CN104862002A - 一种原油乳状液静电聚结器 - Google Patents

Abstract

一种原油乳状液静电聚结器，包括圆筒状结构的筒体，筒体外侧面设有接地端子入口管道和出口管道，筒体两与绝缘封头和端面封盖相连；两个端面封盖上设有引线孔，分别引入高/低压电缆与筒体内的多个高/低压电极相连；有一个低压电极设置在轴线上，轴线外同心环绕高压电极，且距离筒体外壳最近的为高压电极；筒体内部设有多块对原油乳状液的导流和对高/低压电极进行支撑的折流支撑板。本发明结构紧凑，占地面积小，拆装方便的优点，适合海上的油水分离过程以及对原有油水分离设备进行改进；引入了非均匀电场，对于常规电脱水设备偶极聚结和电泳聚结都难以处理的低含水乳状液中的不带电液滴能够起到良好的聚结效果，增强静电聚结设备的处理能力。

Description

一种原油乳状液静电聚结器

技术领域

本发明涉及一种原油乳状液静电聚结装置，主要用于陆地及海上油田采出液电聚结脱水工艺中，可以实现油包水乳状液中水滴的快速聚结，具有结构紧凑，运输方便，连接快速的优点。

背景技术

油包水乳化物广泛存在于石油、化工等工业生产过程中，对原油进行脱水是石油行业必须经过的关键环节，通常采用化学和物理方法加速水滴界面膜的薄化和破裂从而提高聚结效率。静电聚结技术是原油脱水过程中常用的方法之一，其基本原理是对乳化物施加高强电场，增加分散水滴的碰撞和聚集，促进水滴聚结，加速油水分离。

我国绝大部分处理站、联合站目前使用的是传统的电聚结器。传统电脱水器一般为卧式罐体结构，网状的裸露金属电极分层布置于罐体上部，在相邻的电极上施加不同电压，其间形成电场，油包水乳状液通过布液管进入罐体，以层流流态自下而上穿过电极部分，在电场的作用下分散水滴发生电泳聚结、偶极聚结和振荡聚结，体积变大，从而加速沉降分离。随着油田开发进入中后期，大量三采助剂的使用，油品的电导率显著上升，形成的油包水乳状液性质更加稳定，导致含水率增大，破乳困难，聚合物容易在电脱水器内积聚，裸露的金属电极暴露出腐蚀严重、脱水电流过大、电场强度降低甚至“垮电场”等问题，对油田生产造成极大影响。

传统电脱水器内部流体的流动状态为层流，对于含水率较低、分散程度较大的原油乳状液，水滴自身过小的体积和相邻水滴之间过大的间距导致聚结力过小，因此，在层流流态下，相邻的水滴需要经过漫长的迁移过程才能发生有效的聚结，这就导致传统电脱水方法脱水时间过长，脱水效率低下，设备体积过大，特别是对于海上原油的处理成本过高。美国专利US6136174公开了一种原油脱水用静电聚结器(CEC)，其电极部分是由绝缘电极和金属电极以立式同轴圆筒的形式交替排列，狭窄的电极间距产生高强电场，同时加快乳状液流速，获得紊流流态，从而促进分散相水滴之间的相互碰撞，缩短相邻水滴之间的迁移时间。但为了保证足够的电场作用时间，高流速状态就使得CEC长度过大，因此影响了设备的紧凑性，电极制造难度也大大增加；此外，井口来油的流量波动也使得紊流的实现较为困难，无法保证设备始终位于高效工作区。因此，这种紊流流态的实现方式使设备的适用性受到很大的限制。

此外，目前常用电脱水器采用的电极板多为规则的平板状或同轴圆筒状，极板间电场强度的分布较为均匀，近似于匀强电场，其间的聚结方式包含电泳聚结、偶极聚结和振荡聚结。对于含水率较高，水滴间距较小的原油乳状液，传统电脱水器一般采用交流电场偶极聚结的方式；而对于含水率较低、水滴间距较大的原油乳状液，传统电脱水器常采用直流电场形式，其聚结方式主要为电泳聚结，但电泳聚结的实现需要水滴自身带有一定量的电荷，因此，部分不带电荷水滴的聚结分离较为困难。而若电极之间产生的电场为非均匀电场，在常规电泳聚结的基础上，电场对一端处于较弱的电场中的水滴产生一个净力，推动水滴向高场强区域运动，发生介电泳聚结，由于介电泳聚结并不需要水滴自身带电，因此能够实现不带电水滴的有效聚结。

