CN102895804A - 一种超声波破乳脱水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声波破乳脱水装置，包括罐体、进油口和出油口，罐体内设置有原油分配管和至少两个超声破乳室，相邻两个超声破乳室中间设置有两个与超声破乳室中心线相对应的超声换能器，进油口设置在罐体一侧的上端，出油口设置在罐体另一侧的上端，原油分配管与进油口相连，原油分配管下方设置有加热器，超声破乳室沿罐体内部从左向右设置，其设置高度相同，罐体底部设置至少三个出水口，罐体内于出油口一侧设置有堰板。使用本发明可有针对性的对原油的乳化层进行破乳，使乳化层破乳更充分，提高破乳效率，减轻超声波破乳后使油水二次乳化的副作用。

Description

一种超声波破乳脱水装置
技术领域
本发明属于用物理方法进行油水分离领域，特别涉及一种对油田或炼油厂生产中的原油进行超声波破乳脱水的装置。
背景技术
从油层中开采出来的原油是一种乳状液，含有相当数量的水和盐类物质。开采原油中的含盐溶解水如果不能分离清除，不仅会提高运输成本，加重炼油厂脱水脱盐负担，还会给设备造成严重腐蚀。目前绝大多数生产企业采用电脱水技术，配以一定破乳剂来实现油水分离。但是随着原油的劣质化日趋严重，一些油田已经进入三次开采阶段，原油中的乳化液结构、成分复杂，常规的“电脱”技术在解决此类问题上很难实现深层次破乳，使分离后的原油满足标准的要求。
超声波本质是一种机械振动波，在油、水中有极好的传导性，在结构稳定的乳化液中传导时，能引发介质质点进行交替的压缩与伸张，并造成质点上压力的变化，引起原油中含水微粒不断向波腹或波节运动，在巨大的加速度下，原油中的含水微粒产生碰撞、破裂、聚结的“位移效应”，这种结构性改变使得水滴不断聚结，最终依靠重力分离沉降。
影响超声波破乳效率的因素主要有(1)超声波频率，超声波频率越低，衰减越慢，破乳声场越均匀；(2)超声波声强，超声波声强与传播介质密度、传播速度、频率等相关，声强超过一定范围，聚结的水滴会被击碎，产生二次乳化；(3)超声波辐射时间，超声时间过长，不但消耗能量，也会造成二次乳化。
CN2296230Y公开了一种“原油电场脱水的超声波破乳装置”，它由超声波发生器、超声波作用区、传输电缆和超声波探头组成，超声波作用区是一个其轴线方向与处理液体流动方向一致的圆筒形或方筒形腔体，超声波探头通过法兰安置在与腔体轴线方向一致的作用区外侧壁上，超声波的作用方向与液体的流动方向垂直。
这种破乳装置的缺点是超声波垂直作用于流动的乳化液，并且作用于脱水罐外，作用时间和范围有限，影响了破乳的效果，同时，发射的超声波被对面的腔壁反射，形成超声波之间的叠加或聚焦，强度不易控制，容易引起被处理液体的二次乳化。
CN200920024103.6公布了一种超声波发生装置工具头为糖葫芦状的破乳装置，在腔体的壁上通过法兰安装至少一个超声波发生装置，发生装置工具头设置在腔体内。这种工具头不仅在前端产生向前的超声波，还有环绕工具头棒体向四周发射的横向和纵向超声波。
虽然此超声波破乳装置比单纯的一维超声作用传播面更广，范围更大。但是这种全方位的超声波传递方式却将自然分层的油水界面二次乳化，而不是仅仅将超声波集中在破乳区进行集中破乳，由此也带来了耗能，和二次乳化的缺点。
发明内容
本发明的目的是针对现有超声波破乳技术存在超声波作用区域小、破乳不充分以及破乳后二次乳化等缺点，而提供一种结构合理，使超声波在设定的破乳室内有针对性的对原油的乳化层进行破乳，使乳化层破乳更充分，提高破乳效率，减轻超声波破乳后使油水二次乳化的副作用。
本发明提供一种超声波破乳脱水装置，其技术方案是：
