CN103520958B - 一种串/并联可调的超声波罐式破乳的方法 - Google Patents

Abstract

一种串/并联可调的超声波罐式破乳的方法，在油水乳化物储罐中间管道上或油水乳化物进罐前的管道上，串/并联安装至少2个超声波破乳罐，设置单组超声波换能分布装置，超声波分布器设置在超声波破乳罐内，通过管路连接，阀门调节实现全串联、全并联或并联—串联联合的任意变换的超声波破乳作用，完成油水乳化物的脱水。该装置及方法操作功能多，便于安装，内部结构简单，适用于油田或炼油厂罐式破乳脱水的场合，尤其适用于复杂多变的油水乳化物需要多级串联、并联延长超声波作用时间或并联-串联联合作用的多用途要求的场合。

Description

一种串/并联可调的超声波罐式破乳的方法

技术领域

一种串/并联可调的超声波罐式破乳的方法，属于石油化工技术设备领域。

背景技术

近年来，随着石油资源逐渐减少和人们对石油产品需求的不断增加，促使油田企业采取多种增产措施，动用了过去难以开采的原油储量，广泛应用三次采油技术，如聚合物驱、多元复合驱、表面活性驱、碱驱、二氧化碳驱、稠油热采等技术的大量应用，导致重质化劣质化的原油的乳化加剧，乳化结构稳定，采用传统的热化学手段很难快速达到有效的油水分离的目的。

原油中的水、表面活性剂、三采助剂及天然极性物质，在机械作用下，形成了油包水（w/o）、水包油（o/w）、多重嵌套式（w/o/w与o/w/o）等多种形式的稳定乳化结构，进行油水分离的关键是怎样使油水乳化物结构改变而破乳。多年来，原油破乳技术的研究大多只限于化学破乳剂的研究上，对不同种类的原油有较大的局限性，而且破乳剂的应用具有诸多的生产与环保问题：导致生产成本上升，造成排水的含油量和COD值上升，直接影响后续污水处理的正常进行和达标排放。目前，在油田或炼油厂，常常采用含水的乳化原油在待处理罐中加热或加注破乳剂的方式破乳，进行沉降脱水。超声波是近年来发展迅速的物理破乳手段，具有投资小、运行成本低、性能可靠、寿命长、节能、环保等特点。对于工业适用的可靠稳定的超声波发生器与换能器，最大的输出功率只能达到5kW左右，实际应用中，能长周期稳定运行的额定功率只有3kW左右。超声波破乳功率小不能满足大处理量的生产要求，采用较大功率超声波则辐射面小，声强局部过大易于引起乳化。对于乳化程度高、破乳难度大的油水乳化物的破乳，生产中需要采用依次逐级的多级破乳，才能达到均匀有效的破乳效果；超声波破乳需要在均匀声强的作用下，延长超声波的作用时间，才能达到长时间有效的破乳效果；多级超声波破乳的不同级采用不同的作用时间或不同的超声波作用强度，可达到有效的破乳效果。

本申请人的授权公告号为CN201558576U的实用新型专利《一种超声波使油水乳化物破乳的装置》，及其同日申请发明专利申请号为CN200910180669.2的《一种超声波使油水乳化物破乳的方法和装置》，发明了一种超声波罐式破乳的装置及方法，其特征在于：在原料储罐或沉降罐内在油水乳化物重力沉降方向上设置一个或多个超声波发生器。其装置直接对原料储罐或沉降罐进行改装，由于原料储罐或沉降罐的上封头为外凸式结构，其缺陷是超声波换能器伸入超声波破乳罐中需要较长的变幅杆长度，直接影响了电声效率，超声波分布器产生的超声波不能有效的作用油水乳化物；该装置使用时需临时对原料储罐或沉降罐进行改装，以装入多个超声波发生器。超声波分布器直接作用于油水乳化物而产生死角或短路现象，设备结构复杂，检维修不方便，制造成本高，重复利用性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种串联、并联、并联—串联联合的选择切换方便、灵活的一种串/并联可调的超声波罐式破乳的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该一种串/并联可调的超声波罐式破乳的方法，其特征在于，其具体实施步骤为：油水乳化物通过原油泵泵送入串/并联可调的超声波破乳罐装置内，通过开、关各阀门调节油水乳化物通过各超声波破乳罐的顺序，进行超声波破乳，破乳温度为20~100℃，超声波作用频率为40~200kHz，超声波强为0.05~0.4W/cm²；破乳后的油水乳化物导入沉降脱水罐再进行沉降脱水。

