CN104841168A - 极板电容型低频高压破乳装置 - Google Patents

Abstract

一种极板电容型低频高压破乳装置，涉及废油处理装置，包括低频高压供电装置和破乳罐，其特征在于破乳罐上设有进液口和出液口，破乳罐内的进液口和出液口间设有多个相互平行的、间距相等的破乳电极板，破乳罐内设有连通进液口和出液口的液体流道，相邻破乳电极板分别与低频高压供电装置的正、负极相连。本发明可快速、高效的将处于紧密结合状态的“油包水”或“水包油”颗粒打开，油水分离速度快、效果好，分离更彻底，油品回收率高，能耗低。适用于炼厂污油、老化油等各种废油的脱水，也可应用于油田高乳化原油的破乳脱水工艺中。

Description

极板电容型低频高压破乳装置

技术领域

本发明涉及废油处理装置，详细讲是一种分离效率高，分离效果好，油品回收率高，耗能少的分离油水乳化液的极板电容型低频高压破乳装置及油水分离装置。

背景技术

我们知道，钢铁企业在生产过程中产生大量的废油（废液压油、废润滑油、废齿轮油、废乳化油等），这些成品油在使用过程中不可避免承受着机械作用和高温条件，其高分子的碳链连续在上述条件下容易断裂，导致成品油失效；并且使用环境中的废水、金属和其他杂质的污染会导致成品油的粘度上升，出现乳化，影响成品油的使用效果；因此各种成品油在使用一段时间后需要进行更换。这些废油若直接排放会对环境造成极大的污染。

随着现代工业技术的不断发展，油水分离技术得以广泛应用。面对越来越困难的油水分离现状，基于不同的工作原理，针对不同的分离对象，多种油水分离技术随之诞生。在石油、石化等工业生产中，有一道重要的工序是将处于紧密结合状态的“油包水”或“水包油”颗粒打开，即破乳，然后，利用油水之间的密度差，在一定温度下，通过沉降、离心等方式实现油水的完全分离。

现有技术中油水分离的方法较多，除了物理分离法，还有化学分离法。物理分离法是利用油水的密度差或过滤吸附等物理现象使油水分离的方法，主要特点是不改变油的化学性质而将油水分离，主要包括重力分离法、离心分离法、过滤分离法、聚结分离法、气浮分离法、吸附分离法、超滤膜分离法及反渗透分离法等。化学分离法是向含油污水中投放絮凝剂或聚集剂，其中絮凝剂可使油凝聚成凝胶体而沉淀，而聚集剂则使油凝聚成胶体使其上浮，从而达到油水分离的一种方法。

油水分离的关键技术是将油水乳化液的结构改变而破乳。现有技术中公开的多种油水分离的方法，都存在破乳效果差，不能有效分离乳化状态的油水乳化液、完成破乳，油水分离不彻底，分离效果差，油品回收率低，能耗高等缺点。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种能够快速高效地分离油水乳化液（即破乳），分离效率高、效果好，油品回收率高，能耗少、使用成本低廉的极板电容型低频高压破乳装置。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种极板电容型低频高压破乳装置，包括低频高压供电装置和破乳罐，其特征在于破乳罐上设有进液口和出液口，破乳罐内的进液口和出液口间设有多个相互平行的、间距相等的破乳电极板，破乳罐内设有连通进液口和出液口的液体流道，相邻破乳电极板分别与低频高压供电装置的正、负极相连。

本发明中所述的进液口设在破乳罐顶部，出液口设在破乳罐的底部，破乳电极板阻挡进液口和出液口地设置在破乳罐内，相邻两个破乳电极板上的液体流道不相对。

本发明中所述相邻两个破乳电极板上的液体流道一个设置在破乳电极板的左侧上、一个设置在破乳电极板的右侧上。

本发明中所述的破乳罐内（纵向）设有两根一端延伸至破乳罐外的高压引入棒，破乳电极板相互平行的固定在两根高压引入棒上，相邻两个破乳电极板分别与不同的一根高压引入棒电连接。