一种原油超声波破乳脱水装置，包括罐体、封头、进油口和出油口，其特征在于：罐体内设置有原油分配管和至少两个超声破乳室，相邻两个超声破乳室中间设置有两个与超声破乳室中心线相对应的超声换能器，进油口设置在罐体一侧的上端，出油口设置在罐体另一侧的上端，原油分配管与进油口相连，原油分配管下方设置有加热器，超声破乳室沿罐体内部从左向右设置，其设置高度相同，罐体底部设置至少三个出水口，罐体内出油口一侧设置有堰板。
本发明进一步特征在于：所述罐体为圆柱形卧式罐体，罐体和封头之间采用法兰连接固定。
本发明进一步特征在于：所述罐体内设置有两个超声破乳室、三个出水口，进油口设置在罐体左侧时，第一个出水口设置在进油口与最左边超声破乳室之间，第二个出水口设置在两个超声破乳室之间，第三个出水口设置在堰板右边；进油口设置在罐体右侧时，第一个出水口设置在进油口与最右边超声破乳室之间，第二个出水口设置在两个超声破乳室之间，第三个出水口设置在堰板左边。
本发明进一步特征在于：所述进油口设置在罐体左侧时，堰板设置在出油口和最右边超声破乳室之间；进油口设置在罐体右侧时，堰板设置在出油口和最左边超声破乳室之间。
本发明进一步特征在于：所述堰板距离出油口200mm～1m，优选200mm～400mm。
本发明进一步特征在于：所述罐体材质为碳钢结构，罐体外层包有保温层。
本发明进一步特征在于：所述最左边超声破乳室设置在罐体长度的左1/3处，最右边超声破乳室设置在罐体长度的右1/3处。
本发明进一步特征在于：所述超声换能器开口为喇叭形、方形或圆形，优选喇叭形。
本发明进一步特征在于：所述超声破乳室的破乳室单个孔通道截面为椭圆形，长轴(即高度方向)为短轴长度(即水平方向)的2倍。
本发明进一步特征在于：所述超声破乳室的开孔率为30～40％。
本发明进一步特征在于：所述超声换能器采用从上部吊挂的方式安装于两个超声破乳室之间，两个超声破乳室中间的超声换能器设置方向相反，超声换能器开口与超声破乳室相对，两个超声换能器之间的距离为500～800mm，超声换能器与相应超声破乳室之间的距离一般为300～800mm。超声换能器的换能器端采用喇叭形开口，使超声波发射的范围控制在破乳室的通道中。
本发明进一步特征在于：所述超声换能器为压电陶瓷超声波换能器或磁致伸缩超声波换能器；换能器的发生轴线与油品主流动方向同轴。
本发明进一步特征在于：所述超声波换能器的超声波在破乳作业区的辐射时间为20min之内，超声波声强1.5～2.0W/cm2，工作频率18KHz～36KHz。
本发明进一步特征在于：所述堰板高度与超声破乳室上部齐平。
本发明进一步特征在于：所述加热器为蛇形管。
本发明进一步特征在于：所述支撑板为弓形扇面，高度为罐体高度的1/3。
本发明与现有技术相比，本发明由于采用现有的超声振动系统，电声换能器为压电陶瓷或磁致伸缩方式，超声波沿破乳室轴线方向水平发射。在乳化液经过破乳室通道21中后，实现了乳化液的短暂空间分离。破乳室是置于罐体中部的长方体。制作材料为聚四氟乙烯，环氧树脂等材料。沿轴向水平方向穿孔，使乳化液可以通过。该破乳室具有三个功能：第一，破乳室实现了乳化液的分流，在超声波的作用下，一方面使得乳化液超声波破乳更充分，另一方面每个空心管还起到了微型重力分离器的作用；第二，破乳室的水平通道总体上使超声波的按照水平方向传播，避免了超声波在整个罐体内的反射、折射，减轻了二次乳化；第三，破乳室的设计采取了两段设置，两段破乳室中间设置方向相反的超声波换能器，即避免了两个声波的叠加和干涉，又使得破乳区集中在整个罐体中部，由于超声波的衰减使得整个破乳区的出口超声效果降低，避免了二次乳化。
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。
附图及附图说明
图1是本发明原油超声波破乳脱水装置轴向的剖视图。
图2是图1中的A-A剖视图。
图中所示标记为：
