次油样，进行分析化验确定油样中含钙量，连续取十组数据求平均值作为结果；探索条件为变更药剂注入量分别为4000μg/g、5000μg/g、6000μg/g、7000μg/g、8000μg/g、9000μg/g，其余条件不变时脱后含钙情况，见表6. 表6某南美海湾原油动态电脱盐模拟试验结果
通过表6中数据可以确定在用量相同的条件下，A1脱钙剂的使用效果好，且随着药剂注入量增加，脱钙率增大，当脱钙剂总注入量达到7000μg/g时，脱钙率达到90％以上。药剂总注入量由7000μg/g增大到9000μg/g，脱钙率增大不明显，考虑到经济上的可行性，脱钙剂总注入量选择为7000μg/g。
通过以上实验可以为本炼油厂评价了破乳剂和脱金属剂，最终推荐使用A1脱钙剂，破乳剂和脱钙剂的用量分别为15ppm和7000μg/g。
本发明所述的第二项用途之一针对油田或海洋平台所采原油特性，利用本发明装置选择合适电脱盐供电方式进行动态模拟试验，探索使原油脱水达标的最优条件，用于指导油田现场的电脱盐脱水操作。
实例某渤海湾油田所开采原油含盐含水量高，经电脱盐后无法满足输送标准，使输送能耗大管道腐蚀严重；目前所用破乳剂为市购的1#破乳剂，用量20ppm，温度120℃，电场强度800V/cm，原油在电脱盐罐内停留时间约为30min，电脱盐极板为水平极板；利用本装置进行工艺条件探索，确定注水量，推荐电脱盐极板形式及对应的工艺条件。
装置运行前将电脱盐脱水罐打开，内构件更换成垂直式极板。取此渤海湾油田原油50L置于原油预热罐内，调节罐外加热带，将油预热至60℃，同时加入5％蒸馏水(相对于原油用量)，将破乳剂1#置于药剂罐内，调节原油泵将原油注入混合器的搅拌罐内，开动搅拌器使罐内的原油混合均匀，同时调节计量泵，使原油通过计量泵的流量达到10L/h，再次调节原油泵流量使至搅拌罐内液面不升高不减少为止，调节药剂罐的计量泵加入20ppm药剂，调节加热炉加热功率使原油加热至120℃，加热后的原油进入电脱盐罐内，通过电场后进入冷却器，使油温降至室温后储存于储油罐内。调节电脱盐脱水罐的变压器，供电电压800v/cm，调节装置运行稳定后，每隔30min通过原油脱盐脱水罐的取样管取一次油样，进行分析化验确定油样中含水含盐量，连续取十组数据求平均值作为结果，见表7。
探索条件 a.变更注水量为6％、8％、10％时的脱后含盐含水情况，见表7。
b.将装置停工，变更电脱盐脱水罐内极板为鼠笼式极板，重复上述实验，探索条件仍为变更注水量为6％、8％、10％时的脱后含盐含水情况，见表7。
表7某渤海湾油田原油动态电脱盐模拟试验结果
通过表7数据可以确定在选用垂直极板或鼠笼式极板时注水量大于8％，原油脱后含盐小于3mg/L，含水量小于0.3％；在相同工艺条件下，鼠笼式极板脱盐效率相对垂直极板较高。最终推荐本油田使用鼠笼式电脱盐，注水量控制在≥8％。
本发明所述的第二项用途之二针对油田或海洋平台所采原油特性和现场电脱盐脱水装置特点，利用本发明装置探索相应的工艺条件及药剂效果评价，用于指导油田电脱盐脱水操作。
实例某海洋平台所产原油含盐量较高，现场使用电脱盐脱水装置进行除盐除水，目前所用破乳剂为市购的1#破乳剂，原油在电脱盐罐内停留时间约为30min，电脱盐极板为水平极板；因脱后含盐量波动大，利用本装置进行工艺条件及药剂效果评价。
装置运行前将电脱盐脱水罐打开，内构件更换成水平式极板。取此海洋平台所产原油50L置于原油预热罐内，调节罐外加热带，将油预热至60℃，同时加入7％蒸馏水(相对于原油用量)，将破乳剂1#置于药剂罐内，调节原油泵将原油注入混合器的搅拌罐内，开动搅拌器使罐内的原油混合均匀，同时调节计量泵，使原油通过计量泵的流量达到10L/h，再次调节原油泵流量使至搅拌罐内液面不升高不减少为止，调节药剂罐的计量泵加入30ppm药剂，调节加热炉加热功率使原油加热至110℃，加热后的原油进入电脱盐罐内，通过电场后进入冷却器，使油温降至室温后储存于储油罐内。调节电脱盐脱水罐的变压器，供电电压800v/cm，调节装置运行稳定后，每隔30min通过原油脱盐脱水罐的取样管取一次油样，进行分析化验确定油样中含水含盐量，连续取十组数据求平均值作为结果，见表8。
