CN100366707C - 电脱盐脱水器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了石油加工领域的一种电脱盐脱水器，以解决现有的电脱盐脱水器在处理含水量比较高或乳化比较严重的原油时所造成的电场电流增加、电耗增大，以及电场强度下降、使电脱盐脱水效果变差等问题。本发明电脱盐脱水器沿罐体(10)的轴向设置一组或多组电极组合件，各组电极组合件由格栅结构的第一电极(8)和第二电极(9)组成。第一电极为与罐体的轴向相垂直的弓形平面电极，第二电极由一个与罐体的轴向相垂直的弓形平面和与该弓形平面相垂直并环绕其周边的圆弧面和底平面所组成。变压器(6)采用脉冲变压器；第二电极与脉冲变压器的输出端相连，第一电极接地。本发明主要用于原油电脱盐脱水。
Description
技术领域
本发明涉及石油加工领域的一种电脱盐脱水器。
背景技术
在石油加工领域，原油中含有的金属盐和水会造成后续加工装置的腐蚀以及加工困难，因此在炼油厂进行加工的第一步，即是进行原油预处理，以脱除原油中含有的盐和水；这个过程在炼油厂通常是通过电脱盐脱水装置来实现。原油电脱盐脱水装置的电脱盐脱水器经历了立式、球形、卧式容器三个阶段，目前国内外油田及炼油厂中使用的电脱盐脱水器基本上均采用卧式结构。电脱盐脱水器的电极结构是多种多样的，其中最常见的形式有水平式电极、立式悬挂电极、单层及多层鼠笼式电极。
中国专利CN 2192368Y公开了一种高效电脱盐脱水装置，其特征是采用防爆全阻抗整流为一体的脱盐脱水变压器和可调节的垂直式悬挂栅型电极板。其变压器利用二极管的单向导电性，当输出的交流电处于正半周时，电源对正极极板充电；输出的交流电处于负半周时，电源对负极极板充电。正负极板交替地与油水界面形成交流弱电场，正负极板之间形成直流强电场。油水混合物料从位于电脱盐脱水装置罐体下部水相中的进料分配器进入罐体，由下向上流动，进入交流弱电场区、直流强电场区。在电场的作用下，油水混合物料中的小水滴聚结成大水滴进行沉降，脱除的水从罐体底部排出；净化原油通过罐体顶部的集合器排出装置。原油由下向上的流动与水滴沉降方向相反；由于原油的粘性，将会阻碍水滴的下降速度，降低油水分离效率。同时，当原油含水量较高或乳化较为严重时，原油的导电性能增加，使电场的电流增加，导致电耗增大；还造成电场强度下降，使电脱盐脱水效果变差、达不到电脱盐脱水要求：甚至还会发生电场短路、无法送电的情况。
中国专利CN 2464729Y公开的一种高速电脱盐电脱水设备，由罐体、三层水平电极板、专用电源(交流电源)和水平进油分配器组成；其特征在于，所述水平进油分配器喷头位于两块下层电极板组成的下部电场中和最下层电极板下部靠近电极板的部位；油水混合物料从水平进油分配器均匀喷到所述高压电场和最下层电极板与油水界面形成的弱电场中，利用最下层电极板与油水界面之间形成的弱电场将大部分大水滴脱除掉、降低原油的电导率，然后再进入高压电场中对细小水滴进行脱除；所述的电场均为交流电场。该专利的结构如同CN2192368Y，也存在原油流动方式对水滴沉降的阻碍作用。并且，在处理含水量较高、乳化较为严重的原油时，由于原油的导电性能增加，同样会发生CN2192368Y所述电脱盐脱水器出现的问题。