所述的油水乳化物为含水原油或污油含水。

所述的串/并联可调的超声波破乳罐装置为多个串/并联安装的超声波破乳罐，所述超声波破乳罐的顶部中间位置安装有超声波换能分布装置，超声波换能分布装置通过功率线缆与超声波发生器相连接，串/并联可调的超声波破乳罐装置通过进料管路与沉降脱水罐联接。

所述的串/并联连接的超声波破乳罐为各超声波破乳罐的进料口均以管路连接为同一的总进料口，各超声波破乳罐的出料口均以管路连接成同一的总出料口，各超声波破乳罐出料口以管路连接下一超声波破乳罐的进料口形成串联，各管路上均设置阀门。

具体的，所述进料管路的串/并联安装的超声波破乳罐为2个超声波破乳罐时，包括第一超声波破乳罐、第二超声波破乳罐、第一阀门、第二阀门、第三阀门、待处理罐、沉降脱水罐；待处理罐出料口分别与第一超声波破乳罐的进料口和第二超声波破乳罐的进料口以管路连接，其中在与第二超声波破乳罐的出料口连接的管路上设置第一阀门，第一超声波破乳罐的出料口与第二超声波破乳罐的进料口之间的管路上设置第二阀门，第一超声波破乳罐的出料口与第二超声波破乳罐的出料口之间的管路上设置第三阀门，第二超声波破乳罐的出料口与沉降脱水罐的进料口以管路连接。

具体的，所述进料管路的串/并联安装的超声波破乳罐为3个超声波破乳罐时，包括第一超声波破乳罐、第二超声波破乳罐、第三超声波破乳罐、沉降脱水罐、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门；第一超声波破乳罐的进料口分别与第二超声波破乳罐的进料口和第三超声波破乳罐的进料口以管路连接，管路上分别设置第四阀门和第七阀门；第一超声波破乳罐的出料口和第二超声波破乳罐的进料口之间管路上设置第五阀门，第二超声波破乳罐出料口和第三超声波破乳罐的进料口之间的管路上设置第八阀门；设置一三通，三通的三接口分别以管路连接第一超声波破乳罐的出料口、第二超声波破乳罐的出料口、第三超声波破乳罐的出料口，管路上分别设置第六阀门、第九阀门、第十阀门；第三超声波破乳罐的出料口以管道连接沉降脱水罐。

优选的，所述超声波破乳罐罐口内部设有破乳罐顶盖，破乳罐顶盖为内凹式封头，所述超声波换能分布装置向下固定在破乳罐顶盖中心上；超声波破乳罐罐口上设置有防雨盖板。

可选的，所述超声波破乳罐罐口内部设有破乳罐顶盖，破乳罐顶盖为平板式封头，所述超声波换能分布装置向下固定在破乳罐顶盖中心上。

具体的，所述的超声波换能分布装置包括超声波换能器和超声波分布器，超声波分布器通过法兰固定压紧在超声波换能器的下端，超声波换能器与超声波分布器之间采用非金属材料隔离。

具体的，所述的超声波分布器下部采用3~10mm厚的薄钢板冲压成球面形，超声波分布器上部采用13~25mm厚的平面钢板；上、下部焊接形成密封中空结构，其间充满均匀的液体。

可选的，所述装置可串联在油水乳化物待处理罐与沉降脱水罐中间管道上。

所述各超声波破乳罐以管路连接并通过阀门控制来实现连接关系间的全串联、全并联或并联—串联联合的任意变换。

超声波换能器与超声波破乳罐罐体、超声波换能器与超声波分布器可通过法兰实现压紧式连接；换能器与分布器采用非金属材料隔离，避免直接接触，避免超声波直接传递给分布器外壳。

