一、引言
原油电脱盐装置是石油加工的第一道工序，该工序是从原油中脱除盐、水和其它杂质。它是确保炼油厂后续加工装置长周期安全生产必不可少的措施。
近年来，炼厂加工原油性质逐步劣质化，常减压电脱盐装置操作状况异常，脱后原油含盐含水合格率低。（见表1）
表1：电脱盐历年操作状况表
|
时 间
|
原油密度
|
脱前含盐mgNaCl/L
|
脱前含水
%
|
脱后含盐mgNaCl/L
|
脱后含水
%
|
脱后含盐
合格率%
|
脱后含水
合格率%
|
|
2006年
|
0.8999
|
32.69
|
0.18
|
4.24
|
0.22
|
63.9
|
85.29
|
|
2007年
|
0.9068
|
45.24
|
0.23
|
5.29
|
0.29
|
25.5
|
64.79
|
为了调查原油电脱盐过程的影响因素，改善电脱盐操作，本文作者在积累了大量完整真实数据的基础上，利用统计分析技术，将错综复杂的工业生产过程逐步分类、简化，结合生产实际，策划并完成正交试验。成功地确定了在特定原油品种水平下，提高脱盐效果的方法，为生产装置精细化管理提供了科学的方法。
二、正交试验因子的选择
原油电脱盐效果除受原油密度、含盐、含水等性质影响外，还与电脱盐的操作过程相关。因而，对脱盐效果来说，共找出涉及到电脱盐的操作因素26个。将2008年1-6月份相关操作数据和分析数据（164组约4592个数据）进行收集和整理（原始数据略），对上述数据分别作描述性统计（见表2）。
表2：电脱盐操作因素描述性统计表
|
变量
|
平均值
|
标准偏差
|
变异系数
|
|
脱前油温
|
119.95
|
3.71
|
3.1
|
|
一级电压
|
311.3
|
9.18
|
2.95
|
|
二级电压
|
5269
|
201.6
|
3.83
|
|
三级电压
|
5071.4
|
435
|
8.58
|
|
一级电流
|
171.1
|
15.73
|
9.2
|
|
二级电流
|
5.324
|
1.76
|
33.07
|
|
三级电流
|
6.0393
|
1.2786
|
21.17
|
|
前压控
|
0.944
|
0.085
|
9
|
|
后压控
|
0.5761
|
0.01232
|
2.14
|
|
原油量
|
204.4
|
6.16
|
3.01
|
|
一级界位
|
867.94
|
77.83
|
8.97
|
|
二级界位
|
500.9
|
75.93
|
15.16
|
|
三级界位
|
497.42
|
74.57
|
14.99
|
|
一级混压
|
73.932
|
12.732
|
17.22
|
|
二级混压
|
172.9
|
62.82
|
36.34
|
|
三级混压
|
105.2
|
25.68
|
24.41
|
|
一级注水
|
13.98
|
2.234
|
15.98
|
|
二级注水
|
11.25
|
1.562
|
13.89
|
|
三级注水
|
10.67
|
1.6
|
14.99
|
|
注水总量
|
53.72
|
6.832
|
12.72
|
|
出水总量
|
42.68
|
11.686
|
27.38
|
|
破乳选型
|
油性
|
0.4066
|
22.68
|
|
新鲜水比
|
3.593
|
2.916
|
81.17
|
|
原油密度
|
0.9095
|
0.00327
|
0.36
|
|
脱前含盐
|
58.82
|
13.33
|
22.66
|
|
脱前含水
|
0.3506
|
0.1296
|
36.98
|
|
脱后含盐
|
3.197
|
1.389
|
43.45
|
|
脱后含水
|
0.2926
|
0.1326
|
45.3
|
注：破乳剂选型为性质变量，根据使用过的破乳剂型号赋值1、2。
再对以上数据进行回归分析、相关分析和F值检验（见表3）。
表3：电脱盐数据一元（线性与非线性）回归分析结果汇总