本发明中所述的低频高压供电装置为输出频率：1Khz，输出电压：800―3000V连续可调；输出电流：0―7A；输出功率：21KVA的低频高压程控电源。

本发明中所述的低频高压供电装置包括微控制器、程控电源、MOS管搭建的全桥逆变电路，MOS管驱动电路和升压变压器，微控制器的两个输出端口分别与程控电源和MOS管驱动电路控制端相连，程控电源输出端和MOS管驱动电路控制端分别与MOS管搭建的全桥逆变电路相连，MOS管搭建的全桥逆变电路输出端与升压变压器的输入端相连，升压变压器的输出端是低频高压供电装置的输出端。升压变压器的电压工作状态监控信号与微控制器输入端相连，用于监控工作状态，设有380V转低压电路，用于给微控制器电路及模拟电路供电。

本发明中所述的程控电源由整流电路、滤波电路、逆变电路、变压器电路、π型滤波器和控制电路组成，整流电路、滤波电路、逆变电路、变压器电路和π型滤波器依次相连，控制电路包括依次相连的采样电路、防偏磁电路、PWM控制电路和驱动电路，采样电路与变压器电路的监控信号采用端相连，驱动电路与逆变电路相连。

设有保护电路，保护电路包括自恢复保险丝和NTC测温电路，自恢复保险丝设置在逆变电路的电源输入端， NTC测温电路的温度传感器设在升压变压器的磁芯上；温度传感器的输出端与微控制器的输入端口相连。出现电流过大的情况，保险丝自动断开，实现电源的过流保护；现变压器温度过高时，通过NTC测温电路采集温度传给微控制器，当温度过高时，微控制器停止产生PWM波形，切断变压器和电源之间的连接。

本发明使用时，油水乳化液由进液口向出液口流动的过程中，控制低频高压供电装置向破乳电极板施加周期脉冲性直流电压，使相邻两个破乳电极板间产生周期性变化的高压电场，对经过相邻两个破乳电极板间的油水乳化液破乳。根据乳化液的临界击穿电场强度、短路形成时间和绝缘性能恢复时间来确定低频高压供电装置输出电压的脉冲频率和占空比，脉冲高电平时间小于油水乳化液短路形成时间，脉冲的低电平时间不小于油水乳化液绝缘性能恢复的时间。本发明可快速、高效的将处于紧密结合状态的“油包水”或“水包油”颗粒打开，即破乳。油水分离速度快、效果好，分离更彻底，油品回收率高，能耗低。适用于炼厂污油、老化油等各种废油的脱水，也可应用于油田高乳化原油的破乳脱水工艺中；本发明还具有结构简单、体积小，制造成本低廉，便于安装拆卸，便于检修维护，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，应用灵活等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是本发明中低频高压供电装置的原理框图。

图4是本发明三相380V程控电源的原理框图。

图5是本发明的使用效果图。

具体实施方式

如图1、图2所示的一种极板电容型低频高压破乳装置，包括低频高压供电装置8和破乳罐1，破乳罐1上设有进液口2和出液口5，破乳罐内的进液口2和出液口5间设有多个相互平行的、间距相等的破乳电极板4，破乳电极板4的个数根据破乳罐的尺寸和乳化液的流速决定。破乳罐1内设有连通进液口和出液口的液体流道，从图1中可以看出，进液口2设在破乳罐顶部，出液口5设在破乳罐的底部，破乳电极板4阻挡进液口和出液口（即破乳电极板所在平面横向阻隔在进液口和出液口间）地设置在破乳罐1内，相邻两个破乳电极板上的液体流道7一个设置在破乳电极板的左侧上、一个设置在破乳电极板的右侧上。相邻破乳电极板分别与低频高压供电装置的正、负极相连。从图中可以看出，所述的破乳罐内纵向设有两根一端延伸至破乳罐外的高压引入棒3、6，破乳电极板相互平行的固定在两根高压引入棒3、6上，相邻两个破乳电极板分别与不同的一根高压引入棒电连接，经绝缘材料与另一根固定连接。所述的低频高压供电装置8为输出频率：1Khz，输出电压：800―3000V连续可调；输出电流：0―7A；输出功率：21KVA的低频高压程控电源。