所述超声波换能器外形为圆锥形或圆柱形，超声波换能器端面可为平面，也可以是曲面，超声波分布器外形为球面结构，分布器下部采用薄钢板冲压成封头式结构，分布器上部采用较厚的钢板，二者焊接。可达到超声波通过下部薄板曲面以向下发射为主，减弱超声波向上的无效辐射。

一个超声波分布器对应于一个超声波换能器，换能器将电能转换为超声波的机械能。在分布器内，充满均匀的液体，换能器释放的超声波的机械能，通过均质的液体进行二次分布给分布器，再通过分布器外表面释放出超声波的机械能，使最终作用给超声波破乳罐中乳化油的超声波的机械能分布更加均匀，避免局部声强过大、局部不足的现象发生。

本发明装置只设置顶部向下的超声波作用方式，实现超声波的作用方向与水的分离的重力沉降方向一致，超声波作用方向由顶部向下与重力作用方向一致，可增加水的分离效果与速率。

超声波发生器可安装在防爆控制柜内。

超声波换能器是磁致伸缩换能器、压电陶瓷换能器，超声波换能器可公知的各种类型。

所述串并联可调的超声波罐式破乳的装置，设置至少2个串并联的超声波破乳罐，通过超声波破乳罐的乳化原油或污油可加速破乳，然后，在脱水沉降罐中沉降脱水，提高脱水效率或脱水率，串联、并联或串并联联合，连接至少2个超声波破乳罐的目的是用来满足不同处理量的生产要求，实现不同场合的超声波罐式破乳装置的应用。

本发明装置便于安装，内部结构简单，可用于不同处理量、不同乳化程度油水乳化物破乳的场合，适用于油田或炼油厂罐式破乳脱水的场合，尤其适用于复杂多变的油水乳化物需要切换多级串联、延长超声波作用时间的并联或并联-串联联合作用的多用途要求的场合。

对于嵌套式乳化结构的复杂油水乳化物，采用逐级破乳的多级超声波破乳作用，调节阀门采用多级串联的方式，可实现有效的破乳。

对于乳化程度较严重的稳定的油水乳化物，调节阀门采用多个超声波破乳罐并联的方式，可延长单级超声波的作用时间，实现有效的破乳。

对于乳化结构复杂的油水乳化物，调节阀门采用多个超声波破乳罐并联—多级串联联合的超声波破乳作用，可实现有效的破乳。

油水乳化物为混合状态，单纯通过增加超声波破乳罐容积来延长超声波的作用时间，或者一个超声波破乳罐中增加超声波换能器—分布器组合体结构的个数，或者研制提高单头超声波电声功率，均不能有效起到破乳作用，相反，会导致油水乳化物乳化程度加剧。根据油水乳化物性质的不同需要选择不同级数、不同的作用时间，才能达到理想的破乳效果。

所述的超声波破乳罐的横截面积设计满足超声波声强0.01～0.5 W/cm²的参数要求。

对于工业适用的可靠稳定的超声波发生器与换能器，最大的输出功率只能达到5kW左右，实际应用中，能长周期稳定运行的额定功率只有3kW左右，对于一定容积的单组换能器—分布器组合的超声波罐式破乳，要求在超声波作用强度不变的情况下、延长超声波作用时间的场合，可设置多组超声波破乳罐进行串并联工作，可以获得理想的破乳与脱水效果。

与现有技术相比，本发明的一种串/并联可调的超声波罐式破乳的方法所具有的有益效果是：本发明的串并联超声波罐式破乳装置及方法提供一种灵活的多功能的串/并联可调的超声波罐式破乳应用方案。通过开关不同的阀门，可实现多级串联的超声波罐式破乳，达到多级超声波逐级作用的破乳效果；通过开关不同的阀门，也可以实现多个超声波破乳罐的并联的超声波罐式破乳，延长超声波破乳的作用时间；通过开关不同的阀门，也可以实现多个超声波破乳罐的并联-串联联合的超声波罐式破乳，达到串并联联合作用的破乳效果。

