Так как основными стадиями процесса обессоливания нефти на ЭЛОУ является диспергирование промывочной воды и коалесценция капель пластовой и промывочной воды (т. е. эффективное смешение нефти с реагентами), то при проектировании ЭЛОУ необходимо особое внимание уделять достижению эффективного смещения нефти с промывочной водой применением различных диспергаторов [4]. К ним относятся эмульсионные клапаны, инжекторы, регулируемые смесители, различного рода дроссельные устройства. Несмотря на разнообразие конструкций диспергаторов, показатели их работы в основном определяются создаваемым в них перепадом давления. В последнее время все более широко применяют конструкции форсуночного типа, в которых через дросселирующее устройство пропускают только воду, а не смесь нефти с водой [5]. При этом снижается гидравлическое сопротивление по нефти, увеличивается тонкость распыла, снижаются расход воды и энергозатраты. К диспергатору воды предъявляют следующие основные требования: получение оптимального для конкретных условий дисперсного состава воды и равномерное распределение капель воды по всему объему нефти. В диспергаторе начинается процесс коалесценции, но он довольно длителен. Поэтому диспергатор следует устанавливать как можно дальше от электродегидратора, с тем чтобы в трубопроводе продолжался процесс коалесценции.
В настоящее время решаются вопросы снижения на ЭЛОУ расхода деэмульгатора и свежей воды, а также возможности использования для обессоливания только технологического конденсата с установок первичной переработки нефти. Возможность применения конденсата должна определяться степенью его коррозионной агрессивности. Так, наибольшее усиление коррозии углеродистой стали в аэрируемой воде наблюдается при концентрации сероводорода до 25 мг/л, а присутствие в этой среде хлоридов приводит к развитию язвенной коррозии [6]. Попадание в конденсат кислорода воздуха возможно в емкости, предназначенной для сбора воды и не имеющей предохранительной атмосферы инертного газа, или при разбавлении его свежей водой. Деэмульгатор способствует отмывке поверхности от продуктов коррозии и этим облегчает протекание электрохимического коррозионного процесса. Скорость коррозии стали повышается при снижении pH конденсата, т. е. при переходе от щелочной среды к кислой. Поэтому конденсат вакуумной колонны, содержащий кислые соединения, хлориды, сероводород (количественный состав зависит от типа перерабаваемых нефтей) и не имеющий добавок ингибитора, аммиака, снижающих коррозию оборудования, более агрессивен, чем конденсат колонны предварительного испарения нефти или атмосферной. Скорость коррозии углеродистой стали в стоках ЭЛОУ, в зависимости от качества промывочной воды, типа перерабатываемой нефти и применения нейтрализаторов, находится в пределах от 0,12 до 1 мм/год, а при переработке высокосернистых нефтей может быть более 1 мм/год [6]. Поэтому при использовании конденсата с установок АВТ целесообразно предусмотреть соответствующую подготовку его перед подачей в нефть: отдувку сероводорода, доведение среды до нейтральной или слабощелочной.
Применение на ЭЛОУ оборотной воды, содержащей кроме солей некоторое количество H2S, О2 и СО2, вызывает сильную коррозию электродегидраторов и трубопроводов стоков ЭЛОУ. Сбор подготовленного конденсата и рециркуляция воды внутри ступеней обессоливания позволит уменьшить коррозию оборудования и потребление свежей воды.
Образующийся сероводород снижает значение pH водной фазы (pH < 6), что усиливает коррозию оборудования и затрудняет обессоливание нефти [7]. Срок службы трубных пучков сырьевых теплообменников из углеродистой стали в этих условиях может сократиться до 3—4 мес.
Для каждого типа нефти рекомендуется оптимальная температура обессоливания: для западносибирских 70 °С; для ромашкинской, прикамской, мангышлакскои и туркменской 100— 120°С; а для некоторых весьма тяжелых и вязких, например арланской, 120—140°С [1].