探索条件 a.变更供电电压为1000v/cm，其余条件不变时脱后含盐含水情况，见表8。
测试结果表明电场强度为800v/cm时脱后含盐已经小于3mg NaCl/L，含水已小于0.3％。电场强度增大至1000V/cm时，脱后含盐含水变化不大，所以选择电场强度为800～1000v/cm。
b.变更药剂注入量分别为20ppm、15ppm、10ppm，电场强度分别为800v/cm和1000v/cm，其余条件不变时脱后含盐含水情况，见表8。
测试结果表明药剂注入量大于20ppm时，脱后含盐小于3mg NaCl/L，含水已小于0.3％，随药剂量增大，脱后含盐含水略有下降，因此选择破乳剂用量为20ppm。
c.变更温度为100℃、120℃、130℃，电场强度分别为800v/cm和1000v/cm，药剂注入量为20ppm时脱后含盐含水情况，见表8。
测试结果表明温度为100℃时脱后含盐大于3mg NaCl/L，含水大于0.3％。温度大于110℃时，脱后含盐含水都已达标。温度继续增大至130℃时，变化已经不大，因此选择110℃比较合适。
d.变更注水量为5％、10％，电场强度分别为800v/cm和1000v/cm，药剂注入量为20ppm时脱后含盐含水情况，见表8。
测试结果表明注水量大于5％时，脱后含盐小于3mg NaCl/L，含水小于0.3％，注水量10％时脱后含盐含水与注水量7％时变化不大，故而选择注水量为5％～7％。
表8某海洋平台所产原油动态电脱盐模拟试验结果
根据以上结果得出使用1#破乳剂时电脱盐脱水工艺条件为药剂注入量20ppm，注水量为5％～7％，温度110℃，电场强度800～1000v/cm。
权利要求
1.一种动态电脱盐脱水试验装置，包括原油预热罐、原油泵、混合器、计量泵、加热炉、电脱盐脱水系统、冷却器和储油罐，其特征在于所述的原油预热罐与所述的原油泵相连接，所述的原油泵进一步与所述的混合器相连接，所述的混合器进一步与所述的计量泵相连接，所述的计量泵进一步与所述的加热炉相连接，所述的加热炉进一步与所述的电脱盐脱水系统连接，所述的电脱盐脱水系统进一步与所述的冷却采样器相连接，所述的冷却采样器进一步与所述的储油罐相连接。
2.如权利要求1所述的动态电脱盐脱水试验装置，其特征在于，所述原油预热罐，原油泵，混合器，计量泵，加热炉，电脱盐脱水罐，冷却器和储油罐等部件之间由带阀门的管线相连接。
3.如权利要求1所述的动态电脱盐脱水试验装置，其特征在于，所述的原油预热罐用以将原油预热。所述的原油泵用以将预热后的原油输送至所述的混合器。
4.如权利要求1所述的动态电脱盐脱水试验装置，其特征在于，所述的混合器用以将水及破乳剂与原油一起搅拌混合。
5.如权利要求1所述的动态电脱盐脱水试验装置，其特征在于，计量泵用以将所述混合器中的混合物料输送至加热炉，所述的加热炉用以加热混合物料，然后将混合物料输入所述的电脱盐脱水系统进行脱盐脱水，脱后原油经所述的冷却采样器冷却进入所述的储油罐。
6.如权利要求1所述的动态电脱盐脱水试验装置，其特征在于，所述的电脱盐脱水系统具有并联的2～30个电脱盐脱水罐。
7.如权利要求4所述的动态电脱盐脱水试验装置，其特征在于，所述的电脱盐脱水罐的罐内构件能够更换，所述罐内构件为鼠笼式、垂直极板式和/或水平极板式内构件，用于在罐内形成电场，当原油通过罐内电场时，水滴在电场作用下聚集、沉降、分层，最后排除污水，从而达到洗去原油内盐分的作用。
