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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung einer Ölemulsion, insbesondere eine elektrische Vorrichtung mittels welcher Wassertropfen aus dem Öl einer Wasser/Ölemulsion abgetrennt werden, indem Wechselstrom-Potentiale oder gepulste Gleichstrom-Potentiale zwischen isolierten Elektroden und den Metallflächen der Vorrichtung vorgesehen werden, um kleine Tröpfchen unter Bildung von grossen Tropfen, die sich vom Öl abscheiden, zu vereinen.
Es ist seit langem bekannt, zwischen einem Elektrodenpaar fliessende Ölfeldemulsionen durch Verwendung elektrostatischer Felder zu brechen oder zu trennen. Das elektrische Feld bewirkt, dass die Wassertropfen aufgeladen und von einer oder der andern Elektroden angezogen werden.
Auf ihrem Weg zu der Elektrode stossen sie aufeinander und vereinigen sich unter Bildung von grösseren Tropfen. die auf Grund ihrer Grösse infolge der Schwerkraft absinken und sich auf dem Behälterboden sammeln.
Es wurde festgestellt, dass Wechselstrom-Potentiale zur Abtrennung und Entfernung grosser Wassertropfen in einer Wasser/Ölemulsion verwendet werden können. Bei kleinen Tropfen wird ein Gleichstrom-Potential vorgezogen. Bei Verwendung eines kontinuierlichen Gleichstrom-Potentials kommt es jedoch manchmal vor. dass die Tropfen zwischen den zwei Elektroden einen kontinuierlichen "Faden" aus Tropfen bilden, so dass eine niederohmige Verbindung entsteht. Dies kann nachteilig sein und zu einem Abbrennen der Elektroden und sogar zu einer Explosion des betreffenden Behäl-
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unterbrochen werden.
Gemäss der Erfindung soll eine elektrische Vorrichtung zur Behandlung von Ölfeldemulsionen
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zwei oder mehreren zusätzlichen Wannen angelegt werden, durch welche das teilweise behandelte Öl von den ersten Wannen geleitet wird.
Erfindungsgemäss sollen zumindest zwei Wannen vorgesehen werden, an die separat gepulste Gleichstrom-Potentiale angelegt werden, die von Halbwellengleichrichtern ausgehen, welche die alternierenden Halbwellen eines Wechselstrom-Potentials gleichrichten. Bei solchen Wannenpaaren wird an eine Wanne ein gleichgerichtetes Potential an einem Ende der Sekundärwicklung eines Transformators angelegt und die andere Wanne mit dem gleichgerichteten Ausgang aus dem andern Ende der Sekundärwicklung des Transformators verbunden, wobei der Mittelpunkt der Sekundärwicklung mit der Vorrichtung geerdet ist.
Diese Zielsetzungen werden erreicht und die Nachteile bekannter Vorrichtungen dieser Art überbrückt, indem eine mehr oder weniger herkömmliche Vorrichtung zur Behandlung einer Ölfeldemulsion mit zumindest drei Wannen vorgesehen wird. An die isolierten Elektroden einer ersten Wanne oder einer ersten Serie von Wannen wird, wie bekannt, ein Wechselstrom-Potential angelegt.
Eine zweite Gruppe von Wannen, durch welche das behandelte Öl geleitet wird. besteht aus zumindest einem Wannenpaar, wobei jede der Wannen dieses Paares mit entgegengesetzten Enden einer Sekundärwicklung eines Wechselstromtransformators über Gleichrichter verbunden ist. und die Mittelabzapfung geerdet ist, so dass die Halbwellengleichrichtung der Sekundärspannung separat an die zwei Wannen des Paares angelegt wird, so dass eine Wanne ein Potential aufweist. wenn dies bei der andern nicht der Fall ist, und umgekehrt.
Auf diese Weise ist die Transformatorsekundärwicklung voll belastet, da bei jedem Potentialwechsel der Transformator einen Strom führt, der im wesentlichen gleich ist der Strommenge, die er bei der vorhergehenden Halbwelle geführt hat. Ferner ist das an jede der Wannen eines Paares angelegte elektrische Gleichstrom-Potential gepulster Gleichstrom, wobei das Potential ein Strom gleichgerichteter Halbwellenstrom mit in einer Richtung ausgehenden Impulsen ist, die durch Halbwellen des Nullpotentials getrennt sind. Die Halbwellen jeder der Wannen sind um 1800 phasenverschoben.