При разработке антикоррозионных мероприятий необходимо учитывать температуру нефти на ЭЛОУ, содержание в пластовой воде гидрокарбонатов щелочных металлов, хлоридов магния, серосодержащих соединений с низкой термостабильностью и возможность снижения pH водной фазы. Для повышения pH водной фазы в пределах 8,0—8,5 необходимо в сырую нефть вводить слабый раствор гидроксида натрия, Скорость коррозии углеродистой стали в стоках ЭЛОУ при переработке сернистых нефтей и pH 8,0 составляет — 0,12 мм/год. При pH > 8,5 наблюдается нежелательный переход нефтепродуктов в стоки ЭЛОУ. Кроме того, неконтролируемый расход щелочи может привести к возникновению щелочной хрупкости металла, нарушить работу изоляторов в электродегидраторах.
При наличии трех ступеней обессоливания из нефти можно щелочной обработкой (защелачиванием) при определенных условиях удалить часть хлоридов, входящих в состав хлорорганических соединений нефти. Следует ожидать, что в данном случае в водную фазу кроме хлоридов натрия могут частично перейти нафтенаты и сульфиды. Практика показала, что при достижении глубокого обессоливания нефти (до содержания солей 5 мг/л) и с прекращением щелочной обработки обессоленной нефти на АВТ коррозия конденсационно-холодильного оборудования на установках первичной переработки нефти резко возрастает. Причиной этого является наличие в нефти хлорорганичсских соединений, которые подобно сераорганическим соединениям имеют неодинаковую термостабильность.
Защелачивание обессоленной нефти на АВТ имеет свои недостатки. Вводимое количество щелочи, а точнее образовавшийся хлорид натрия, остается в мазуте, повышает его зольность, способствует прогару печных змеевиков. На установках каталитического крекинга возможно отравление катализатора, его дезактивация хлоридом натрия. За рубежом при переработке гудрона, мазута на установках каталитического и термического крекинга защелачивания обессоленной нефти на АВТ не проводят. Объясняется это требованием к улучшению качества асфальта, используемого для дорожного покрытия. Содержащийся в таком покрытии хлорид натрия легко вымывается водой, что приводит к быстрому механическому разрушению асфальтового покрытия. Кроме того, этот способ защелачивания нефти после ЭЛОУ считается малопригодным, так как приводит к отложениям солсй в бензиновой и керосиновой секциях ректификационных колонн и загрязнению регулирующих клапанов и тарелок. Не исключено попадание солей на гидроочистку дизельного топлива, связанное с их механическим уносом. При содержании в нефти солей до 5 мг/л и расходе щелочных реагентов в количестве 0,02 кг/т в технологические среды АВТ (производительность установки 11700 т/сут) дополнительно вводится с водой, на которой приготовлен щелочной раствор, до 240 кг различных солей.
Необходимо отметить, что в дистиллятные фракции первичной перегонки нефти попадает до 30% неразложившихся хлорорганичсских соединений, остальная часть остается в мазуте и является источником хлороводорода при дальнейшей переработке фракций [8].
В зависимости от содержания хлорорганичсских соединений в нефти проведением щелочной обработки нефти на ЭЛОУ значительно сокращается количество или устраняется необходимость введения щелочных реагентов в обессоленную нефть на АВТ.
Работами ВНИИНефтемаша показана возможность удаления на ЭЛОУ части органически связанного хлора. Для этого после первой ступени обессоливания на ЭЛОУ в нефть, содержащую ~12 мг/л солей, вводят раствор NaOH концентрацией не менее 1 %. Образующиеся хлориды металлов (например, натрия) удаляются из аппарата с дренажной водой. Ориентировочный расход щелочи составляет 20 г/т.
Процесс защелачивания нефти на ЭЛОУ имеет следующие особенности. Температура нефти должна быть не ниже 120°С. Необходимо обеспечить интенсивное смешение щелочного раствора с нефтью, которое достигается тонким диспергированием щелочного агента, его равномерным распределением в потоке, исключающим расслоение потока. Время обработки должно быть не менее 30—60 с. После щелочной обработки предусматривается водная промывка, с помощью которой предотвращается унос щелочи на АВТ. Для достижения интенсивного перемешивания, обеспечивающего требуемую степень контактирования реагента с нефтью, используют различные смесители: выносные или встроенные в электродегидраторы. Наиболее эффективный способ смешения нефти с реагентом (водой, щелочным раствором, деэмульгатором) — смешение в электрическом поле; оно происходит в 4—6 раз более интенсивно, чем в турбулентном потоке. Для указанной цели электродегидраторы смогут быть дооборудованы встроенными струйными смесителями конструкции ВНИИНефтемаш.