中国专利CN 1298922A公开的一种电脱盐脱水器，其特征是沿罐体的轴向设置一组或多组电极组合件，各组电极组合件由至少2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，之间的间距从顶部到底部逐渐由小增大。罐体的两端分别为入口端和出口端，入口端设有入口管和入口分配器，出口端设有出口管。含盐含水原油通过入口管进入罐体并经入口分配器分配，在罐体内水平流动，通过电极组合件的环形电场进行脱盐脱水；脱盐脱水后的原油由出口管抽出。这种结构的电脱盐脱水器虽然提高了罐体内的电场利用空间，也消除了原油流动对水滴沉降产生的不利影响，可用于罐径较大、处理量较大的电脱盐脱水装置，但电极结构比较复杂，多层电极在罐体内的布置需进行认真计算和分配，制造成本相对较高；同时由于其变压器输出交流电，电极组合件形成的电场也为交流电场，在处理含水量较高、乳化较为严重的原油时，它不能解决CN 2192368Y、CN 2464729Y所述电脱盐脱水器所存在的电耗增大、电场强度下降、甚至发生电场短路等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有的电脱盐脱水器在处理含水量比较高或乳化比较严重的原油时，电场的电流增加、导致电耗增大，以及电场强度下降、使电脱盐脱水效果变差，甚至造成电场短路、无法送电的问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种电脱盐脱水器，设有罐体和变压器，罐体的入口端设有入口管和入口分配器，出口端设有出口管，罐体内设有电极组合件，电极组合件沿罐体的轴向设置一组或多组，其特征在于：各组电极组合件由格栅结构的第一电极和第二电极组成，第一电极和第二电极沿罐体入口端至出口端的方向排列，第一电极为与罐体的轴向相垂直的弓形平面电极，第二电极由一个与罐体的轴向相垂直的弓形平面和与该弓形平面相垂直并环绕其周边的圆弧面和底平面所组成，第一电极与第二电极中的弓形平面相邻，所述变压器为脉冲变压器，各组电极组合件中的第二电极与脉冲变压器的输出端相连，第一电极接地。
采用本发明，具有如下的有益效果：(1)本发明使用脉冲变压器，脉冲变压器输出脉冲电压，电极组合件形成的各电场因而也是脉冲电场。处理含水量较高或乳化较为严重的原油时，水滴即变形、聚结，并形成水链。脉冲变压器(以及各脉冲电场)通过选择适当的脉冲频率及占空比，使电场中的水链形成电通路前脉冲电压终止，电通路无法形成；电场中的电流因而不会因原油含水量较高或乳化较为严重而增加，可以避免电耗增大。同时，能够维持各电场的电场强度不出现下降，保证原油的电脱盐脱水效果。同理，采用本发明的脉冲电源及脉冲电场，可以避免电通路达到一定时间时所造成的电场短路和无法送电的情况；(2)本发明可设置多组电极组合件，电脱盐脱水器罐体内沿轴向形成间断的电场。含盐含水原油在一组电极组合件形成的一级电场中进行极化，使小水滴快速聚结成大水滴，然后进入无电场区域；大水滴在无电场区域自由沉降。根据电极组合件设置的组数，上述过程重复进行数次。因而本发明的操作特点是多级电场脱水、分段沉降。由于仅在设置电极组合件的部位形成电场，所以本发明电脱盐脱水器的电场空间较少。上述的特征也有利于节省电耗；(3)电极结构简单，能够节省大量的钢材和用于固定电极的绝缘构件，从而可节省大量的制造、维护费用；(4)本发明，入口管和入口分配器设于罐体的入口端，出口管设于罐体的出口端，可使原油沿罐体的轴向水平流动；聚结的水滴沿原油流动方向呈水平抛物线轨迹下降，能够减轻原油与下降水滴之间的返混效应，提高油水分离效率。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。
附图说明
图1是本发明的一种设置3组电极组合件的电脱盐脱水器沿轴向的剖视图。
图2是图1中一组电极组合件的放大图。
图3是图2中的A-A剖视图。
图4是图2中的B-B剖视图。
具体实施方式