Die Erfindung soll an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Fig. 1 ist eine teilweise offene Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Ebene 2-2 der Fig. 1 ; Fig. 3 ist eine Ansicht einer der Wannen, wobei die aufeinanderfolgenden
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Ströme des Öls und die Lage der isolierten Elektroden gezeigt ist ; Fig. 4 zeigt ein Detail der
Fig. 3 mit der elektrischen Isolierung ; Fig. 5 und 6 stellen schematisch die elektrischen Verbindun- gen zu den Wannen und die erhaltene Spannung und den Stromverlauf dar ; Fig. 7 zeigt eine wei- tere Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 5.
In Fig. 1 ist die Vorrichtung als solche mit --10-- bezeichnet, wobei auch der Aufbau des inneren Teils der Vorrichtung gezeigt ist. Diese Fig. 1 entspricht im wesentlichen der Fig. 1 der US-PS Nr. 3, 898, 152 ; eine genauere Beschreibung einer solchen Vorrichtung und die Verwendung derselben ist in dieser US-PS zu finden.
Die Vorrichtung --10-- umfasst einen Aussentank oder Behälter --12-- der eine im allgemeinen kreisförmige zylindrische Form und eine Horizontalachse hat, wobei jedoch die Form, Grösse und Anordnung dieser Behälter in solchen Vorrichtungen verschieden sein kann. Innerhalb der Vorrichtung ist eine Mehrzahl --29-- von Wannen --14, 16,18 und 20-- vorgesehen. welche in horizontaler Ausrichtung mittels an der Innenseite der Behälteraussenwand --12-- befestigten Vertikal- stützen-22-, eine über der andern angeordnet sind.
Die zu brechende Ölfeldemulsion wird durch ein horizontales Rohr --62-- eingeführt und durch die Wand --12-- der Vorrichtung --10-- geleitet. Sodann kommt das Öl über mehrere Röhren --21-- in der Richtung des Pfeils --23-- nach unten in die unterste Wanne --20--.
Der Aufbau dieser Wannen ist eher kompliziert ; für eine genaue Beschreibung derselben und deren Verwendung wird auf die oben erwähnte US-PS Nr. 3, 898, 152 verwiesen. Der Zweck dieser Wannen ist es, einen langen windungsreichen Weg für die Wasser/Ölemulsion vorzusehen, um diese einem Wechselstrom- oder Gleichstromfeld aussetzen zu können.
Fig. 3 zeigt eine Ansicht von unten der untersten Wanne-20-. wobei die Enden der Röhren welche die Deckplatte der Wanne durchqueren, zu sehen sind. Das Öl strömt gemäss den Pfeilen --90-- aus diesen Röhren --21-- in einen länglichen Kanal zwischen der Aussenwand - und einer Trennwand --84C--. wobei der Ölstrom, wie folgt vor sich geht :
gemäss dem Pfeil - -92--, um das Ende der Trennwand-84C-- herum, gemäss dem Pfeil-93-. längs des zwischen den Trennwänden --84C und 84B-- geschaffenen Kanals und um das Ende der Trennwand - 84B-, gemäss dem Pfeil --94--, in den Kanal zwischen der Trennwand --84B und 84A--, und gemäss Pfeil --95-- in den Kanal zwischen der Trennwand --84A-- und der Wand --80-- der Wanne - -20--. Am Ende des letzten Kanals befindet sich ein Vertikalrohr-27-. in welches das Öl strömt ; wie Fig. 2 zeigt gelangt dann das Öl nach oben in die nächste Wanne, nämlich Wanne --18-- und so fort, wie nachstehend beschrieben werden soll.
Obgleich vier Serien von Kanälen mit einer koaxialen Elektrode in jedem derselben beschrieben sind, ist es klar, dass mehr oder weniger Kanalsegmente in jeder Wanne vorgesehen sein können.