1-罐体，2-进油口，3-原油分配管，4-封头，5-第一超声破乳室，6-第二超声破乳室，7-第一超声换能器，8-第二超声换能器，9-出油口，10、11、12-出水口，13-堰板，14-分配沉降区，15-原油破乳作业区，16-油水分离混合区，17-分离水沉降区，18-加热器，19-支撑板，21-破乳室通道。
具体实施方式：
如图1和图2所示，图1中所示罐体1为圆柱形卧式结构，罐体1内设置有两个超声破乳室、两个超声换能器和三个出水口。原油超声波破乳脱水装置包括罐体1、封头4、进油口2和出油口9，罐体1内设置有原油分配管3、两个超声破乳室和两个超声换能器，进油口2设置在罐体1左侧的上端，出油口9设置在罐体右侧的上端，原油分配管3与进油口2相连，原油分配管3下方设置有加热器18，两个超声破乳室沿罐体1内部从左向右设置，左边为第一超声破乳室5，右边为第二超声破乳室6，第一超声破乳室5和第二超声破乳室6的设置高度相同，第一超声破乳室5和第二超声破乳室6之间从左向右依次设置第一超声换能器7和第二超声换能器8，且两个超声换能器的高度与两个超声破乳室中心线相对应，
第一超声换能器7和第二超声换能器8的开口可以为喇叭形、方形或圆形，优选喇叭形，第一超声换能器7的开口正对第一超声破乳室5，第二超声换能器8的开口正对第二超声破乳室6。
所述进油口2与第一超声破乳室5之间设置出水口10，第一超声破乳室5和第二超声破乳室6之间设置出水口11，出油口9与第二超声破乳室6之间设置出水口12。
罐体1内出油口9和第二超声破乳室6之间设置有堰板13，堰板13距离出油口200mm～1m，优选200mm～400mm，堰板13的高度与超声破乳室上部齐平。
罐体1和封头4之间可以采用法兰连接固定。
所述罐体1材质推荐使用碳钢结构，罐体外层包有保温层。
所述第一个超声破乳室5设置在罐体1长度的左1/3处，第二个超声破乳室6设置在罐体1长度的右1/3处。
所述第一超声破乳室5和第二超声破乳室6上的单个破乳室通道21截面为椭圆形，长轴(即高度方向)为短轴长度(即水平方向)的2倍，超声破乳室的开孔率为30～40％。
所述第一超声换能器7和第二超声换能器8均采用从上部吊挂的方式安装于第一超声破乳室5和第二超声破乳室6之间，第一超声换能器7和第二超声换能器8之间的距离一般为500～800mm，第一超声换能器7和第一超声破乳室5之间的距离与第二超声换能器8和第二超声破乳室6之间的距离相同，一般为300～800mm。
罐体1内从左向右可以分为四个区，即分配沉降区14、原油破乳作业区15、油水分离混合区16和分离水沉降区17，第一超声破乳室5的左边为分配沉降区14，第一超声破乳室5和第二超声破乳室6之间为原油破乳作业区15，第二超声破乳室6与堰板13之间为油水分离混合区16，堰板13右边为分离水沉降区17。
如图1所示，原料油从罐体1左上部的进油口2进入，经过原油分配管3进入罐内，再经加热器18加热至50～60℃，从左向右依次经过分配沉降区14，原油破乳作业区15，油水分离混合区16，最终水从分离水沉降区17排出，经脱水后的原料油从罐体1的右上部的出油口9排出。
第一超声破乳室5和第二超声破乳室6主要构件使用的材料均为环氧树脂，在真空下整体浇注成型。环氧树脂破乳室是由多块组件在罐内拼装完成的结构。这种单个组件的规格一般为800mm×500mm×500mm(长×宽×高)。模块组件之间用螺栓固定，拼装完成后的模块外侧使用碳钢外套固定在支撑板19的上部。支撑板19为弓形扇面，高度为罐体1垂直高度的1/3，支撑板19的圆弧边和罐体1焊接在一起，其直边和超声破乳室的碳钢外套焊接相连。
