CN101173182A - 一种新型原油乳状液静电脱水器 - Google Patents

Abstract

高效静电聚结器是一种高效的紧凑型原油乳状液静电脱水设备，用于油田生产过程中的原油脱水。其壳体包括竖直安装的聚结部分和水平布置的沉降分离部分。聚结部分为立式圆筒状结构，内部安装有筒状电极组合件；沉降分离部分位于脱水器下部，卧式罐结构，内部安装有乳液均布器、扰流板和交错波纹聚结板。高压变压器放置于沉降分离部分之上，通过高压绝缘电缆与筒状电极相连。筒状电极包覆有致密绝缘层，可以减小泄漏电流，防止电极之间短路。筒状电极间距小，形成狭窄的流道且流道内产生高强电场。原油乳状液依次经过静电聚结、交错波纹板聚结和扰流板涡流聚结的作用，包含的水滴变大，沉降速度加快，实现了原油和水的快速分离。

Description

一种新型原油乳状液静电脱水器

所属技术领域：

本发明涉及一种高效的紧凑型原油乳状液静电脱水设备，可以促进油包水乳状液中水滴的聚结，并将聚结后形成的游离水沉降分离出来，主要用于油气集输系统的原油脱水和炼油厂电脱盐。

背景技术：

目前典型的电脱水器多为卧式罐结构。网状的裸露金属电极分层布置于罐体上部，间距20～50cm。在相邻的电极上施加不同的电压，其间形成电场。油包水乳状液进入罐体后自下而上穿过电极，在电场的作用下水滴发生电泳聚结、偶极聚结和振荡聚结，体积变大，沉降速度加快，从而促进了油水的分离。

这种电脱水器的电极间距较大，为了达到所需的聚结效果，工作电压通常在20000伏特到30000伏特之间，这对电极绝缘支架和入口绝缘套等部件的绝缘性能提出了很高的要求。这些绝缘部件常常由于严酷的高压冲击、原油中杂质的化学侵蚀和较高的工作温度而失效。因此需要需要定期停机更换损坏或失效的绝缘部件。

随着油田开采的逐步深入，使用裸露的金属电极也会出现很多问题。在油田开采的中后期，化学助剂的使用和原油中较高的含水量会显著增加乳状液的导电性。因此，电极上施加了很高的电压后，电极之间的泄漏电流显著增大，甚至发生短路。电流泄漏的增大会引起电脱水器能耗的增加，而短路现象更会引起电场的崩溃，以至使脱水设备损坏。一般认为，使用裸露电极的电脱水器能处理的乳状液含水量极限为20％。为了避免这种情况，常用的方法是增大电极间距或是对乳状液做预处理以脱去大部分水。增加电极的间距会减小其间的电场强度，对水滴的聚结作用变弱，从而使设备的脱水性能恶化。

目前典型的电脱水器的内部结构也存在一定问题。电极布置于罐体的上部，乳状液由罐体下部向上部流动，而聚结后形成的大水滴在重力沉降的作用下向罐体底部的水层流动。这种布局方式的静电聚结部分和沉降部分在一起，使乳状液的流动方向和水滴沉降方向相反，增加了水滴的沉降时间，降低了脱水效率，不利于电脱水器向高效率、小型化的方向发展。

发明内容：

本发明的目的是提供一种新型的原油乳状液静电脱水器，采用新的结构、电极形式和布置方式，降低脱水器能耗，减少脱水器占地面积，提高脱水效率。

本发明的技术方案通过以下方式实现：

本发明由高压电源、高压绝缘电缆、聚结部分壳体、沉降分离部分壳体、原油乳状液入口、电极组合件、乳液均布器、扰流板、波纹聚结板、气体出口、原油出口、水出口等组成(见附图1)。本发明采用新颖的结构和布局，将脱水器分为竖直安装的聚结部分和水平布置的沉降分离部分。聚结部分位于脱水器上部，为立式圆筒状结构，体积较小，内部安装有电极组件；沉降分离部分位于脱水器下部，卧式罐结构，体积较大，内部安装有乳液均布器、扰流板和波纹聚结板等构件。原油乳状液自聚结部分的顶部流入，流过聚结部分时水滴发生静电聚结，体积变大；聚结后的原油乳状液穿过聚结部分，流入脱水器沉降分离部分。原油乳状液在沉降分离部分流动缓慢，停留时间较长，在内部构件的二次聚结和重力的作用下实现油水分离。分离出的游离水从罐尾底部的出水口流出，净化后的原油从罐尾上部的油出口流出。