鉴于以上3点原因，有必要发明一种能够有效克服“垮电场”现象，具有更大的含水率适应范围，合理产生并运用紊流脉动，同时能够引入介电泳聚结的原油乳状液静电聚结器，从而实现电脱水设备的稳定性与高效性，减小下游沉降设备的体积，降低电脱水的能耗。

发明内容

针对传统电脱水设备内部电极容易击穿，聚结效率低下，无法有效利用紊流脉动和介电泳聚结的问题，本发明提供一种能够有效克服“垮电场”现象，适应较大的含水率范围，合理产生并运用紊流脉动，同时能够引入介电泳聚结的高效、紧凑型原油乳状液静电聚结器，从而减小下游沉降设备的体积，降低电脱水过程的能耗，为陆地和海上油田的原油脱水处理提供一种占地面积小、效率高、拆装方便的新式原油乳状液静电聚结器。

本发明的技术方案通过以下方式实现：

一种原油乳状液静电聚结器，其特征在于包括一个圆筒状结构的聚结器筒体，该聚结器筒体外侧面设有接地端子，且外侧面两端分别设有入口管道和出口管道，所述的入口管道和出口管道具有径向的开口，且开口处分别设有入口法兰和出口法兰；该聚结器筒体两端焊接法兰，并通过封头紧固螺栓与圆盘状绝缘封头相连，并有高/低压接线端面封盖通过封盖紧固螺栓与绝缘封头相连；

高/低压接线端面封盖与绝缘封头之间灌封变压器油，高/低压接线端面封盖上设有引线孔，其中一端的引线孔引入低压电缆与聚结器筒体内部的多个低压柱状绝缘电极相连，另一端的引线孔引入高压电缆与聚结器筒体内部的多个高压柱状绝缘电极相连；

其中一个低压柱状绝缘电极设置在聚结器筒体的轴线上，以该低压柱状绝缘电极为中心，至少同心环绕一圈与轴线平行的高压柱状绝缘电极，

或者自轴线至聚结器筒体外壳之间依次交替同心环绕多圈与轴线平行的高压柱状绝缘电极和低压柱状绝缘电极；且使得距离轴线最近的为一圈高压柱状绝缘电极，距离聚结器筒体外壳最近的也是一圈高压柱状绝缘电极，相邻的两圈高压柱状绝缘电极之间有一圈低压柱状绝缘电极；

所述的每一圈高压柱状绝缘电极或低压柱状绝缘电极数量至少为三个，且每个高压柱状绝缘电极至轴线的距离相等，每个高压柱状绝缘电极至相邻两个高压柱状绝缘电极的距离相等；

所述聚结器筒体的内部在入口管道和出口管道之间还设有多块与轴线垂直的折流支撑板，进行对原油乳状液的导流和高/低压柱状绝缘电极的支撑，所述折流支撑板为一侧有缺口的圆盘状结构体，且圆心处开有低压电极导向孔，自圆心处至边缘分布着与所述高压柱状绝缘电极数量相等的高压电极导向孔和与所述低压柱状绝缘电极数量相等的低压电极导向孔，所述的高压柱状绝缘电极和多个低压柱状绝缘电极分别通过高压电极导向孔和低压电极导向孔而穿过折流支撑板；所述的多块折流支撑板使从入口管道进入聚结器筒体的原油乳状液经过多次折流后从出口管道输出。

上述高压柱状绝缘电极和低压柱状绝缘电极结构相同，均包括外表面包覆有电极绝缘外筒的电极金属骨架，并有电极引线密封接头通过设在电极绝缘外筒一端的紧固密封螺纹与电极绝缘外筒相连，该电极引线密封接头内还设有管状的密封胶垫，所述的低压电缆和高压电缆穿过该密封胶垫而与电极金属骨架端部的电极接线柱相连，从而避免变压器油进入电极内部。