|
变量
|
脱后含盐
|
脱后含水
|
||||
|
相关类型
|
F值
|
选择方法
|
相关类型
|
F值
|
选择方法
|
|
|
原油量
|
二次
|
5.56
|
极值点：X0=204
|
线性正
|
5.39
|
低
|
|
一级电压
|
不相关
|
|
|
不相关
|
|
|
|
二级电压
|
不相关
|
|
|
不相关
|
|
|
|
三级电压
|
不相关
|
|
|
不相关
|
|
|
|
一级电流
|
线性负
|
5.47
|
高
|
不相关
|
|
|
|
二级电流
|
不相关
|
|
|
线性正
|
4.7
|
低
|
|
三级电流
|
不相关
|
|
|
不相关
|
|
|
|
前压控
|
二次
|
7.39
|
极值点X0=0.91
|
线性正
|
10.82
|
低
|
|
后压控
|
线性负
|
6.17
|
高
|
不相关
|
|
|
|
一级界位
|
二次
|
2.42
|
极值点X0=754
|
不相关
|
|
|
|
二级界位
|
线性正
|
12.86
|
低
|
不相关
|
|
|
|
三级界位
|
不相关
|
|
|
|
|
|
|
一级混压
|
二次
|
12.61
|
极值点X0=72.5
|
线性正
|
4.26
|
低
|
|
二级混压
|
不相关
|
|
|
线性正
|
10.81
|
低
|
|
三级混压
|
二次
|
11.31
|
极值点X0=103
|
线性正
|
7.26
|
低
|
|
一级注水
|
不相关
|
|
|
|
|
|
|
二级注水
|
三次
|
3.19
|
拐点X0=13.2，极值点：17.2和0.354（删除）
|
不相关
|
|
|
|
三级注水
|
二次
|
8.63
|
极值点：X0=8.86
|
不相关
|
|
|
|
注水总量
|
不相关
|
|
|
不相关
|
|
|
|
破乳选型
|
线性负
|
3.52
|
高
|
线性正
|
7.65
|
低
|
|
新鲜水比
|
线性正
|
9.87
|
低
|
|
6.16
|
低
|
|
原油密度
|
线性正
|
12
|
低
|
不相关
|
|
|
|
脱前含盐
|
线性负
|
3.05
|
高
|
|
|
|
|
脱前油温
|
不相关
|
|
|
不相关
|
|
|
|
F0.10(1,100)=2.76 ,F0.10(1,200)=2.73 ,F0.05(1,100)=3.94 ,F0.05(1,200)=3.89 ,F0.01(1,100)=6.9 , F0.01(1,200)=6.76
|
||||||
可以看出，界位、注水量、混和压差对脱后含盐影响更显著，结合生产实际可控情况，得到如下操作条件的选择:
1） 界位：
一级界位，计算结果应高些，实际生产中已逐步从774提高到868，试验可选择850-860之间。
二级界位，计算结果应低些，2008年在490-510。二级界位作为本次正交试验因子，取450和650两个水平。
三级界位，计算结果相关性不明确。三级界位作为本次正交试验因子，取450和650两个水平，以验证、调优。
2） 混压：
一级混压，计算结果应高些， 数据在41.4-74之间，计算结果有极值点为72.5，也就是说只能维持目前水平，不能再高了。本次试验可取65。
二级混压，2008年自59.47提高到173，因此只能维持目前水平不能再高了。二级混压作为本次正交试验因子，取120和170两个水平，
三级混压，实际在67-170，而计算结果有极值点为103。三级混压作为本次正交试验因子，取100和90两个水平。
3） 注水：
一级注水，计算结果应高些，实际已从7.5提高到14，根据后期数据计算结果不相关，这说明不能再提高了。本次试验取12.0。
二级注水，计算结果应高些，由8.25提高到11.3，计算有拐点为13左右。二级注水作为本次正交试验因子，取10和12两个水平。
三级注水，计算结果应高些，已由8.94提高到9.93。三级注水作为本次正交试验因子，取10和9两个水平。