本发明采用新型的电极结构，其主要技术特征为：

1.电极为圆筒状，多层电极同轴竖直安装；

2.电极间距较小，仅2cm～5cm，为传统电脱水器电极间距的十分之一；

3.电极表面覆盖有致密绝缘层，各个电极之间相互绝缘；

4.电极上施加的电压仅10千伏～20千伏，为传统电脱水器的一半；

5.电极之间形成环形的流道，原油乳状液流动方向与电场方向垂直。

由于电极间距较小，采用这种技术方案的电极组合件可以在较低的电压下产生高强度电场，而且较低的电压降低了对绝缘材料的耐压强度要求。计算表明，本发明的这种电极结构产生的电场强度可达2000V/cm～5000V/cm，远高于传统网状电极的1000V/cm。高强电场有利于乳状液中的水滴聚结，使水滴的直径显著增大。实验证明，电极上施加8000V的电压时，原油乳状液在电场中停留15秒后，液滴的平均直径增大2倍以上。电极上的致密绝缘层可以有效防止泄漏电流的产生。即使电极之间出现连续的水相，也不会发生短路现象而使脱水器停止工作或者损坏供电设备。

在本发明的沉降分离部分，同样采用多种促进水滴快速聚结的技术方案，包括：采用乳液均布器使流入卧式沉降罐的原油乳状液流速分布均匀，有利于罐内形成均匀的流场；采用竖直安装的扰流板，利用其后形成的漩涡加速水滴的聚结和沉降；采用波纹板聚结构件，利用其内部弯折的流道和对油中水滴的吸附，加速水滴的聚结和沉降。

本发明的一个较好技术方案是使用交错波纹板聚结构件(附图3)，其特征是波纹板交错搭接，其间形成弯折的流道。其作用使原油乳状液的流动方向多次发生改变，促进水滴相互碰撞和水滴与聚结板的碰撞，加速水滴的聚结和沉降。实验表明这种聚结构件对直径大于50微米的水滴有很好的聚结作用。

本发明的有益效果是，实现了静电脱水器中聚结部分和沉降部分的分开设置，克服了传统电脱水器内部原油乳状液流动方向和电场方向平行、水滴沉降方向和乳液流动方向相反的不足，实现了高强电场产生的静电聚结与碰撞、吸附聚结方式对水滴的分步作用，加快了油水分离的速度，实现了静电脱水器结构紧凑、占地减小的技术目标；采用包覆有致密绝缘层的电极极大减小了泄漏电流，消除了电极短路的现象，提高了静电聚结器运行的安全性和稳定性，降低了静电聚结器的能耗。

附图说明：

本发明的目的和特点新颖，参考如下附图和具体实施方式，对本发明的结构布局、运行流程及创新之处进一步说明如下：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的电极组合件结构图；