本实施例中所述的破乳罐设有200个破乳电极板，破乳电极板为厚度0.3mm矩形钢片，两个破乳电极板之间的距离为1.7mm。极板间施加工作电压=乳化液击穿电场强度*极板间距离/2；

如图3所示，低频高压供电装置8包括微控制器（MCU）11、三相380V程控电源16、MOS管搭建的全桥逆变电路15、MOS管驱动电路14和升压变压器13，微控制器11的两个输出端口分别与程控电源16和MOS管驱动电路14的控制端相连，程控电源16输出端和MOS管驱动电路14输出端分别与MOS管搭建的全桥逆变电路15相连，MOS管搭建的全桥逆变电路15输出端与升压变压器13的输入端相连，升压变压器的输出端为低频高压供电装置的输出端、分别与极板电容型低频高压破乳装置12的两根高压引入棒相连。升压变压器的电压工作状态监控信号端与微控制器输入端相连，用于监控工作状态，设有380V转低压电路10，用于给微控制器电路及模拟电路供电，极板电容型低频高压破乳装置12上设有监控装置（监控装置主要为破乳罐内设有电压传感器，用于监控破乳罐内破乳电极板间的电压），监控装置的监控信号输出端与微控制器的输入端相连。工作时，三相380V程控电源和380V转低压电路分别与三相380V电源9相连，三相380V电源9为其提供电能。

如图4所示，所述的程控电源由整流电路17、滤波电路18、逆变电路19、变压器电路、π型滤波器21和控制电路组成，整流电路17、滤波电路18、逆变电路19、变压器电路20和π型滤波器21依次相连，控制电路包括依次相连的采样电路23、防偏磁电路22、PWM控制电路25和驱动电路26，采样电路23与变压器电路20的监控信号采用端相连，驱动电路26与逆变电路19相连。设有保护电路，保护电路包括自恢复保险丝和NTC测温电路，自恢复保险丝设置在逆变电路的电源输入端， NTC测温电路的温度传感器设在升压变压器的磁芯上；温度传感器的输出端与微控制器的输入端口相连。出现电流过大的情况，保险丝自动断开，实现电源的过流保护；现变压器温度过高时，通过NTC测温电路采集温度传给微控制器，当温度过高时，微控制器停止产生PWM波形，切断变压器和电源之间的连接。整流电路用于将工频380V交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。滤波电路用于将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。逆变电路与整流电路相对应，用于把直流电变成交流电；它的基本作用就是在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电源转为频率和电压都任意可调的交流电源，为后面的变压器降压做好准备。变压器电路用于将逆变之后的交流电压通过变压器降压到指定的电压范围。π型滤波器用于将变压器输出的电压，进行滤波，将交流成分滤除，增加直流成分。采样电路的输入端为电压信号，输入信号取样于变压器的一次侧，输出的电压信号能够准确的反映电源输出电压的变化，采样电路用于采集变压器输出电压。偏磁的存在，轻者会加大变压器的损耗，降低效率；重者会引起变压器保护，导致开关器件的损坏，使逆变颠覆；防偏磁电路用于提高全桥电路和变压器工作的安全性和可靠性。PWM控制电路主要用于控制驱动电路的MOS管，根据要求可以产生不同的PWM信号。保护电路主要作用是防止电源在使用的过程中出现过热、过流、短路和缺相等的保护。驱动电路与PWM控制电路，组成了逆变电路驱动部分。

本发明使用时，油水乳化液由进液口向出液口流动的过程中，控制低频高压供电装置向破乳电极板施加周期脉冲性直流电压，使相邻两个破乳电极板间产生周期性变化的高压电场，对经过相邻两个破乳电极板间的油水乳化液进行破乳。根据乳化液的临界击穿电场强度、短路形成时间和绝缘性能恢复时间来确定低频高压供电装置输出电压的脉冲频率和占空比；脉冲高电平时间小于油水乳化液短路形成时间，脉冲的低电平时间不小于油水乳化液绝缘性能恢复的时间。本发明可快速、高效的将处于紧密结合状态的“油包水”或“水包油”颗粒打开，即破乳。油水分离速度快、效果好，分离更彻底，油品回收率高，能耗低。适用于炼厂污油、老化油等各种废油的脱水，也可应用于油田高乳化原油的破乳脱水工艺中；本发明还具有结构简单、体积小，制造成本低廉，便于安装拆卸，便于检修维护，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，应用灵活等优点。