4） 破乳剂浓度作为本次正交试验因子，取8和10两个水平。
5） 原油量、电压与电流、前后压控、注水总量、出水总量、新鲜水比、破乳剂选型为实际调控受限制的因子，本次试验保持2008年水平。
三、正交试验设计
1. 电脱盐正交试验条件
试验期间，加工原油品种与2008年同类，试验时间从2008年8月23日开始，每个试验安排一周，共安排8周时间，参与正交因子的操作条件，需力求靠近其操作指标来操作，其它操作因素根据2008年数据的平均值结合一元回归分析和计算的极值点或拐点确定试验期间最佳取值点。
2. 因素水平表
试验选取7因素2水平，采用L8（27）正交表安排试验。因素水平表见表4、试验方案及结果表5。试验指标：原油脱后含盐、脱后含水。
表4：因素水平表
|
因素
水平
|
二级
界位mm
|
三级
界位mm
|
二级
注水t/h
|
三级
注水t/h
|
二级
混压kpa
|
三级
混压kpa
|
破乳剂
浓度ppm
|
|
1
|
400-450
|
400-450
|
10
|
10
|
120
|
100
|
8
|
|
2
|
600-650
|
600-650
|
12
|
9
|
170
|
90
|
10
|
|
因素
试验号
|
二级
界位
A
|
三级
界位
B
|
二级
注水
C
|
三级
注水
D
|
二级
混压
E
|
三级
混压
F
|
破乳剂
浓度
G
|
脱后
含盐
（y1）
|
脱后
含水
（y2）
|
|
1
|
1
|
1
|
1
|
2
|
2
|
1
|
2
|
2.82
|
0.174
|
|
2
|
2
|
1
|
2
|
2
|
1
|
1
|
1
|
2.5
|
0.148
|
|
3
|
1
|
2
|
2
|
2
|
2
|
2
|
1
|
2.02
|
0.144
|
|
4
|
2
|
2
|
1
|
2
|
1
|
2
|
2
|
2.14
|
0.18
|
|
5
|
1
|
1
|
2
|
1
|
1
|
2
|
2
|
1.82
|
0.143
|
|
6
|
2
|
1
|
1
|
1
|
2
|
2
|
1
|
1.6
|
0.138
|
|
7
|
1
|
2
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1.95
|
0.155
|
|
8
|
2
|
2
|
2
|
1
|
2
|
1
|
2
|
1.78
|
0.186
|
|
脱后含盐T1
|
8.61
|
8.74
|
8.51
|
7.15
|
8.41
|
9.05
|
8.07
|
|
|
|
脱后含盐T2
|
8.02
|
7.89
|
8.12
|
9.48
|
8.22
|
7.58
|
8.56
|
|
|
|
R
|
0.59
|
0.85
|
0.39
|
2.33
|
0.19
|
1.47
|
0.49
|
|
|
|
重要度排序
|
4
|
3
|
6
|
1
|
7
|
2
|
5
|
16.63
|
1.268
|
|
脱后含水T1
|
0.616
|
0.603
|
0.647
|
0.646
|
0.626
|
0.663
|
0.585
|
|
|
|
脱后含水T2
|
0.652
|
0.665
|
0.621
|
0.622
|
0.642
|
0.605
|
0.683
|
|
|
|
R
|
0.036
|
0.062
|
0.026
|
0.024
|
0.016
|
0.058
|
0.098
|
|
|
|
重要度排序
|
4
|
2
|
5
|
6
|
7
|
3
|
1
|
|
|
表5 ：试验安排和结果汇总
3. 试验结果分析:
从因素A看，它的第一水平下的4次试验的脱后含盐之和T1=2.82+2.02+1.82+1.95=8.61;它的第二水平下的4次试验的脱后含盐之和T2=2.5+2.14+1.6+1.78=8.02；
