CN103520959A - 一种超声波罐式破乳的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种超声波罐式破乳的装置及方法，设置破乳罐，破乳罐顶部为内凹式结构或平板式结构，安装在防爆柜中的超声波发生器控制超声波换能器，单组超声波换能分布装置提供的超声波能量通过一个超声波分布器再分布，超声波分布器安装在破乳罐中，其内充均质液体，油水乳化物由罐下部进入，通过超声波作用后由罐上部流出。该方法及装置超声波作用接触效果好，内部结构简单，便于安装，适用于油水乳化物破乳的场合，尤其适用于油田或炼油厂罐式破乳脱水的场合。
Description
技术领域
一种超声波罐式破乳的装置及方法，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。超声波破乳功率小不能满足大处理量的生产要求，采用大功率超声波则辐射面小，局部过大易于引起乳化。
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《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：在待处理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。其装置直接对待处理罐或沉降罐进行改装，由于待处理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待处理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，提供一种效率高、无死角的一种超声波罐式破乳的装置及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该一种超声波罐式破乳的装置，包括沉降脱水罐，其特征在于：所述沉降脱水罐的进料口通过进料管路与破乳罐串联，所述破乳罐上部设有破乳罐顶盖，破乳罐顶盖中心向下固定有单组超声波换能换能分布装置；超声波换能分布装置通过功率线缆与超声波发生器连接；破乳罐的底部一侧设进料口，顶部设出料口。
具体的，所述破乳罐顶盖为内凹式封头或平板式封头。这样超声波换能器变幅杆伸入破乳罐内部较短，可避免了变幅杆过长而对电声效率的负面影响。所述内凹式的内凹封头破乳罐顶盖设置5~10mm厚的薄钢板制的防雨盖板。防止雨天积水。
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压紧式连接固定在超声波换能器的下端，超声波换能器与超声波分布器采用非金属材料隔离。一个超声波分布器对应于一个超声波换能器，超声波换能器变幅杆下部伸入超声波分布器内部，作用于其内液体，接触部分由非金属材料隔离，避免直接接触，防止超声波直接传递给超声波分布器外壳。
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。这样超声波通过下部薄板球面以向下发射为主，减弱超声波向上的无效辐射。超声波分布器外形可以为封头形式的结构。超声波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超声波分布器，再通过超声波分布器外表面释放出超声波的机械能，使最终作用给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。实现超声波作用的均匀分布。
可选的，所述的破乳罐的进料口以管路连接待处理罐。
所述的超声波发生器安装在防爆控制柜内。
所述的破乳罐顶盖优先采用封头内凹式安装，可以减少破乳罐顶部材料用量、降低钢材的设计厚度、提高破乳罐顶部的耐压力程度、实现顶部充盈、缩短超声波换能器与超声波分布器的连接距离。
所述破乳罐顶盖采用平板式结构需在操作压力要求不高的场合。此时分布器伸入罐中较浅，超声波直接作用于油水乳化物的效果略差，同样的钢板厚度，耐压程度也较低。但是，制作更简单，安装更方便。
所述的超声波换能器将电能转换为超声波的机械能，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。
所述超声波换能器是磁致伸缩超声波换能器、压电陶瓷超声波换能器，超声波换能器可公知的各种类型。
