CN102382674B - 一种电脱盐脱水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电脱盐脱水装置，以解决现有的电脱盐脱水装置对原油的脱盐脱水效果不佳，以及易产生油水界面扰动等缺点。该装置罐体内设有一个或多个沿罐体的轴向按顺序排列的第一电极和第二电极，并以第一电极结束，第一电极为由内向外至少2层横截面呈弓形且与罐体轴向垂直的极板组成，第二电极为由封闭的半鼠笼形电极和/或栅格片状结构电极组成的组合电极，半鼠笼形电极由与罐体轴向相垂直的两弓形平面以及与该弓形平面相垂直并环绕其周边的圆弧面和底平面组成，栅格片状结构电极为与罐体轴向相垂直的弓形平面电极。

Description

一种电脱盐脱水装置

技术领域

本发明属于烃油脱水领域，更具体的说是涉及一种适用于油田及炼油厂含水烃油脱盐脱水的多级高效脉冲电脱盐脱水装置。

背景技术

随着原油深度开采，国内外原油都有重质化和劣质化的发展趋势，具体表现为密度大、酸值高、金属含量高、胶质沥青质含量高，同时为了便于开采和输送，加入了各种油田助剂，造成原油乳化严重，脱盐脱水困难。同时，随着原油加工企业规模的不断扩大，原油品种不断增加，原油质量相差较大，造成原油电脱盐装置运行不稳定。为了保证电脱盐达到规定的技术指标，企业不得不采用多级电脱盐，以达到深度脱盐的效果。然而，现有的电脱盐装置大多数为一个电脱盐罐只能实现单级电脱盐，并不能实现多次注水洗盐的目的，对现有的大多数炼厂加工的原油很难达到深度脱盐的要求；要想实现原油深度脱盐，必须采用两个或者两个以上电脱盐罐相互串联的多级电脱盐形式，才能达到原油深度脱盐的效果，设备费用高、占地面积大、处理量小、能耗高。

中国专利CN 2311493Y公开了一种多级分散聚结原油电脱盐脱水设备，其特征是采用防爆全阻抗电脱盐变压器，在电脱盐罐内安装有三层水平电极板，在水平电极板上、下方各安装有挡流板，上挡流板上方安装有可变场强垂直极板，在上挡流板和垂直极板间安装有若干根设有喷嘴的逆向注水管，水平极板间设有进料分配器。油水混合物从电脱盐脱水装置罐体底部进入，并由进料分配器直接分布在水平电极板间，在电场的作用下，油水混合物中的小水滴聚结成大水滴进行沉降；经一次脱盐脱水处理后的原油流出水平电极板并向上流升，并与逆向注水管喷嘴喷出的毛细新鲜水滴相接触，对原油进行二次洗涤，然后进入可变场强垂直极板的强电场区域，对原油进行二次脱盐脱水处理，脱出的水从罐底排出，净化原油通过罐顶的集合器出装置。由于电脱盐罐内安装有水平电极板和垂直吊挂电极板，两种不同电极板间还安装有逆向注水管和挡流板，在沿罐体竖直方向上的空间分布过大，使水平电极板底部位置过低，限制了油水界面的提升，影响电脱盐装置的稳定运行。此外，该专利同时采用了两种不同形式的电极板，极板面积增大，电脱盐脱水装置的电耗会明显增加。

美国专利USP 4374724和USP4511452公开了一种多级电脱盐脱水装置，其特征是罐体内安装有多层水平电极板，相邻两层电极板之间都形成强电场，并且各层极板间流体的沿罐体径向水平流动。油水混合物通过位于电脱盐脱水罐体径向一边的第一级进料分配器进入最下层电场，水平流动通过最下层电场的原油通过位于罐体内与上述进料分配器相对一边的集油器从罐体抽出，再经混合器与新鲜水混合后作为下一级电场的进料，然而再通过与第一级进料分配器位于同一边的第二级进料分配器进入下一电场；如此循环通过若干级电场，以实现对原油的多级电脱盐脱水处理。净化原油通过位于罐体顶部的集油器从罐顶抽出，水从位于罐体底部的出水口抽出。由于采用的是在不同水平极板间单独处理原油，下层电场处理后的原油抽出后与水混合，再作为上层电场的进料，影响装置处理原油的能力；此外，由于极板为栅格或带孔结构，并且水平极板间的电场相互层叠，上层电场中聚结的水滴会穿过下层极板进入下层电场，因此不易实现多级电脱盐脱水。