第一超声换能器7和第二超声换能器8均为压电陶瓷超声波换能器或磁致伸缩超声波换能器；换能器的发生轴线与油品主流动方向同轴。超声波换能器产生的声强、频率等代表超声波特性的运行参数，直接影响原油的破乳脱水效果。超声波在破乳作业区的辐射时间应控制在20min之内，超声波声强1.5～2.0W/cm2，工作频率一般在低频范围内选择，即18KHz～36KHz范围内。油水混合区沉降时间不小于30min。
罐体1下部的三个出水口10、11和12可以通过开关阀的开度控制油水界位高度。加热器18为蛇形管，盘绕在罐体1下部。

Claims (17)

1.一种超声波破乳脱水装置，包括罐体、封头、进油口和出油口，其特征在于：罐体内设置有原油分配管和至少两个超声破乳室，相邻两个超声破乳室中间设置有两个与超声破乳室中心线相对应的超声换能器，进油口设置在罐体一侧的上端，出油口设置在罐体另一侧的上端，原油分配管与进油口相连，原油分配管下方设置有加热器，超声破乳室沿罐体内部从左向右设置，其设置高度相同，罐体底部设置至少三个出水口，罐体内出油口一侧设置有堰板。
2.根据权利要求1所述的超声波破乳脱水装置，其特征在于：所述罐体为圆柱形卧式罐体，罐体和封头之间采用法兰连接固定。
3.根据权利要求1所述的超声波破乳脱水装置，其特征在于：所述罐体内设置有两个超声破乳室、三个出水口，进油口设置在罐体左侧时，第一个出水口设置在进油口与最左边超声破乳室之间，第二个出水口设置在两个超声破乳室之间，第三个出水口设置在堰板右边；进油口设置在罐体右侧时，第一个出水口设置在进油口与最右边超声破乳室之间，第二个出水口设置在两个超声破乳室之间，第三个出水口设置在堰板左边。
4.根据权利要求1所述的超声波破乳脱水装置，其特征在于：所述罐体材质为碳钢结构，罐体外层包有保温层。
5.根据权利要求1或2或3所述的超声波破乳脱水装置，其特征在于：所述最左边超声破乳室设置在罐体长度的左1/3处，最右边超声破乳室设置在罐体长度的右1/3处。
6.根据权利要求1或2或3所述的超声波破乳脱水装置，其特征在于：所述进油口设置在罐体左侧时，堰板设置在出油口和最右边超声破乳室之间；进油口设置在罐体右侧时，堰板设置在出油口和最左边超声破乳室之间。
7.根据权利要求6所述的超声波破乳脱水装置，其特征在于：所述堰板距离出油口200mm～1m。
8.根据权利要求7所述的超声波破乳脱水装置，其特征在于：所述堰板距离出油口200mm～400mm。
9.根据权利要求1所述的超声波破乳脱水装置，其特征在于：所述超声破乳室的破乳室单个孔通道截面为椭圆形，长轴为短轴长度的2倍。
10.根据权利要求1或2或3所述的超声波破乳脱水装置，其特征在于：所述超声破乳室的开孔率为30～40％。
11.根据权利要求1所述的超声波破乳脱水装置，其特征在于：所述超声换能器采用从上部吊挂的方式安装于两个超声破乳室之间，两个超声破乳室中间的超声换能器设置方向相反，超声换能器开口与超声破乳室相对，两个超声换能器之间的距离为500～800mm，超声换能器与相应超声破乳室之间的距离为300～800mm。
12.根据权利要求1所述的超声波破乳脱水装置，其特征在于：所述超声换能器开口为喇叭形、方形或圆形。
13.根据权利要求1或12所述的超声波破乳脱水装置，其特征在于：所述超声换能器开口为喇叭形。
14.根据权利要求1所述的超声波破乳脱水装置，其特征在于：所述超声换能器为压电陶瓷超声波换能器或磁致伸缩超声波换能器；换能器的发生轴线与油品主流动方向同轴。
15.根据权利要求1所述的超声波破乳脱水装置，其特征在于：所述堰板高度与超声破乳室上部齐平。
16.根据权利要求1所述的超声波破乳脱水装置，其特征在于：所述加热器为蛇形管。
17.根据权利要求1所述的超声波破乳脱水装置，其特征在于：所述超声破乳室用支撑板固定在罐体上，支撑板为弓形扇面，高度为罐体高度的1/3。
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