与现有的技术相比，本发明可用于同一声强或不同声强作用下，选择不同级数的超声波罐式破乳、不同的超声波的作用时间，对不同的油水乳化物选择不同的操作方案，可获得理想的脱水效果的场合。

与现有的技术相比，本发明的串/并联可调的超声波罐式破乳的装置及方法，具有串联、并联及并联-串联联合的多功能特点，对于复杂的油水乳化体系，应用本发明的生产操作具有灵活的选择性，实现了超声波作用强度均匀而破乳效果明显，可有效防止局部超声波强度过大而引起的反乳化作用，可灵活选择多级破乳作用过程，可灵活选择不同超声波强度的不同作用时间。

本发明适用于油田或炼油厂的含水原油的罐式破乳与沉降脱水过程，尤其适用于复杂多变的油水乳化物需要多级串联、并联延长超声波作用时间或并联-串联联合作用的多用途要求的场合。

附图说明

图1是本发明一种串/并联可调的超声波罐式破乳的方法的2个超声波破乳罐串/并联的连接工艺流程示意图。

图2是本发明一种串/并联可调的超声波罐式破乳的方法的3个超声波破乳罐串/并联的连接工艺流程示意图。

图中，1、第一阀门， 2、第二阀门， 3、第三阀门， 4、第四阀门， 5、第五阀门， 6、第六阀门，7、第七阀门， 8、第八阀门， 9、第九阀门， 10、第十阀门， 11、第一超声波破乳罐， 12、待处理罐，13、沉降脱水罐， 14、超声波换能分布装置， 15、超声波发生器， 16第二超声波破乳罐， 17第三超声波破乳罐， 18超声波换能器， 19超声波分布器， 20破乳罐顶盖。

图1~2是本发明一种串/并联可调的超声波罐式破乳的方法的最佳实施例，下面结合附图1~2对本发明做进一步说明。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明一种超声波罐式破乳的方法作进一步说明，其中实施例1为最佳实施例。

实施例1

如图2所示，各超声波破乳罐和沉降脱水罐13之间通过管路连接，管路间设置第四阀门4、第五阀门5、第六阀门6、第七阀门7、第八阀门8、第九阀门9、第十阀门10，来调节两超声波破乳罐间的串并联关系。关闭第五阀门5、第八阀门8，开启第四阀门4、第六阀门6、第七阀门7、第九阀门9、第十阀门10，可实现单级并联操作，适合不同种乳化程度的油水乳化物破乳；开启第五阀门5、第八阀门8，关闭第四阀门4、第六阀门6、第七阀门7、第九阀门9，可实现3级串联操作，选择逐级通过3级串联破乳，适合不同乳化程度的油水乳化物破乳；关闭第五阀门5、第七阀门7、第十阀门10，开启第四阀门4、第六阀门6、第八阀门8、第九阀门9，可实现并联-串联联合的2级破乳操作，适合不同乳化程度的油水乳化物破乳。三个超声波破乳罐的顶盖部均安装单组超声波换能分布装置14，与之通过线缆连接超声波发生器15。

如图2所示，在原油进罐前，进入上述3个超声波破乳罐串并联安装的装置，进行高含水胜利原油超声波罐式破乳试验，关闭第五阀门5、第七阀门7、第十阀门10，开启第四阀门4、第六阀门6、第八阀门8、第九阀门9，实现并联-串联联合操作。含水原油通过总进料口的速度为2m³/min。经并联-串联联合的3个超声波破乳罐的单组超声波换能器与分布器的罐式破乳作用后，高含水乳化污油在沉降脱水罐中进行沉降脱水48h。控制超声波破乳罐内温度均为100℃，试验过程采用超声波频率80kHz，两并联超声波破乳罐超声波声强均为0.3W/cm²，串联的超声波破乳罐超声波声波声强0.05 W/cm²。处理前，原油含水1.9%，3个超声波破乳罐的并联操作沉降后原油含水0.24%。