美国专利USP 4606801公开了一种新型的电混合/分离装置，其特征是采用负载相应控制器和电脱盐变压器，罐内安装有可变场强的垂直悬挂栅型电极板，在垂直极板上方安装有稀释水集管。原油从位于电脱盐脱水装置罐体底部水相中的进料分配器进入，由下而上流动，稀释水从垂直电极板顶部的稀释水集管喷出，与原油形成逆流。电极板与电极板之间形成直流电场，垂直电极板的下端与油水界面之间形成交流弱电场，负载相应控制器根据检测到的负载信号周期性的调节变压器的输出电压，以改变电极板间的电场强度。原油和水进入电极板间，在强电场的作用下，大水珠分散成小水珠，并与原油中的盐接触，随着电极板间的电场强度下降，在电场的作用下，油水混合物中的小水滴又聚结成大水滴进行沉降；原油与稀释水多次接触，并在周期性变化的电场作用下，使水在原油中经历多次分散、聚结和沉降过程，对原油进行脱盐；脱出的水从罐底排出，净化原油通过罐顶的集合器出装置。由于垂直极板底部与油水界面间形成的交流电场，使小水珠在电极板底部不停的扰动，不利于水滴的沉降；另外，原油由下向上的流动方式与水滴的沉降方向相反，由于原油的粘性，将会阻碍水滴的沉降速度，降低油水的分离效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种电脱盐脱水装置，以解决现有的电脱盐脱水装置对原油的脱盐脱水效果不佳，以及易产生油水界面扰动等缺点。

本发明采用的技术方案是：一种电脱盐脱水装置，设有罐体和变压器，罐体的入口端设有原油入口管和进口分配器，出口端设有原油出口管和原油收集器，罐体内设有一个或多个栅格结构的第一电极和第二电极，并分别用绝缘支撑及吊挂固定在罐体上，其特征在于：第一电极和第二电极沿罐体轴向由入口端至出口端顺序排列，出口端排列第一电极，其中第一电极为由内向外至少2层横截面呈弓形且与罐体轴向垂直的极板组成，第二电极为由封闭的半鼠笼形电极和/或栅格片状结构电极组成的组合电极，其中半鼠笼形电极由与罐体轴向相垂直的两弓形平面以及与该弓形平面相垂直并环绕其周边的圆弧面和底平面组成，栅格片状结构电极为与罐体轴向相垂直的弓形平面电极。

本发明进一步特征在于：所述第二电极为由内向外至少两个结构相同而大小不同的半鼠笼形电极相套而成。

本发明进一步特征在于：所述第二电极为至少两个沿同一轴线排列的栅格片状结构电极组成。

本发明进一步特征在于：所述第二电极为至少一个半鼠笼形电极内套至少一个栅格片状结构电极。

本发明进一步特征在于：所述第一电极和第二电极中间设有逆向注水分配器，其上开有与流体流动方向相反的喷嘴或孔。

本发明进一步特征在于：所述变压器为脉冲变压器，各个电极中的不同层极板分别与脉冲变压器输出的两极相连接。

本发明适用于原油、成品油、污油以及人造油的脱盐、脱水等工艺，具有快速脱盐脱水、节省电耗的优点，特别适合于油田原油预脱水、炼油厂原油电脱盐。

本发明提供的电脱盐脱水装置与现有技术相比具有如下优点：

1)本发明第一电极中存在一个强的电场，可将含盐含水烃油中最小的水珠进行有效的聚结，第二电极中存在一个可变的超强电场，能够有效分散从注水管喷出的细小水滴，与烃油中剩余的水充分接触，稀释烃油中剩余的水，达到进一步脱除烃油中剩余的盐的目的，同时能减少破乳剂的使用量。

2)本发明根据罐体的尺寸可设置多个按顺序排列的第一电极和第二电极，含盐含水烃油经油水分配器进入第一个第一电极的强电场进行脱水后，经过第一个第二电极的超强电场，再与稀释水充分混合，做为第二个第一电极处理的原料，依此类推，含盐含水烃油经过多次重复脱盐脱水一分散混合一脱盐脱水过程，有效脱除烃油中所含的盐。在烃油含盐量较小的情况下，本发明能够提供多级脱盐效率而不用过多的投资及占地面积，可节省投资和降低运行成本。