所述超声波罐式破乳装置是一种相对独立的装置，通过管道连接可以接入需要油水乳化物破乳的不同场合。
一种超声波罐式破乳的方法，其特征在于，其实施步骤为：油水乳化物通过原油泵泵送由破乳罐的下部进料口进入超声波罐式破乳的装置，通过超声波分布器下表面辐射的均匀的超声波的作用，所述超声波作用频率为40～200kHz，超声波强度为0.05～0.3w/cm2，装置内操作温度为20~100℃；破乳后的油水乳化物由破乳罐的顶部的出料口导出进入沉降脱水罐中沉降脱水。
所述的油水乳化物为含水原油或高含水污油。
由下部上升的油水乳化物直接穿过设置在顶部的超声波分布器向下发出的超声波区域，防止了短路，避免了死角，逆流实现更有效的超声波作用与破乳效果。低温度、低超声波强的可以降低对破乳罐的操作压力，壁厚的要求，从而减少破乳罐制造成本。导入沉降脱水罐中沉降脱水。这样提高脱水效率或脱水率，实现不同场合的超声波罐式破乳装置的应用。
所述的破乳罐的横截面积设计满足超声波声强0.02～0.5 w/cm2的参数要求。
所述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，增加了水的分离效果与速率。
与现有技术相比，本发明的一种超声波罐式破乳的装置及方法所具有的有益效果是：本发明可用于炼厂污油、老化油的脱水的过程中，也可用于油田高乳化原油的罐式脱水工艺中。本发明超声波换能器变幅杆伸入破乳罐内部较短，避免了变幅杆过长而对电声效率的负面影响；使得超声波分布器二次分布产生的超声波直接作用于油水乳化物而避免了死角或短路现象。单组超声波换能器—分布器组合体避免了多组超声波换能器—分布器的能量的局部重叠而导致原油乳化。
同时，本发明的超声波罐式破乳装置，体积小，便于安装拆卸，便于检修维护，可实现移动式可拆卸的功能。本发明的超声波罐式破乳装置，结构简单，易于制造，超声波分布器的设计合理而能够产生均匀的超声波。
与现有的技术相比，本发明的一种超声波罐式破乳的装置及方法，能够产生均匀声强的超声波破乳罐，其内部结构设计合理，破乳罐结构独立，可通过管线连接在油水破乳或油水沉降的各种场合，接入方式简单，应用灵活。采用本发明的超声波罐式破乳作用强，脱水、脱盐效果显著，能有效降低脱后原油的水含量与盐含量，有利于后序原油加工，有效减轻后序加工装置的设备腐蚀及催化剂中毒。
附图说明
图1是本发明的一种超声波罐式破乳的装置顶盖内凹式主视结构示意图。
图2是本发明的一种超声波罐式破乳的装置顶盖平板式主视结构示意图。
图3是本发明的一种超声波罐式破乳的装置应用示意图。
其中：1超声波发生器 2超声波换能器 3超声波分布器 4破乳罐；5破乳罐顶盖 6防雨盖板 7待处理罐 8沉降脱水罐 。
图1~3是本发明一种超声波罐式破乳的装置的最佳实施例，下面结合附图1~3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1所示，破乳罐顶盖5的封头为内凹式安装，超声波换能器2接入罐内部分采用常规接入方式，焊接或法兰压紧式连接，罐顶部为防止下雨积水，设置防雨盖板6。在破乳罐4中设置单组超声波换能分布装置，单组超声波换能分布装置只安装在破乳罐顶部。超声波发生器1安装在防爆控制柜内，超声波发生器1与超声波换能器2通过功率线缆相连接。
所述的超声波分布器3下部采用薄钢板冲压成封头式结构，超声波分布器3上方设置有3~5mm厚的薄钢板制的防雨盖板6，上、下部焊接形成密封中空结构，内部充满均匀的液体。
所述超声波换能分布装置，为超声波换能器2与超声波分布器3通过法兰实现压紧式连接，一个超声波分布器3对应于一个超声波换能器2，超声波换能器2与超声波分布器3采用非金属材料隔离，避免直接接触，防止超声波直接传递给超声波分布器外壳。
如图3所示，上述超声波罐式破乳装置的破乳罐4底端进料口与待处理罐7连通，破乳罐4上部出料口与沉降脱水罐8相连通。在待处理罐7内储存有含水5.2%的含水污油，在50℃下，超声波作用频率为120kHz，超声波声强0.25w/cm2。通过原油泵输送，含水污油通过进料口的速度为2m3/min。通过管道由破乳罐的下部进入，经单组超声波换能器与超声波分布器的罐式破乳作用后，由破乳罐的顶部导出，引入沉降脱水罐，完成油水分离过程。通过在沉降脱水罐中沉降48h，罐中污油含水降至0.5%。
实施例2
如图2所示的超声波罐式破乳装置的破乳罐顶盖5采用平板式封头，其它装置同实施例1。