实施例2

采用实施例1所述装置。

如图2所示，在原油进罐前，进入上述3个超声波破乳罐串/并联安装的装置，进行高含水胜利原油超声波罐式破乳试验，开启第五阀门5、第八阀门8，关闭第四阀门4、第六阀门6、第七阀门7、第九阀门9，实现串联操作。含水原油通过总进料口的速度为2m³/min。经串联的3个超声波破乳罐的单组超声波换能器与分布器的罐式破乳作用后，高含水乳化污油在沉降脱水罐中进行沉降脱水48h。控制超声波破乳罐内温度均为85℃，试验过程采用超声波频率160kHz，超声波声强均为0.15W/cm²。处理前，原油含水1.7%，3个超声波破乳罐的串联操作沉降后原油含水0.21%。

实施例3

采用实施例1所述装置。

如图2所示，在原油进罐前，进入上述3个超声波破乳罐串/并联安装的装置，进行高含水胜利原油超声波罐式破乳，关闭第五阀门5、第八阀门8，开启第四阀门4、第六阀门6、第七阀门7、第九阀门9、第十阀门10，实现3个超声波破乳罐的并联操作。含水原油通过总进料口的速度为4m³/min。经并联的3个超声波破乳罐的单组超声波换能器与分布器的罐式破乳作用后，高含水乳化污油在沉降脱水罐中进行沉降脱水48h。控制超声波破乳罐内温度均为20℃，采用超声波频率200kHz，超声波声强均为0.25W/cm²。处理前，原油含水1.3%。3个超声波破乳罐的并联操作沉降后原油含水0.27%。

实施例4

如图1所示，各超声波破乳罐、待处理罐12和沉降脱水罐13之间通过管路连接，管路间设置第一阀门1、第二阀门2、第三阀门3，来调节两超声波破乳罐间的串并联关系。当关闭第一阀门1、第三阀门3，打开第二阀门2时两超声波破乳罐实现串联连接。当打开第一阀门1、第三阀门3，关闭第二阀门2时两超声波破乳罐实现并联连接。两个超声波破乳罐11的顶盖部均安装单组超声波换能分布装置14，与之通过线缆连接超声波发生器15。

如图1所示，关闭第二阀门2，开启第一阀门1和第三阀门3，实现并联操作。储存在待处理罐中的高含水乳化污油，在50℃下，采用超声波频率50kHz，超声波声强均为0.3W/cm²。通过原油泵输送，高含水乳化污油通过总进料口的速度为3m³/min。经并联的2个超声波破乳罐的单组超声波换能器与分布器的罐式破乳作用后，高含水乳化污油在沉降脱水罐中进行沉降脱水48h。处理前，罐中污油含水9%，处理后，罐中污油含水降至0.5%。

实施例5

采用实施例4所述装置。

如图1所示，开启第二阀门2，关闭第一阀门1、第三阀门3，实现串联操作。储存在待处理罐中的高含水乳化污油，在65℃下，采用超声波频率40kHz，一级超声波破乳罐内超声波声强0.4W/cm²，二级超声波破乳罐内超声波声强0.09W/cm²。通过原油泵输送，高含水乳化污油通过总进料口的速度为2m³/min。经串联的2个超声波破乳罐的单组超声波换能器与分布器的罐式破乳作用后，高含水乳化污油在沉降脱水罐中进行沉降脱水48h。处理前，罐中污油含水11%，形成嵌套式乳化结构，处理后，罐中污油含水降至0.35%。

对比例1

对含水1.9%的原油采用化学破乳沉降。添加50ppm的化学破乳剂。保温60℃条件下沉降48h。化学破乳脱水后原油含水0.56%。

对比例2

含水1.2%的原油进行自然沉降。保温65℃条件下自然沉降进行48h。自然沉降后原油含水0.95%。

对比例3

对含水1.7%的原油采用化学破乳沉降。添加40ppm的化学破乳剂。保温65℃条件下沉降48h。化学破乳脱水后原油含水0.55%。

对比例4

含水1.3%的原油采用传统单罐二组的多组式换能器—分布器的超声波破乳，控制温度20℃，试验过程采用超声波频率200kHz， 设置超声波声强0.25W/cm²。沉降48h原油含水0.70%。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种串/并联可调的超声波罐式破乳的方法，其特征在于：油水乳化物通过原油泵泵送入串/并联可调的超声波破乳罐装置内，通过开、关各阀门调节油水乳化物通过各超声波破乳罐的顺序，进行超声波破乳，破乳温度为20~100℃，超声波作用频率为40~200kHz，超声波强为0.05~0.4W/cm²；破乳后的油水乳化物导入沉降脱水罐再进行沉降脱水；