In den vier Kanälen, welche den gesamten Arbeitsweg für das Öl aus den Einlassröhren --21-- und aus dem Rohr --27-- heraus bilden, befindet sich eine symmetrisch angeordnete Gruppe von Elektroden --86A, 86B, 86C und 86D-. Diese Elektroden können aus Eisen oder auch aus andern
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--81, 83-- usf.--36-- in der Wand der Vorrichtung zu einem Leiter --34-- einer Stromversorgung --30--, die auf der Vorrichtung oder in der Nähe derselben vorgesehen ist. Der zweite elektrische Ausgang dieser Stromversorgung --30-- ist über die Leitung --32-- und die Verbindung --33-- mit der Wand der Vorrichtung selbst verbunden, wobei eine Erdung erfolgt ; über die Stützeinrichtung --22-- sind alle vier Wannen geerdet.
Es ist klar, dass, wenn ein Wechselstrom-Potential zwischen der Erdung, d. h., dem Metall der Wanne selbst und den isolierten Elektroden-86-. angelegt wird, ein elektrostatisches Feld zwischen den Elektroden --86-- und den Wänden des Kanals, die obere Platte --82-- miteingeschlossen, welche eine Wand des Kanals bildet, entsteht. Die Ansicht der Wanne in Fig. 3 ist eine Ansicht von unten und zeigt, dass mit Ausnahme des Bereiches, in welchem das Öl in die Wanne
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und dann aus dieser herausströmt, die übrigen Teile der Kanäle unten offen sind.
Dies ist zufriedenstellend, da in dem Kanal das Öl über dem Wasser fliessen und eine Öl-Wasser-Grenzfläche,
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-87-- angedeutet,--86D-- in dem zwischen der Wand --85 und 84C und 82-- gebildeten Kanal ein elektrisches Feld erzeugen wird, welches die Bewegung der geladenen Wassertropfen in der Emulsion verursachen wird, wobei sich diese in Richtung zu den Metallflächen bewegen und sich mit andern Tropfen unter Bildung von grossen Tropfen vereinigen und in dem unteren Teil des Behandlungsgefässes sammeln werden. In Fig. 1 zeigt die horizontale strichlierte Linie --28-- in der Nähe des oberen Teils des Behälters die Öl-Wasser-Grenzfläche, wobei der Behälter unterhalb dieser Grenzfläche mit Wasser und oberhalb desselben mit Öl und Gas gefüllt ist.
In Fig. 4 zeigt die strichlierte Linie --87-- die Öl-Wasser-Grenzfläche des in den Kanälen strömenden Öls.
In der US-PS Nr. 3, 898, 152 ist eine Anordnung mit vier horizontalen, eine über der andern angeordneten Wannen gezeigt, wobei alle Elektroden in allen Wannen miteinander elektrisch verbunden sind und an die Elektroden ein alternierendes Potential angelegt ist, so dass das Wechselstromfeld in jedem der vier Kanäle jeder der vier Wannen gebildet ist.
Demgegenüber besteht der Unterschied der in Fig. 1 und 2 gezeigten erfindungsgemässen Vorrichtung darin. dass eine oder mehrere Wannen, nämlich diejenigen, in welche das unbehandelte. verhältnismässig grosse Wassertropfen aufweisende Öl zunächst gelangt, einem Wechselstrom-Potential ausgesetzt werden. Es wird angenommen, dass, wenn das Öl durch die verschiedenen Kanäle strömt, die grösseren Wassertropfen sich abscheiden und sammeln werden, und dass die kleineren Tropfen, die von dem Wechselstrom-Potential weniger berührt werden, in dem Öl verbleiben werden. An die dritten und vierten Wannen sind separat verschiedene Gleichstrom-Potentiale angelegt, so dass das Öl mit gepulsten Gleichstrom-Potentialen behandelt wird. was zu einer besseren Abtrennung der kleinen Tröpfchen und hiedurch zu einer vollständigeren Wasserentfernung führt.
Es ist klar, dass, da die Flüssigkeit in dem Behälter unterhalb des Pegels --28-- aus Wasser, das im allgemeinen salzhaltig und daher stark leitend ist, besteht, alle elektrischen Verbindungen innerhalb des Behälters zu den Elektroden isoliert sein müssen. Eine Art. wie dies erfolgen kann, ist in Fig. 4 veranschaulicht. die einen Querschnitt längs der Ebene 4-4 der Fig. 3 darstellt. Gezeigt sind die Wandungen --81 und 83-der der Wanne --20-- und die Deckplatte
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Kunststoff bestehen können.