参见图1，所示的一种电脱盐脱水器设有罐体10和变压器6。罐体10为卧式圆筒形罐体，其两端分别为入口端和出口端。罐体10的入口端设有入口管1和入口分配器2，出口端设有出口集合器4和出口管5。罐体10的底部设有水包3。
罐体10内设有电极组合件，电极组合件沿罐体10的轴向设置一组或多组。图1所示电脱盐脱水器设置3组电极组合件。各组电极组合件由格栅结构的第一电极8和第二电极9组成，第一电极8和第二电极9沿罐体10入口端至出口端的方向排列。第一电极8为与罐体10的轴向相垂直的弓形平面电极，参见图4。第二电极9由一个与罐体10的轴向相垂直的弓形平面91和与该弓形平面91相垂直并环绕其周边的圆弧面92和底平面93所组成，参见图2、图3。各组电极组合件中，第一电极8与第二电极9中的弓形平面91相邻，参见图1、图2。
第一电极8和第二电极9的格栅结构与制作方法是常规的。例如如图1～图4所示，第一电极8由一个弓形支撑圈(由角钢弯制而成)和金属条组成，金属条的两端焊接于弓形支撑圈上，组成格栅结构的弓形平面电极。第二电极9包括二个弓形支撑圈(均由角钢弯制而成)；其中的一个弓形支撑圈按与第一电极8相同的方式设置金属条，组成格栅结构的弓形平面91(参见图2、图3)；在两个弓形支撑圈之间环绕弓形支撑圈的周边设置金属条，金属条的两端分别焊接于两个弓形支撑圈上，组成格栅结构的第二电极9的圆弧面92和底平面93(参见图2、图3)。第一电极8和第二电极9的弓形平面91中的金属条可竖直设置(如有关各图所示)，也可水平设置(图略)，金属条均相互平行。第二电极9的圆弧面92和底平面93中的金属条则只沿罐体10的轴向水平设置，金属条也均是相互平行。上述各处的金属条，一般均采用横截面形状为圆形的钢管或钢棒；钢管或钢棒的直径(钢管指外径)一般为5～100毫米，相邻两根钢管或钢棒之间的间距(从圆心计算)一般均为20～400毫米。组成第一电极8和第二电极9的弓形支撑圈和金属条的材料，可以是各种常用的碳钢材料。各组电极组合件按常规方法用绝缘支撑及绝缘吊挂固定在罐体10的内壁上(图略)。
所述变压器6为脉冲变压器；脉冲变压器6采用现有的脉冲变压器，输出直流脉冲电压(可为矩形、半波形等)。其主要技术指标一般要求如下：脉冲频率为50～2000Hz，占空比为20～80％，输出电压为1万～8万伏特；其中输出电压是指峰值电压。各组电极组合件中的第二电极9与脉冲变压器6的输出端相连，第一电极8(以及罐体10)接地。参见图1，中间一组电极组合件中的第二电极9通过高压电引入装置7与脉冲变压器6的输出端相连，再通过导线12，将两边2组电极组合件中的第二电极9与脉冲变压器6的输出端相连。图1中的附图标记13为安装于第一电极8上的绝缘件，供导线12穿过之用。
参见图1～图4，第一电极8与第二电极9中的弓形平面91的形状均为弓形，这两个弓形所在圆的圆心O′一般是重合的。图中所示的圆心O′是位于罐体10轴心线O-O的上方，此时第二电极9的圆弧面92与罐体10内壁之间的间距从顶部到底部逐渐由小增大。圆心O′还可以与罐体10的轴心线O-O重合，此时第二电极9的圆弧面92与罐体10内壁之间的间距从顶部到底部相等。此外，第一电极8和第二电极9本身分别相对于通过罐体10轴心线O-O的竖向平面左右对称。如图所示，各组电极组合件均位于油水界面11之上。第一电极8的径向尺寸可等于或大于第二电极9的径向尺寸；如图1～图3所示，第一电极8的径向尺寸大于第二电极9的径向尺寸。第一电极8的弓形周边至罐体10内壁和油水界面11留有一定距离即可，本发明无严格要求。