3)本发明使用的电极板底部为平面，上部为圆弧形，使电极件与罐体、电极件与电极件以及电极件与油水界面之间均能形成稳定的均匀电场空间，并且在电极件底平面与油水界面之间能维持一个稳定的单向直流电场，可以大幅度提高电场的脱水效率，避免现有技术中垂直极板与油水界面形成的“点、面”之间的不稳定电场；同时与传统的鼠笼式电脱盐装置相比，减少了电脱盐罐内部极板的面积和总重量，降低了能耗和设备成本。

4)本发明采用逆向注水分配器，可反流向注水，增加稀释水和微粒的接触，减小稀释水用量，另外稀释水还可以循环使用，降低耗水量，减少废水的产生量。

5)本发明采用脉冲变压器，脉冲变压器输出脉冲电压，电极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烃油时，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烃油中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，保证烃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。

6)本发明的电极结构简单、油水分离效率高、设备投资少、能耗低、操作灵活方便。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但并不限制本发明的范围。

附图及附图说明

图1为本发明一种由3个第一电极和2个第二电极按顺序组合而成的电脱盐脱水装置沿轴向的剖面结构示意图。

图2为本发明第一电极横截面结构示意图。

图3为本发明第一电极的透视图。

图4为本发明不同形式的第二电极的透视图。

图5为本发明逆向注水分配器结构示意图。

图中：1-原油入口管，2-进口分配器，3-第一电极，4-逆向注水分配器，5-第二电极，6-高压电引入装置，7-变压器，8-带绝缘层的金属导线，9-原油收集器，10-原油出口管，11-排水管，12-注水入口管，13-罐体，14-绝缘吊挂，15、16-弓形支撑圈，17-外层电极，18-里层电极，19、20、22-栅格片状电极，21-半鼠笼形电极。

具体实施方式

如图1所示，一种由3个第一电极3和2个第二电极5按顺序组合而成的电脱盐脱水装置，设有罐体13和变压器7，罐体13的入口端设有原油入口管1和进口分配器2，出口端设有原油出口管10和原油收集器9，罐体13内设有多个栅格结构的第一电极3和第二电极5(图1所示为3个第一电极3和2个第二电极5)，并沿罐体13入口端至出口端的方向按顺序排列，且以第一电极3结束，即罐体13的出口端为第一电极3。

图1-图3中所示第一电极3为由内向外2层横截面呈弓形且与罐体13轴向垂直的极板组成。第一电极3由角钢弯制而成的大弓形支撑圈15和小弓形支撑圈16，支撑圈15、16之间用聚四氟绝缘吊挂14连接起来，然后用聚四氟绝缘吊挂14将支撑圈16固定在罐体13上，用U型管卡将钢管分别固定在水平设置的两组/三组支撑圈15、16上，将支撑圈15、16接起来，组成第一电极3。

图1和图4中所示的第二电极5为由封闭的半鼠笼形电极和/或栅格片状结构电极组成的组合电极，其中半鼠笼形电极为与罐体13轴向相垂直的两个弓形平面以及与该弓形平面相垂直并环绕其周边的圆弧面和底平面组成，半鼠笼形电极的弓形平面与电极组合件中的第一电极3相邻，栅格片状结构电极为与罐体13轴向相垂直的弓形平面电极。

图4中的图A为由内向外两个结构相同而大小不同的封闭的半鼠笼形电极内外相套而成的第二电极5，且各平面都相互平行。半鼠笼形电极为由角钢弯制而成两相同的弓形支撑圈，两支撑圈之间及各端面用钢管平行焊接或用U型管卡固定成封闭式栅格电极，里层电极18与外层电极17结构相同而大小不同，里层电极18和外层电极17之间用聚四氟绝缘吊挂14连接起来，然后再用聚四氟绝缘吊挂14将第二电极5固定在罐体13上。

图4中的图B为由两个结构和大小相同的栅格片状电极19、20组成的第二电极5。栅格片状结构电极平行排列组合，它们是由角钢弯制而成两个弓形支撑圈，并用钢管焊接成平面栅格结构，然后分别用聚四氟绝缘吊挂14将栅格片状电极19、20固定在罐体13上。

图4中的图C为一个封闭的半鼠笼形电极21内套一个栅格片状结构电极22组成的第二电极5，栅格片状结构电极22与图4-B中的栅格片状电极19大小不同、结构相同，用聚四氟绝缘吊挂14将栅格片状结构电极22固定在半鼠笼形电极21上，然后再用聚四氟绝缘吊挂14将半鼠笼形电极21固定在罐体13上。