Die Stäbe sind an ihren Enden mit Gewinden versehen und in der Wanne mittels Schraubenmuttern-104, 110 und 114-- festgehalten. Wenn der Stab nur gestützt ist. wie es bei dem linken Ende der Durchführung --88-- in der Wand --81-- der Fall ist, wird ein biegsamer isolierender Überzug -106-- aus Kunststoff oder Gummi vorgesehen, um das Ende - der Elektroden von dem umgebenden Wasser zu isolieren. Am andern Ende der Elektrode, wo die Zuleitung eingebracht wird, ist der Führungsdraht der mit --116-- bezeichnet ist. ein Isoliermantel-118-. der über eine Fahne --112- mit der Elektrode --86-- verbunden und von der Schraubenmutter --114-- gehalten ist.
Eine isolierende Hülle aus biegsamem Kunststoff- oder Gummi- material-120-wird dann über die isolierte Durchführung --88, - und den isolierten Mantel - gebracht, um eine vollständige isolierte Fläche für die Leitung --116-- zu schaffen.
In Fig. 5 sind schematisch die vier Wannen-14, 16,18 und 20-- und zwei elektrische Trans- formatoren --130, 132- gezeigt, welche Primärwicklungen --130A und 132A-- aufweisen, von denen jede zu der Stromversorgung-134-über entsprechende, nicht gezeigte Schalter verbunden ist.
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andere Ende derselben über die Leitung-34 und 38-- zu den Anschlüssen --39 und 40-- der Wannen-18 bzw. 20-führt.
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Enden der Sekundärwicklung --132B-- sind über die Gleichrichter--136 bzw. 138-- verbunden. Ein Ausgang über den Gleichrichter --136-- geht über die Zuleitungen --46 und 50-- zu dem An-
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schluss --52-- der Wanne --14--.
Der Ausgang des andern Gleichrichters --138-- geht über die Leitung --54 und 58-- zu dem Anschluss --60-- der Wanne --16--.
Das Öl wird durch die Röhren --21-- in die Wanne --20--, aus dieser Wanne durch eine Leitung --27-- in die Wanne --18--, durch diese Wanne und durch eine Leitung --26-- in die Wanne - und durch die Leitung --25-- in die Wanne --14-- und aus dieser durch die Leitung --24-- in das Behälterinnere gebracht. Das behandelte Öl fliesst durch die Öl-Wasser-Grenzfläche --28-- in das Öl über der Grenzfläche und aus der Wanne durch das Auslassrohr --64-- aus der Endwand des Behälters heraus. Das Öl gelangt zuerst durch die zwei Wannen --20 und 18--, an deren Elektroden ein Wechselstrom-Potential angelegt ist, und dann durch die beiden Wannen - 16 und 14--, von denen jede einem gepulsten Gleichstrom-Potential ausgesetzt ist.
Die aufeinanderfolgenden Behandlungen bewirken eine maximale Wasserabscheidung.
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das0-- sind ähnlich ; es sind volle sinusförmige abwechselnde Potentiale. Die Wellenformen --B und
A-- sind gleichgerichtete sinusförmige Halbwellen, wobei die Halbwellen in --A-- mit Bezug auf die Halbwellen in --B-- um 1800 phasenverschoben sind. Dies schafft eine vollständige und aus- balancierte Belastung des Transformators --132--.
Fig. 2 zeigt in einer vertikalen Schnittansicht die Anordnungen der vier Wannen --14, 16,
18 und 20-- und die entsprechenden Röhren --24, 25,26 und 27-- und die Einlassröhren. Ferner sind die elektrischen Verbindungen --38-- aus den Elektroden in den zwei unteren Wannen --20 und 18, 50-- aus der unteren Wanne-14 und 58-- aus der dazwischen angeordneten Wanne - gezeigt. Obgleich vier Wannen dargestellt sind, kann eine beliebige Anzahl solcher Wan- nen vorgesehen sein, wobei es jedoch erwünscht ist, ebenso viele Wannen, die mit der Zulei- tung --50-- verbunden sind, wie Wannen, die mit der Zuleitung --58-- verbunden sind, vorzu- sehen, um die Belastung des Transformators --132-- auszugleichen. Es können beliebig viele Wan- nen vorgesehen sein, die bei einem vollen Wechselstrom-Potential mit der Zuleitung --38-- parallel- geschaltet sind.
Jede der drei Zuleitungen --50, 38 und 58-- wird durch isolierte Zuführungen in der Behälterwand --12-- zu den Stromversorgungsquellen, die in Fig. 1 und schematisch in
Fig. 5 gezeigt sind, geführt.