超声波罐式破乳装置的进料口接含水1.5%的原油的原油管道，在20℃下，超声波作用频率为40kHz，超声波声强0.3 w/cm2。通过原油泵输送，含水原油通过进料口的速度为2m3/min。通过管道由破乳罐的下部进入，经单组超声波换能器与超声波分布器的罐式破乳作用后，由破乳罐的顶部导出，引入沉降脱水罐，完成油水分离过程。通过在沉降脱水罐中沉降48h，罐中污油含水降至0.30%。
实施例3
所用装置同实施例1。
在含水7.0%污油储罐间安装一套顶盖内凹式本发明超声波罐式破乳装置，在80℃下，超声波作用频率为200kHz，超声波声强0.1 w/cm2。通过原油泵输送，含水污油通过进料口的速度为2m3/min。通过管道由破乳罐的下部进入，经单组超声波换能器与超声波分布器的罐式破乳作用后，由破乳罐的顶部导出，引入沉降脱水罐，完成油水分离过程。通过在沉降脱水罐中沉降48h，罐中污油含水降至1.4%。
实施例4
所用装置同实施例1。
在含水8.1%污油储罐间安装一套顶盖内凹式本发明超声波罐式破乳装置，在100℃下，超声波作用频率为150kHz，超声波声强0.05w/cm2。通过原油泵输送，含水污油通过进料口的速度为2m3/min。通过管道由破乳罐的下部进入，经单组超声波换能器与超声波分布器的罐式破乳作用后，由破乳罐的顶部导出，引入沉降脱水罐，完成油水分离过程。通过在沉降脱水罐中沉降48h，罐中污油含水降至1.3%。
实施例5
所用装置同实施例2。
在含水1.5%的原油储罐间安装一套顶盖平板式本发明超声波罐式破乳装置，在60℃下，超声波作用频率为160kHz，超声波声强0.15w/cm2。通过原油泵输送，含水原油通过进料口的速度为2m3/min。通过管道由破乳罐的下部进入，经单组超声波换能器与超声波分布器的罐式破乳作用后，由破乳罐的顶部导出，引入沉降脱水罐，完成油水分离过程。通过在沉降脱水罐中沉降48h，罐中污油含水降至0.28%。
对比例1
对含水1.5%的原油采用化学破乳沉降。添加50ppm的化学破乳剂。保温60℃条件下在沉降脱水罐中沉降48h。化学破乳脱水后原油含水0.60%。
对比例2
含水1.5%的原油进行自然沉降。保温60℃条件下在沉降脱水罐中沉降48h。自然沉降后原油含水0.9%。
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 (7)
1.一种超声波罐式破乳的装置，包括沉降脱水罐（8），其特征在于：所述沉降脱水罐（8）的进料口通过进料管路与破乳罐（4）串联，所述破乳罐（4）上部设有破乳罐顶盖（5），破乳罐顶盖（5）中心向下固定有单组超声波换能换能分布装置；超声波换能分布装置通过功率线缆与超声波发生器（1）连接；破乳罐（4）的底部一侧设进料口，顶部设出料口。
2.根据权利要求1所述的一种超声波罐式破乳的装置，其特征在于：所述破乳罐顶盖（5）为内凹式封头，破乳罐顶盖（5）上方设置有防雨盖板（6）。
3.根据权利要求1所述的一种超声波罐式破乳的装置，其特征在于：所述破乳罐顶盖（5）为平板式封头。
4.根据权利要求1所述的一种超声波罐式破乳的装置，其特征在于：所述的超声波换能分布装置包括超声波换能器（2）和超声波分布器（3），超声波分布器（3）通过法兰固定压紧在超声波换能器（2）的下端，超声波换能器（2）与超声波分布器（3）之间采用非金属材料隔离。
5.根据权利要求4所述的一种超声波罐式破乳的装置，其特征在于：所述的超声波分布器（3）下部采用3~10mm厚的薄钢板冲压成球面形，超声波分布器（3）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。
6.根据权利要求1所述的一种超声波罐式破乳的装置，其特征在于：所述的破乳罐（4）的进料口以管路连接待处理罐（7）。
7.一种利用权利要求1~6任一项所述装置的超声波罐式破乳的方法，其特征在于：将油水乳化物通过原油泵泵送由破乳罐的下部进料口进入超声波罐式破乳的装置，通过超声波分布器下表面辐射的均匀的超声波的作用，所述超声波作用频率为40～200kHz，超声波强度为0.05～0.3w/cm2，装置内操作温度为20~100℃；破乳后的油水乳化物由破乳罐的顶部的出料口导出进入沉降脱水罐中沉降脱水。
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