所述的串/并联可调的超声波破乳罐装置为多个串/并联安装的超声波破乳罐，所述超声波破乳罐的顶部中间位置安装有超声波换能分布装置（14），超声波换能分布装置（14）通过功率线缆与超声波发生器相连接，串/并联可调的超声波破乳罐装置通过进料管路与沉降脱水罐（13）联接；

所述超声波破乳罐罐口内部设有破乳罐顶盖（20），破乳罐顶盖（20）为内凹式封头，所述超声波换能分布装置（14）向下固定在破乳罐顶盖（20）中心上；超声波破乳罐罐口上设置有防雨盖板。

2.根据权利要求1所述的一种串/并联可调的超声波罐式破乳的方法，其特征在于：所述进料管路的串/并联安装的超声波破乳罐为2个超声波破乳罐时，包括第一超声波破乳罐（11）、第二超声波破乳罐（16）、第一阀门（1）、第二阀门（2）、第三阀门（3）、待处理罐（12）、沉降脱水罐（13）；待处理罐（12）出料口分别与第一超声波破乳罐（11）的进料口和第二超声波破乳罐（16）的进料口以管路连接，其中在与第二超声波破乳罐（16）的出料口连接的管路上设置第一阀门（1），第一超声波破乳罐（11）的出料口与第二超声波破乳罐（16）的进料口之间的管路上设置第二阀门（2），第一超声波破乳罐（11）的出料口与第二超声波破乳罐（16）的出料口之间的管路上设置第三阀门（3），第二超声波破乳罐（16）的出料口与沉降脱水罐（13）的进料口以管路连接。

3.根据权利要求1所述的一种串/并联可调的超声波罐式破乳的方法，其特征在于：所述进料管路的串/并联安装的超声波破乳罐为3个超声波破乳罐时，包括第一超声波破乳罐（11）、第二超声波破乳罐（16）、第三超声波破乳罐（17）、沉降脱水罐（13）、第四阀门（4）、第五阀门（5）、第六阀门（6）、第七阀门（7）、第八阀门（8）、第九阀门（9）、第十阀门（10）；第一超声波破乳罐（11）的进料口分别与第二超声波破乳罐（16）的进料口和第三超声波破乳罐（17）的进料口以管路连接，管路上分别设置第四阀门（4）和第七阀门（7）；第一超声波破乳罐（11）的出料口和第二超声波破乳罐（16）的进料口之间管路上设置第五阀门（5），第二超声波破乳罐（16）出料口和第三超声波破乳罐的进料口之间的管路上设置第八阀门（8）；设置一三通，三通的三接口分别以管路连接第一超声波破乳罐（11）的出料口、第二超声波破乳罐（16）的出料口、第三超声波破乳罐（17）的出料口，管路上分别设置第六阀门（6）、第九阀门（9）、第十阀门（10）；第三超声波破乳罐（17）的出料口以管道连接沉降脱水罐（13）。

4.根据权利要求1所述的一种串/并联可调的超声波罐式破乳的方法，其特征在于：所述的超声波换能分布装置（14）包括超声波换能器（18）和超声波分布器（19），超声波分布器（19）通过法兰固定压紧在超声波换能器（18）的下端，超声波换能器（18）与超声波分布器（19）之间采用非金属材料隔离。

5.根据权利要求4所述的一种串/并联可调的超声波罐式破乳的方法，其特征在于：所述的超声波分布器（19）下部采用3~10mm厚的薄钢板冲压成球面形，超声波分布器（19）上部采用13~25mm厚的平面钢板；上、下部焊接形成密封中空结构，其间充满均匀的液体。