In Fig. 5 sind zwei getrennte Leistungstransformatoren --130 und 132-- gezeigt. Natürlich kann auch nur ein Transformator mit einer Primärwicklung und zwei separaten Sekundärwicklungen oder, wie in Fig. 7 gezeigt, ein Transformator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung vor- gesehen sein, wobei eine Mittelanzapfung auf der Sekundärwicklung durch den Behälter selbst geerdet ist.
Fig. 7 zeigt einen einzigen Leistungstransformator --160-- mit einer mit der Stromversor- gungsquelle --134-- verbundenen Primärwicklung --162--. Es ist eine einzige Sekundärwicklung - vorgesehen, deren Mittelanzapfung durch die Zuleitung --32-- mit der Behälterwand - 12-- bei --33-- verbunden ist. Zwei Zuleitungen --34 und 34'-von Wechselstrom sind an die Aussenenden der Sekundärwicklung --167- angeschlossen. An Stelle einer zu beiden Wannen --18 und 20-- führenden Zuleitung --34-- kann eine Wanne aus der Leitung --34-- und die andere Wanne aus der Leitung --34'-- gespeist sein, so dass wieder eine ausgeglichene Belastung des Transformators aus den beiden unteren Wannen geschaffen ist.
Die Enden der Sekundärwicklung --164-- würden dann in Verbindung mit den Gleichrichtern - 136 und 138-gemäss Fig. 5 und den Leitungen --46 und 54--. ebenfalls gemäss Fig. 5 stehen.
Es ist offensichtlich, dass die in Fig. 7 gezeigten elektrischen Verbindungen trotz wesentlicher Vereinfachung ein vollständiges Äquivalent mit Bezug auf jene nach Fig. 5 darstellen. Die Impulsperiodendauer kann hinreichend lang variiert werden, so dass sich keine kontinuierlichen "Fäden" von Wasser zwischen den Elektroden bilden können und auf diese Weise eine viel grössere Behandlungskapazität vorgesehen werden kann, da das Gleichstrom-Potential länger als nur eine Halbwelle angelegt wird und bis zu 3/4 oder 7/8 einer ganzen Welle betragen kann.
Vorstehend beschrieben ist ein elektrisch geregeltes System, das er mit Hilfe einer einzigen Vorrichtung ermöglicht, elektrische Behandlungen zu vereinen, bei welchen die strömende Wasser/Ölemulsion in einer oder mehreren Wannen zwecks Entfernung grosser Tropfen einem Wechsel-
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Strom-Potential und in nachfolgenden Wannen zwecks Entfernung der kleinen Tropfen einem gepulsten
Gleichstrom-Potential ausgesetzt wird. Letzteres Potential kann mittels Halbwellen-Gleichrichtern vorgesehen werden, wobei aufeinanderfolgende Wannen mit Halbwellenimpulsen des Stromes die um
1800 phasenverschoben sind, behandelt werden.
Es können aber auch eine einzige Wanne oder mehrere miteinander verbundene Wannen mit einer Folge von Impulsen von je einer halben Welle gespeist werden, wobei jedoch die Impulse mittels siliciumgesteuerter Gleichrichter auf weniger als eine Halbwellenperiode geregelt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrische Vorrichtung zur Behandlung einer Ölemulsion mit einer Mehrzahl von Wannen, durch welche die Emulsion geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dieser Vorrichtung vorgesehen sind : a) zumindest eine erste Wanne, in welcher zumindest eine Elektrode isoliert befestigt ist, und Einrichtungen zur Anlegung eines Wechselstrom-Potentials zwischen dieser
Elektrode und den Wänden dieser Wanne, b) zumindest ein zusätzliches Wannenpaar, das jedes eine zweite und eine dritte Wanne enthält.
zumindest eine isoliert befestigte Elektrode in jeder dieser zweiten und drit- ten Wanne und Einrichtungen zur Anlegung eines in einer Richtung gepulsten gleich- gerichteten Halbwellenpotentials zwischen den Elektroden in den zweiten und dritten
Wannen und den Wänden jeder entsprechenden Wanne, wobei die Halbwellen in der zweiten Wanne mit Bezug auf die Halbwellen in der dritten Wanne um 180 phasen- verschoben sind.