从因素B看，它的第一水平下的4次试验后的脱后含盐之和T1=2.82+2.5+1.82+1.6=8.74；它的第二水平下的4次试验的脱后含盐之和T2=2.02+2.14+1.95+1.78=7.89；
从因素C看，它的第一水平下的4次试验后的脱后含盐之和T1=2.82+2.14+1.6+1.95=8.51；它的第二水平下的4次试验的脱后含盐之和T2=2.5+2.02+1.82+1.78=8.12；
从因素D看，它的第一水平下的4次试验后的脱后含盐之和T1=1.82+1.6+1.95+1.78=7.15；它的第二水平下的4次试验的脱后含盐之和T2=2.82+2.5+2.02+2.14=9.48；
从因素E看，它的第一水平下的脱后含盐之和T1=8.41,第二水平下的脱后含盐之和T2=8.22;
从因素F看， 脱后含盐之和T1=9.05,T2=7.58;从因素G看，脱后含盐之和 T1=8.07;T2=8.56
同样，从各因素看的第一、第二水平下的脱后含水之和见表5。
从8次试验结果直接看，第六号试验结果最好，对脱后含盐（1.60）和脱后含水（0.138）都最低，即试验水平为：A2B1C1D1E2F2G1,界位二级取高水平(640), 界位三级取低水平(450), 注水二级取低水平(10) , 注水三级取高水平(10), 混压二级取高水平(170), 混压三级取低水平(90), 破乳剂浓度取低水平(8)。
4. 主次因素的确定：
极差R越大，表示因素对试验指标的影响越大。因此按极差的大小决定因素的主次，从表中看出主次因素的顺序如下：
脱后含盐效果的重要性排序为：三级注水（D）、三级混压（F）、三级界位（B）、二级界位（A）、破乳剂浓度（G）、二级注水（C）、二级混压（E）
脱后含水效果的重要性排序为：破乳剂浓度（G）、三级界位（B）、三级混压（F）、二级界位（A）、二级注水（C）、三级注水（D）、二级混压（E）
这说明三级注水（D）、三级混压（F）、三级界位（B）这三个因素的操作水平对脱盐效果有重要影响。三级注水宜取高水平(10), 三级混压宜取低水平(90), 三级界位宜取高水平(640);破乳剂浓度（G）、三级界位（B）、三级混压（F）这三个因素的操作水平对脱水效果有重要影响。
从计算脱后含盐和脱后含水的总和T1与T2值来看，试验水平为：A2B2C2D1E2F2G1,即控制在二级界位取高水平(640), 三级界位取高水平(640), 二级注水取低水平(10) , 三级注水取高水平(10), 二级混压取高水平(170), 三级混压取低水平(90), 破乳剂浓度取低水平(8)操作条件下，为脱后含盐效果最佳工艺；试验水平为：A1B1C2D2E1F2G1,即控制在二级界位低水平，三级界位低水平，二级注水高水平，三级注水低水平，二级混压低水平，三级混压低水平，破乳剂浓度低水平操作条件下，为脱后含水效果最佳工艺。
五、主要结论和建议
1) 在现有原油品种水平下，界位、注水量、混和压差是主要优化手段，且存在极值点或拐点；其中，三级电脱盐的各操作因素对脱盐脱水效果影响最显著；
2) 通过正交试验优化电脱盐操作后，脱后含盐含水分析结果有明显成效：
表6：正交试验法优化电脱盐操作效果
|
时间
|
原油密度
g/cm3
|
脱前
含水%
|
脱前含盐
mgNaCl/L
|
脱后含盐
合格率%
|
平均含盐
mgNaCl/L
|
脱后含水
合格率%
|
|
9月份
|
0.9017
|
0.16
|
39.37
|
100.00
|
2.04
|
100.00
|
|
10月份
|
0.9049
|
0.14
|
38.23
|
100.00
|
1.97
|
100.00
|
|
11月份
|
0.9087
|
0.19
|
47.42
|
100.00
|
2.70
|
100.00
|
3) 采用正交试验，可寻找出适用于本次试验原油种类水平下的最佳工艺条件。但由于原油性质等其它系统因素将持续变化，优化条件也需要不断更新。