参见图1～图3，脉冲变压器6向各组电极组合件中的第二电极9通电后(第一电极8与罐体10接地)，各组电极组合件中的第一电极8与第二电极9中的弓形平面91之间形成水平电场Ea，第二电极9中的圆弧面92与罐体10的内壁之间形成圆弧形电场Eb，第二电极9中的底平面93与罐体10内油水界面11之间形成垂直电场Ec。一组电极组合件形成的水平电场Ea、圆弧形电场Eb和垂直电场Ec构成一级电场(均为脉冲电场)。一般情况下，水平电场Ea的电场强度为500～2000伏特/厘米，垂直电场Ec的电场强度为300～1000伏特/厘米。圆弧形电场Eb的电场强度有两种情况：在圆心O′与罐体10的轴心线O-O重合时，第二电极9的圆弧面92与罐体10内壁之间的间距从顶部到底部相等，此时圆弧形电场Eb的电场强度从顶部到底部均相等，一般为500～3000伏特/厘米。在圆心O′位于罐体10轴心线O-O的上方时，第二电极9的圆弧面92与罐体10内壁之间的间距从顶部到底部逐渐由小增大，此时圆弧形电场Eb的电场强度从顶部的最大值逐渐减小到底部的最小值；圆弧形电场Eb顶部的电场强度一般为500～3000伏特/厘米，底部的电场强度一般为300～2000伏特/厘米；原油含水量在罐体10内的分布为“下高上低”，而此种情况下圆弧形电场Eb的电场强度分布为“上高下低”，含水量较低的上部电场强度较高，含水量较高的下部电场强度较低，这样可以降低圆弧形电场Eb中的电流，从而节省电耗。此外，参见图1，设置多组电极组合件时，相邻两组电极组合件之间为无电场区域Ed(该区域的电场强度很低，在50伏特/厘米以下，对原油的电脱盐脱水不起任何作用，视其为无电场区域。相邻两组电极组合件之间的间距应足够大，以使Ed达到规定值)。计算各处的电场强度时，均按脉冲变压器6输出的直流脉冲电压的峰值电压计算。
本发明的电脱盐脱水器，可沿罐体10的轴向设置一组或多组电极组合件，电极组合件一般可设置1～8组。电极组合件设置的组数，主要是根据装置处理量和罐体10的长度、还有原油的性质、电脱盐脱水后的原油指标要求来确定，从而决定脉冲电场的级数。当原油的含水量比较高或乳化比较严重，或者是对脱盐率及脱水率的要求比较高时，可设置较多组数的电极组合件。当沿罐体10的轴向设置6组或6组以上的电极组合件时，自罐体10的入口端至出口端，前3～4组电极组合件可以用一台脉冲变压器6供电，后3～4组电极组合件可以用另一台脉冲变压器6供电。各组电极组合件中的第二电极9与脉冲变压器6的连接以及第一电极8和罐体10接地的方式，均与图1所示的电脱盐脱水器相同。采用多台脉冲变压器6供电时，后面几组电极组合件所用脉冲变压器6的输出电压可以高于前几组电极组合件所用脉冲变压器6的输出电压，使后面几组电极组合件中的各电场(水平电场Ea、圆弧形电场Eb、垂直电场Ec)的电场强度均高于前面几组电极组合件中相应各电场的电场强度，以适应自罐体10的入口端至出口端原油含水量逐渐降低的工况，使多组电极组合件的电场强度沿原油流动方向合理布置，从而降低电流、节省电耗。
下面以图1所示的电脱盐脱水器处理原油为例说明本发明的操作过程。含盐含水的原油与水混合后从电脱盐脱水器的入口管1进入罐体10内，经入口分配器2分配后沿罐体10的轴向水平流动。首先流经左面一组电极组合件，在水平电场Ea、圆弧形电场Eb、垂直电场Ec中进行电场脱盐脱水。原油中的水滴经过上述电场的极化后，小水滴聚结成大水滴。然后原油进入该组电极组合件右面的无电场区域Ed，原油中聚结成的大水滴在该区域进行自由沉降，原油中大部分的水沉降出来。剩有少量水分的原油再依次流经中间和右面的两组电极组合件，在电场中极化，小水滴聚结成大水滴，并分别在中间一组电极组合件右面的无电场区域Ed和右面一组电极组合件与出口集合器4之间的空间(也为无电场区域)自由沉降。上述过程中聚结的大水滴均沿原油流动方向呈水平抛物线轨迹下降，沉积于罐体10的下部及水包3内，再由水包3排出。脱盐脱水后的原油流经出口集合器4，最后由出口管5抽出。经过上述的3级电场，将原油中的水脱除，从而将溶解在水中的盐一并脱除。
