许传迅（大庆油田有限责任公司第一采油厂）

1 北二联合站脱水器现状

北二联合站目前负责5座水驱转油站、2座聚驱转油站、2座三元转油站来液的脱水任务，采用两段脱水工艺，水、聚驱一段分、二段合，三元驱独立处理。目前有脱水器6台，其中4台为ϕ4×16的组合电极变频脉冲脱水器，单台处理能力为1 032 t/d，实际处理量为595 t/d，负荷率达57.7%。组合电极变频脉冲脱水器在运行过程中，存在绝缘棒大量烧毁、电场不稳定、电场倒塌现象频繁发生等问题，导致脱后含水率为0.37%，无法达标。

2 交直流电场与变频脉冲电场的对比

交流电场中破乳以偶极聚结和振荡聚结为主。交流电场由于电场强度随时间而变，促使水滴振荡变形，振荡力较大，更容易与油破乳分离，脱出的水较为清澈；因为不能维持稳定的电场强度，所以对粒径小、含水率低的乳状液的脱水效果较差，即净化油的含水率较高，放水含油较低[1]。

直流电场中破乳以电泳聚结为主，偶极聚结为辅。直流电场稳定因而脱水效果优于交流电场，但因为电场内一部分水滴只是聚结，没有真正破乳，水滴表面的油膜会聚集沉降，脱出的水含油较高；因为能够保持稳定而较高的电场强度，所以对粒径小、含水率低的乳状液的脱水效果较好，即净化油的含水率较低，放水含油较高[2]。

根据交直流电场破乳作用的特性，脱水器在原油含水率较高的脱水器中下部建立交流电场，在原油含水率较低的脱水器中上部建立直流电场，这种复合结构不仅能适应高含水原油的冲击，而且保证了净化油的含水，并降低了污水含油量[3]。

脉冲电场可以分解为直流电压和交流电压的叠加，脉冲电场的破乳兼顾电泳聚结、偶极聚结和振荡聚结[4-5]。根据介质高压电击穿原理，击穿电压和作用时间有关，作用时间越短，击穿电压越高[6]，由于脉冲电场的频率最高可达2 000 Hz，施加的电场强度变化快，水滴在脉冲电场中震荡变形比交流电更剧烈，碰撞和破乳的概率更大，脱后含水和放水含油都会降低。当外加电场频率接近液滴界面膜谐振频率时，破乳聚结效果最高，脱后含水和放水含油最低[7-8]。

3 存在问题及原因分析

3.1 绝缘棒损坏

2018年，对组合电极变频脉冲脱水器进行清淤作业时，发现大量绝缘棒烧毁，4台脱水器共烧穿58个绝缘棒。

损坏的都是下层平挂柱状电极的绝缘棒，平挂电极易淤积附作物，击穿绝缘棒后会发生无效放电，导致电场强度转弱。经过拆解发现，绝缘棒结构存在缺陷。绝缘棒下部在固定螺丝上安装了一个销子，这个销子本意是为了提高绝缘棒承受重力的强度，然而绝缘棒直径只有6 cm，销子长度却有5.6 cm，安装完销子后使得绝缘厚度最薄处只有0.2 cm。当这层薄薄的绝缘材料被电场放电烧穿时，绝缘棒内的销子作为导体就会从绝缘棒内部放电，对绝缘棒造成极大的破坏，大大减少绝缘棒的使用寿命。

3.2 电场不稳定

4台组合电极变频脉冲脱水器由平挂交直流电脱水器改造而成，改造后电场不稳的情况明显增多，严重的会发生电场倒塌，平均每月7次。进入容器内部发现，组合电极变频脉冲脱水器相对于平挂交直流电脱水器，下层平挂柱状电极距罐底低，平挂交直流电脱水器最下层极板高度为250 cm，组合电极变频脉冲脱水器下层极板高度为210 cm，底部高含水油冲击电极的概率变大，使脱水器电场稳定性下降。

3.3 含水率偏高

组合电极变频脉冲脱水器在投产后，平均脱后含水率为0.37%，虽然比交直流电脱水器的脱水效果好，但依然无法达到脱后含水率小于0.3%的指标。

组合电极变频脉冲脱水器的优势在于可通过改变频率提升脱水效果。当脉冲电场频率与水滴固有振荡频率相接近时，易产生谐振，提高乳化微小液滴聚合能力，加快脱水进程，有利于提升脱水质量。由于每台脱水器都没有找出适合的频率设定，导致脱水效果不佳[9-10]。

4 相应对策

4.1 改变绝缘棒结构

将绝缘棒销子长度5.6 cm缩短为4 cm，安装完销子后绝缘棒最薄处增加到1 cm，绝缘棒有效绝缘厚度比原来的设计增加0.8 cm，减少了绝缘棒被电场烧穿的概率，增加了绝缘棒的使用寿命。同时，在固定螺丝上再钻孔安装一个同样长度的销子，使两个销子成十字花分布，保证了绝缘棒的整体强度，改进的绝缘棒销子见图1。

图1 改进的绝缘棒销子Fig.1 Improved insulation rod dowel

2018年9月，对所有脱水器的绝缘棒进行了改造。2019—2021年，绝缘棒合计损坏9个，减少了绝缘棒的损耗，增加了绝缘棒的使用寿命。绝缘棒单价为72元，平均年节约资金0.4万元。

4.2 提升平挂极板高度

上层竖挂极板上沿距罐顶160 cm，与设计人员结合后，确定罐顶间距可以适当缩短。2021年12月，通过调整罐顶连接螺栓长度，将极板的高度整体提升40 cm，下层平挂极板高度由210 cm增加到250 cm。改造后电场稳定，电流由33 A下降到16 A，下降幅度明显。对比2021年，2022年每月平均电场倒塌次数由7次减少到2次，年耗电量减少10.95×104k Wh，年节约电费7万元。

4.3 调整脱水器频率

通过不断微调脱水器频率，同时化验脱后含水，找出脱水器脱水效果最好的频率。

1#电脱水器最佳频率为1 000 Hz，2#脱水器最佳频率为900 Hz，3#脱水器最佳频率为800 Hz，4#脱水器最佳频率为800 Hz，调整后总出口含水率由0.37%下降到0.19%，满足外输油含水指标，脱水器不同频率下的含水率见图2。

图2 脱水器不同频率下的含水率Fig.2 Water content of electric dehydrator at different frequencies

5 结论

针对组合电极变频脉冲脱水器在使用过程中出现的问题，对其进行了调整和改造。通过改变绝缘棒结构解决绝缘棒大量烧毁的问题，年节约材料费0.4万元；通过调整电脱水器布局解决电场不稳的问题，年节约电量10.95×104kWh，年节约电费7万元；通过调整输出频率解决脱后含水偏高的问题，使得脱后含水率从0.37%下降到0.19%。采取行之有效的对策，可有效保障系统的稳定运行、生产达标和提质增效。