图3是本发明的交错波纹聚结板结构局部放大图；

其中：

1----原油乳状液进口  2----筒状电极组合件 3----乳液均布器   4-----扰流板

5----交错波纹聚结板  6----水出口         7----原油出口     8----放气口

9----静电脱水器壳体(沉降分离部分)        10----高压变压器

11----静电脱水器壳体(静电聚结部分)       12---高压绝缘电缆 13----上绝缘卡座

14----筒状电极      15----下绝缘卡座     16----钢制电极支架 a---绝缘层  b---金属电极

具体实施方式：

下面将结合附图详述本发明的技术特点：

参见附图1，本发明由原油乳状液进口(1)、筒状电极组合件(2)、乳液均布器(3)、扰流板(4)、交错波纹聚结板(5)、水出口(6)、原油出口(7)、放气口(8)、静电脱水器壳体(9)、高压变压器(10)、静电脱水器壳体(11)、高压绝缘电缆(12)等组成。本发明分为竖直安装的聚结部分(11)和水平布置的沉降分离部分(9)，两者相互焊接形成一体。聚结部分(11)位于脱水器上部，为立式圆筒状结构，体积较小，内部安装有筒状电极组合件(2)；沉降分离部分(9)位于脱水器下部，卧式罐结构，体积较大，内部安装有乳液均布器(3)、扰流板(4)和交错波纹聚结板(5)等构件。高压变压器(10)放置于沉降分离部分(9)之上，与聚结部分(11)相邻，通过高压绝缘电缆(12)与电极组件(2)的电极相连。高压绝缘电缆(12)穿过聚结部分(11)的壳体，且与壳体绝缘良好。

如图2所示，本发明的电极组合件包括上绝缘卡座(13)，筒状电极(14)，下绝缘卡座(15)，钢制电极支架(16)等。本发明采用的筒状电极为复合电极。每个电极由三层构成：中间为金属板卷成的圆筒，圆筒内外分别覆盖有致密的绝缘层。通常金属板的厚度为1～2mm，绝缘层的厚度为2～3mm。金属圆筒的一端焊接有一段导线，在安装时与高压绝缘电缆(12)相连。需要注意的是，在金属圆筒的两端同样需要覆盖有致密绝缘层，使金属电极除导线外的部分都被绝缘材料覆盖。

安装时，多层筒状电极(14)在上、下绝缘卡座(13)、(15)的固定下同轴心竖直放置，各层电极的距离为2～5cm，其间形成环形的流动空间供原油乳状液流过。电极上预留的导线穿过上绝缘卡座(13)卡槽内的小孔与高压绝缘电缆(12)相连。为使相邻的两个电极之间都能产生电场，应该将相邻的两个电极与高压变压器(10)不同的输出端相连。连接完成后需向卡槽和小孔内注入绝缘材料，并将导线接头处用绝缘材料封好，防止发生电流泄漏。多层电极和上、下绝缘卡座安放在钢制电极支架(16)上，下绝缘卡座保证了电极和钢制支架的绝缘。钢制电极支架(16)与静电脱水器壳体(静电聚结部分)用螺栓连接，支撑整个电极组合件的重量。为了静电脱水器的安全运行，脱水器外壳接地，高压变压器的一个输出端对地是高电压，而另一个输出端的对地电压是零伏特。

本发明在运行时，整个静电脱水器壳体(11、9)内部充满液体。高压变压器(10)将输入的380V工业用电经过整流、升压，产生有效值为5000伏特～11000伏特的单相交流电，通过高压绝缘电缆(12)穿过静电脱水器壳体(11)传至内部的筒状电极之上。

本发明的工作过程为：原油乳状液自聚结部分(11)顶部的原油乳状液入口(1)流入，由于流道面积的扩大，流速降低，原油乳状液以均匀的层流状态进入筒状电极组合件(2)的环形流道内。环形流道内部的高强电场促使水滴发生偶极聚结和振荡聚结，水滴体积变大。原油乳状液在电场中的停留时间为15～50秒，随流量的变化而变化。聚结后的原油乳状液穿过聚结部分(11)，通过乳液均布器(3)流入脱水器沉降分离部分(9)。乳液均布器(3)起到分散流动方向的作用，使原油乳状液在整个卧式沉降罐截面上流速分布均匀。沉降分离部分(9)的体积更大，原油乳状液在沉降分离部分(9)的流动更加缓慢，停留时间更长，可达30分钟，但是与传统的电脱水器1～2小时的停留时间相比，仍减小数倍。原油乳状液在沉降分离部分(9)内缓慢的向分离器尾部的原油、水出口(7)、(6)流动，较大水滴在重力作用下快速下沉，在沉降分离部分罐体(9)的底部聚集，形成水层。较小的水滴沉降速度慢，随原油乳状液一起流动，与内部的二次聚结构件接触，加快聚结和沉降速度，实现油水分离。原油乳状液首先需要通过交错波纹聚结板(5)。交错波纹聚结板(5)内的流道曲折，使原油乳状液的流动方向不断发生改变，增加了水滴碰撞和聚结机会。流出交错波纹聚结板(5)的水滴体积变大，沉降速度加快。而在波纹板下游安装的扰流板(4)可以使原油乳状液产生涡流，加快水滴的沉降。最后，原油乳状液在沉降分离部分(9)尾部的空间继续沉降，实现油水分离，达到规定的处理标准。分离出的游离水从罐尾底部的水出口(6)流出，达到含水量标准的原油从罐尾上部的原油出口(7)流出。在处理过程中析出的少量石油气从罐体上部的排气口(8)排出。