8.如权利要求4所述的动态电脱盐脱水试验装置，其特征在于，所述的电脱盐脱水罐都配有独立的变压器，所述的电脱盐脱水罐设有分层取样观察口。
9.如权利要求7所述的动态电脱盐脱水试验装置，其特征在于
所述电脱盐脱水罐的极板能够更换，所述极板包括水平极板、垂直极板和/或鼠笼式极板；
所述水平极板为，在所述电脱盐器内设有两层或三层电极板，原油乳化液从容器下部的分配管进入，由电极间进料的电脱盐器适用于轻质原油，由下部分配管进料的电脱盐器适用于大比重高粘度原油；
所述水平式电极板的设置有两种形式三层极板或两层极板，
所述三层极板与变压器的型式相配合，分成一至三段，三层极板间，一层送电，上下两层极板均接地，上层与中层极板间距为205-215mm，处于强电场区；中层与下层极板间距为510-530mm，处于弱电场区；
所述两层极板采用单极板送电，不增设下层极板，而是利用罐底水层界面作为一个接地极板；
所述垂直极板为，交直流两用极板；
所述鼠笼式极板为单层或多层鼠笼式极板；所述鼠笼式极板采用鼠笼式组合电极，电极组合件由2～3层横断面呈圆环形的电极组成，相邻两层电极之间形成环形空间，电极组合件中相邻两层电极之间的间距从顶部到底部逐渐由小增大，用于形成多层环形电场，使有效电场的空间增大，提高罐内电场利用率。
10.一种电脱盐脱水系统，含有多个电脱盐脱水罐，其特征在于，该系统的电脱盐脱水罐是并联的，所述的电脱盐脱水罐的罐内构件为能够更换的构件，所述的电脱盐脱水罐配有变压器，罐体上设有分层取样观察口；
所述能够更换的罐内构件为极板，所述极板包括水平极板、垂直极板和/或鼠笼式极板，用于在罐内形成电场；
所述水平极板为，在所述电脱盐器内设有两层或三层电极板，原油乳化液从容器下部的分配管进入，由电极间进料的电脱盐器适用于轻质原油，由下部分配管进料的电脱盐器适用于大比重高粘度原油；
所述水平式电极板的设置有两种形式三层极板或两层极板。
所述三层极板与变压器的型式相配合，分成一至三段，三层极板间，一层送电，上下两层极板均接地，上层与中层极板间距为205-215mm，处于强电场区；中层与下层极板间距为510-530mm，处于弱电场区；
所述两层极板采用单极板送电，不增设下层极板，而是利用罐底水层界面作为一个接地极板；
所述垂直极板为，交直流两用极板；
所述鼠笼式极板为单层或多层鼠笼式极板；所述鼠笼式极板采用鼠笼式组合电极，电极组合件由2～3层横断面呈圆环形的电极组成，相邻两层电极之间形成环形空间，电极组合件中相邻两层电极之间的间距从顶部到底部逐渐由小增大，用于形成多层环形电场，使有效电场的空间增大，提高罐内电场利用率。
全文摘要
本发明公开了一种动态电脱盐脱水试验装置，包括原油预热罐、原油泵、混合器、计量泵、加热炉、电脱盐脱水系统、冷却器和储油罐，其特征在于所述的原油预热罐与所述的原油泵相连接，所述的原油泵进一步与所述的混合器相连接，所述的混合器进一步与所述的计量泵相连接，所述的计量泵进一步与所述的加热炉相连接，所述的加热炉进一步与所述的电脱盐脱水系统连接，所述的电脱盐脱水系统进一步与所述的冷却采样器相连接，所述的冷却器进一步与所述的储油罐相连接。在进行电脱盐脱水工艺条件研究时，能满足对现场原油电脱盐脱水条件的实验模拟，试验过程直观目测，能缩短试验时间，提高试验结果的准确性。
文档编号C10G32/02GK101760232SQ201010000070
公开日2010年6月30日 申请日期2010年1月6日 优先权日2010年1月6日
发明者郑俊鹤, 刘小辉, 韩磊, 单广斌 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院