原油中水滴的聚结是一瞬间的过程。当小水滴聚结成大水滴后，电场对大水滴的影响很小，大水滴只能通过自身重力作用沉降，因此在电脱盐脱水器罐体内的一定区域形成强电场空间，就可以完成水滴的快速聚结过程；接下来聚结的大水滴只需自由沉降，而无须长时间连续在电场作用下脱水，这样可以缩小电场空间，从而可以大量节省电耗。本发明采用上述的原理，在罐体内设置若干组本发明的电极组合件，相邻两组电极组合件之间为无电场区域，使电脱盐脱水器罐体内沿轴向形成间断的电场。含盐含水原油在一组电极组合件形成的一级电场中进行极化，使小水滴快速聚结成大水滴，然后大水滴在无电场区域自由沉降；上述过程根据电极组合件设置的组数，重复进行数次，完成原油脱盐脱水。因此本发明电脱盐脱水过程的特点是多级电场脱水、分段沉降。
脉冲变压器6输出脉冲电压，电极组合件形成的各电场因而也是脉冲电场。当脉冲电场施加于含水量较高或乳化较为严重的原油(油水乳化液)之后，水滴即变形、聚结，并形成水链。脉冲变压器6通过选择适当的脉冲频率及占空比(参见前文对脉冲变压器6的说明，电极组合件形成的各电场的脉冲频率及占空比与之相同)，使电场中的水链形成电通路前脉冲电压终止，电通路无法形成；电场中的电流因而不会因原油含水量较高或乳化较为严重而增加，可以避免电耗增大。同时，能够维持各电场的电场强度不出现下降，保证原油的电脱盐脱水效果。同理，采用本发明的脉冲电源及脉冲电场，可以避免电通路达到一定时间时所造成的电场短路(此时电耗最大)和无法送电(导致设备无法操作)的情况。
本发明电脱盐脱水器所处理的含水量比较高或是乳化比较严重的原油，例如可以是含水量为10～30重量％的原油。本发明的电脱盐脱水器在操作过程中，各种未说明的主要操作过程与操作参数(例如操作温度、注水量、破乳剂应用情况、油水混合强度等)，均与现有的电脱盐脱水器基本相同，详细说明从略。
以上对本发明进行了详细说明。本发明图1中，3组电极组合件的结构是相同的，图2仅放大示出了图1中左面的一组电极组合件。此外在图3和图4中，未示出图1中所示入口分配器2。本发明图1至图4中，所有相同的附图标记均表示相同的技术特征。
本发明的电脱盐脱水器主要用于石油加工领域的原油电脱盐脱水，也可用于成品油的电精制。
Claims (3)
1.一种电脱盐脱水器，设有罐体(10)和变压器(6)，罐体(10)的入口端设有入口管(1)和入口分配器(2)，出口端设有出口管(5)，罐体(10)内设有电极组合件，电极组合件沿罐体(10)的轴向设置一组或多组，其特征在于：各组电极组合件由格栅结构的第一电极(8)和第二电极(9)组成，第一电极(8)和第二电极(9)沿罐体(10)入口端至出口端的方向排列，第一电极(8)为与罐体(10)的轴向相垂直的弓形平面电极，第二电极(9)由一个与罐体(10)的轴向相垂直的弓形平面(91)和与该弓形平面(91)相垂直并环绕其周边的圆弧面(92)和底平面(93)所组成，第一电极(8)与第二电极(9)中的弓形平面(91)相邻，所述变压器(6)为脉冲变压器，各组电极组合件中的第二电极(9)与脉冲变压器(6)的输出端相连，第一电极(8)接地。
2.根据权利要求1所述的电脱盐脱水器，其特征在于：第二电极(9)中的弓形平面(91)，其弓形所在圆的圆心位于罐体(10)轴心线的上方。
3.根据权利要求1或2所述的电脱盐脱水器，其特征在于：电极组合件设置1～8组。
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