Claims (6)

1.一种新型原油乳状液静电脱水器，包括：原油乳状液进口(1)、筒状电极组合件(2)、乳液均布器(3)、扰流板(4)、交错波纹聚结板(5)、水出口(6)、原油出口(7)、排气口(8)、静电脱水器壳体沉降分离部分(9)、高压变压器(10)、静电脱水器壳体静电聚结部分(11)、高压绝缘电缆(12)等组成，其特征是：分为竖直安装的聚结部分(11)和水平布置的沉降分离部分(9)，两者相互焊接形成一体；聚结部分(11)位于脱水器上部，立式圆筒状结构，体积较小，内部安装有筒状电极组合件(2)；沉降分离部分(9)位于脱水器下部，卧式罐结构，体积较大，内部安装有乳液均布器(3)、扰流板(4)和交错波纹聚结板(5)等构件；高压变压器(10)放置于沉降分离部分(9)之上，与聚结部分(11)相邻，通过高压绝缘电缆(12)与电极组件(2)的电极相连。

2.根据权利要求1所述的新型原油乳状液静电脱水器，其特征在于所述的筒状电极组合件(2)是：多层筒状电极(14)在上、下绝缘卡座(13)、(15)的固定下同轴心竖直放置，各层电极的距离为2～5cm，其间形成环形的流动空间供原油乳状液流过；电极上预留的导线穿过上绝缘卡座(13)卡槽内的小孔与高压绝缘电缆(12)相连；多层电极和上、下绝缘卡座安放在钢制电极支架(16)上，下绝缘卡座保证了电极和钢制支架的绝缘；钢制电极支架(16)与静电脱水器壳体(静电聚结部分)用螺栓连接，支撑整个电极组合件的重量。

3.根据权利要求1所述的新型原油乳状液静电脱水器，其特征在于所述的的筒状电极(14)是：电极结构为复合电极，每个电极由三层构成：中间为金属板卷成的圆筒，圆通内外分别覆盖有致密的绝缘层，金属板的厚度为1～2mm，绝缘层的厚度为2～3mm；金属圆筒的一端焊接有一段导线，在安装时与高压绝缘电缆(12)相连；在金属圆筒的两端同样需要覆盖有致密绝缘层，使金属电极除导线外的部分都被绝缘材料覆盖。

4.根据权利要求1所述的新型原油乳状液静电脱水器，其特征在于所述的高压变压器(10)，是放置于沉降分离部分(9)之上，与聚结部分(11)相邻，通过高压绝缘电缆(12)与筒状电极(14)相连；其作用是将输入的380V工业用电经过整流、升压，产生有效值为5000伏特～11000伏特的单相交流电，通过高压绝缘电缆(12)穿过静电脱水器壳体(11)传导至内部的筒状电极之上，在电极之间产生的电场强度达到2000V/cm～5000V/cm。

5.根据权利要求1所述的新型原油乳状液静电脱水器，其特征在于所述的交错波纹聚结板(5)，其特征是波纹板交错搭接，其间形成弯折的流道；其作用是使原油乳状液的流动方向多次发生改变，促进水滴相互碰撞和水滴与聚结板的碰撞，加速水滴的聚结和沉降。实验表明这种聚结构件对直径大于50微米的水滴有很好的聚结作用。

6.根据权利要求1所述的新型原油乳状液静电脱水器，其特征在于所述的沉降分离部分(9)，其特征是位于脱水器下部，卧式罐结构，体积较大，内部安装有乳液均布器(3)、扰流板(4)和交错波纹聚结板(5)等构件；扰流板(4)和交错波纹聚结板(5)可以显著加快水滴的聚结和沉降速度，使原油和水实现分离的时间减小，为传统聚结器的1/2～1/4。

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