第一电极3和第二电极5中间设有逆向注水分配器4，罐体13上开有注水入口管12，逆向注水分配器4在与流体流动相反的方向上设有若干个喷嘴或开有若干个孔。

变压器7为脉冲变压器，当第二电极5为图4-A和图4-C中的结构时，其里电极和外电极分别用带绝缘层的金属导线8与第一电极3的内层和外层相连接；当第二电极5为图4-B栅格片状电极时，栅格片状电极19、20分别用带绝缘层的金属导线8与第一电极3的内层和外层相连接，然后第一电极3的内层和外层电极通过高压引入装置6分别与变压器7的两极相连接。

本发明专利实现多级分散聚结过程是：

如图1所示，原油、破乳剂和新鲜水混合物经进原油入口管1和进口分配器2均匀分配到罐体13内，原油水平流动，进入第1个第一电极3。第一电极3顶部场强为1000～3000V/cm，水平电场强度可为600～2000V/cm，电极与油水界面之间垂直电场强度最小，可为500～800V/cm。油水混合物进入第一电极3后，原油中的水滴经过强电场的极化后，小水滴已经聚结成大水滴，进入无电场，进行自由沉降，此时原油中大部分水沉降出来。经第一电极3脱盐脱水处理后的原油水平流动，经过逆向注水分配器4，新鲜水经注水入口管12进入逆向注水分配器4，经逆向注水分配器4上的喷嘴或孔喷出小水滴，分散在水平流动的油流中。分散在水平流动的油流中的小水滴经过第1个第二电极5，第二电极5的电场强度为3500～6000V/cm，小水滴经过超强电场后，在电场的做用下，分散成细小的水滴，与原油充分的混合，然后再进入第2个第一电极重复进行聚结沉降，原油经过2次脱盐脱水-混合的过程，最后经过第3个第一电极进行脱盐脱水，从而将原油中溶解在水中的盐一并脱除，经过多级脱盐脱水处理后的原油，经电脱盐罐上部的原油收集器9，由原油出口管10抽出，脱盐脱水后的污水从罐体13底部的排水管11排出。

本发明中，由于电脱盐罐内的电极栏由第一电极3和第二电极5组成，因此可沿罐体13轴向布置多个第一电极3和第二电极5，并根据装置处理量的大小以及罐体的长度来确定第一电极3和第二电极5的个数。当原料含盐量和含水量比较高，或者是对脱盐率及脱水率要求比较高时，应相对多布置第一电极3和第二电极5的个数。根据不同工艺条件的要求，罐内电极件由多台变压器供电时，电场强度也可沿物料流动方向合理布置，以降低电流，节省电耗。

Claims (6)

1.一种电脱盐脱水装置，设有罐体和变压器，罐体的入口端设有原油入口管和进口分配器，出口端设有原油出口管和原油收集器，罐体内设有一个或多个栅格结构的第一电极和第二电极，并分别用绝缘支撑及吊挂固定在罐体上，其特征在于：第一电极和第二电极沿罐体轴向由入口端至出口端顺序排列，出口端排列第一电极，其中第一电极为由内向外至少2层横截面呈弓形且与罐体轴向垂直的极板组成，第二电极为由封闭的半鼠笼形电极和/或栅格片状结构电极组成的组合电极，其中半鼠笼形电极由与罐体轴向相垂直的两弓形平面以及与该弓形平面相垂直并环绕其周边的圆弧面和底平面组成，栅格片状结构电极为与罐体轴向相垂直的弓形平面电极，所述第一电极和第二电极中间设有逆向注水分配器。

2.根据权利要求1所述的电脱盐脱水装置，其特征在于：所述第二电极为由内向外至少两个结构相同而大小不同的半鼠笼形电极相套而成。

3.根据权利要求1所述的电脱盐脱水装置，其特征在于：所述第二电极为至少两个沿同一轴线排列的栅格片状结构电极组成。

4.根据权利要求1所述的电脱盐脱水装置，其特征在于：所述第二电极为至少一个半鼠笼形电极内套至少一个栅格片状结构电极。

5.根据权利要求1所述的电脱盐脱水装置，其特征在于：所述逆向注水分配器上开有与流体流动方向相反的喷嘴或孔。

6.根据权利要求1所述的电脱盐脱水装置，其特征在于：所述变压器为脉冲变压器，各个电极的不同层极板分别与脉冲变压器输出的两极相连接。

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