本发明在工作过程中，相邻两个破乳电极板间的工作电压小于油水乳化液的临界击穿电场强度。实际中的应用，要考虑这几种因素：在油中，也可能含有大水珠，或者其他导电杂质，将电极板短接一瞬间，假如不考虑短路形成时间和绝缘性能恢复时间，就会产生一个大电流的浪涌冲击，很容易损坏变压器初级的逆变MOS管。油水乳化液的临界击穿电场强度、短路形成时间和绝缘性能恢复时间为现有技术可以确定的，有相应的理论分析，这些都可以通过现有的设备测试出来。

图5为使用本发明与离心分离机配合工作及现有的油水分离设备，对4200g的按质量比为100:1的润滑油与自然水的油水乳化液进行油水分离的实验效果图。曲线1为使用本发明时分离水量的曲线，曲线2为使用现有油水分离设备时分离水量的曲线。从图中可以看出，本发明不仅可以提高分离的水量、大大提高分离水后油的品质，而且大大提高了工作效率，减少了将近一倍的时间，效果明显。

Claims (7)

1.一种极板电容型低频高压破乳装置，包括低频高压供电装置和破乳罐，其特征在于破乳罐上设有进液口和出液口，破乳罐内的进液口和出液口间设有多个相互平行的、间距相等的破乳电极板，破乳罐内设有连通进液口和出液口的液体流道，相邻破乳电极板分别与低频高压供电装置的正、负极相连。

2.根据权利要求1所述的极板电容型低频高压破乳装置，其特征在于所述的进液口设在破乳罐顶部，出液口设在破乳罐的底部，破乳电极板阻挡进液口和出液口地设置在破乳罐内，相邻两个破乳电极板上的液体流道不相对。

3.根据权利要求1或2所述的极板电容型低频高压破乳装置，其特征在于所述相邻两个破乳电极板上的液体流道一个设置在破乳电极板的左侧上、一个设置在破乳电极板的右侧上。

4.根据权利要求3所述的极板电容型低频高压破乳装置，其特征在于所述的破乳罐内设有两根一端延伸至破乳罐外的高压引入棒，破乳电极板相互平行的固定在两根高压引入棒上，相邻两个破乳电极板分别与不同的一根高压引入棒电连接。

5.根据权利要求3所述的极板电容型低频高压破乳装置，其特征在于所述的低频高压供电装置包括微控制器、程控电源、MOS管搭建的全桥逆变电路，MOS管驱动电路和升压变压器，微控制器的两个输出端口分别与程控电源和MOS管驱动电路控制端相连，程控电源输出端和MOS管驱动电路控制端分别与MOS管搭建的全桥逆变电路相连，MOS管搭建的全桥逆变电路输出端与升压变压器的输入端相连，升压变压器的输出端是低频高压供电装置的输出端。

6.根据权利要求5所述的极板电容型低频高压破乳装置，其特征在于所述的程控电源由整流电路、滤波电路、逆变电路、变压器电路、π型滤波器和控制电路组成，整流电路、滤波电路、逆变电路、变压器电路和π型滤波器依次相连，控制电路包括依次相连的采样电路、防偏磁电路、PWM控制电路和驱动电路，采样电路与变压器电路的监控信号采用端相连，驱动电路与逆变电路相连。

7.根据权利要求6 所述的极板电容型低频高压破乳装置，其特征在于设有保护电路，保护电路包括自恢复保险丝和NTC测温电路，自恢复保险丝设置在逆变电路的电源输入端， NTC测温电路的温度传感器设在升压变压器的磁芯上；温度传感器的输出端与微控制器的输入端口相连。