上述折流支撑板材质采用聚四氟乙烯等塑料绝缘材料。

上述电极绝缘外筒采用聚四氟乙烯等塑料绝缘材料，电极绝缘外筒采用衬套、浇注、滚塑等工艺进行包覆。

上述绝缘封头材质采用聚四氟乙烯等塑料绝缘材料。

上述绝缘封头中部为台阶状凹槽，台阶状凹槽中由内侧向外侧呈放射状开有圆孔，所述的高压柱状绝缘电极和低压柱状绝缘电极的两端分别通过所述圆孔穿出端部的绝缘封头的台阶状凹槽，放射状圆孔可用于进行高压柱状绝缘电极、低压柱状绝缘电极的穿出和密封。

本发明所产生的有益效果是：原油乳状液静电聚结器的柱状绝缘电极结构的高绝缘性能可以有效防止电击穿的发生，对于高含水原油可以施加更大的电压来进行原油脱水而不致电 击穿，增加生产运行的安全稳定性能，降低电脱水的能耗；电缆连接和密封组件位于绝缘封头之外，不与原油乳状液直接接触，从根本上避免了电缆连接和密封处易于击穿的问题，大大改善了现有绝缘电极的安全性和稳定性。柱状绝缘电极的特殊结构及排布方式和折流支撑板的设置很好地将圆柱扰流产生的紊流脉动和速度梯度引入原油乳状液静电聚结器，缩短相邻水滴之间的迁移时间，从而提高水滴的聚结效率，减小下游油水分离器设备的体积，降低生产运行的成本。与传统电脱水电极相比，原油乳状液静电聚结器引入了非均匀电场，介电泳这种聚结方式的引入对于常规电脱水设备偶极聚结和电泳聚结都难以处理的低含水乳状液中的不带电液滴能够起到良好的聚结效果，从而增强静电聚结设备的处理能力。此外，原油乳状液静电聚结器具有结构紧凑，占地面积小，拆装方便的优点，适合海上的油水分离过程以及对原有油水分离设备进行改进。

附图说明

附图1为本发明装置的外观图；

附图2为本发明装置的结构示意图；

附图3为高压接线端面示意图(图2A方向)；

附图4为低压接线端面示意图(图2B方向)；

附图5为折流支撑板示意图；

附图6为高/低压柱状绝缘电极外观图；

附图7位高/低压柱状绝缘电极接头示意图。

其中：

图1中，1—高/低压接线端面封头 2—高/低压电缆引线孔 6—聚结器筒体 10—绝缘封头 15—入口管道 17—筒体接地端子 18—出口管道；

图2中，3—低压电缆 4—高压柱状绝缘电极 5—低压柱状绝缘电极 7—折流支撑板8—绝缘封头紧固螺栓 9—原油乳状液密封垫片 11—变压器油密封垫片 12—高压电缆13—电极固定密封接头 14—台阶状凹槽 16—入口连接法兰 19—出口连接法兰 20—接线端面封头紧固螺栓；

图5中，21—高压电极导向孔 22—低压电极导向孔；

图6中，23—电极引线密封接头 24—电极绝缘外筒；

图7中，25—电极接线柱 26—紧固密封螺纹 27—密封胶垫 28—电极金属骨架。

具体实施方式

参考附图1～附图7，本发明由高/低压接线端面封头1、高/低压电缆引线孔2、低压电缆3、高压柱状绝缘电极4、低压柱状绝缘电极5、聚结器筒体6、折流支撑板7、绝缘封头紧固螺栓8、原油乳状液密封垫片9、绝缘封头10、变压器油密封垫片11、高压电缆12、电极固定密封接头13、台阶状凹槽14、入口管道15、入口连接法兰16、筒体接地端子17、出口管道18、出口连接法兰19、接线端面封头紧固螺栓20、高压电极导向孔21、低压电极导向孔22、电极引线密封接头23、电极绝缘外筒24、电极接线柱25、紧固密封螺纹26、密封胶垫27、电极金属骨架28等组成。

参考附图1和附图2，高/低压接线端面封头1为椭圆状，上部的高/低压电缆引线孔2用于引出高/低压电缆和灌封变压器油，起到对高压电缆12、低压电缆3及电气连接组件的防爆绝缘作用，高/低压接线端面封头1通过接线端面封头紧固螺栓20与绝缘封头10相连，采用变压器油密封垫片11进行密封，变压器油密封垫片11为圆环状，材质为耐油橡胶。聚结器筒体6主体为圆筒状结构，聚结器筒体6两端焊接法兰，通过绝缘封头紧固螺栓8与绝缘封头10相连，采用原油乳状液密封垫片9进行密封，原油乳状液密封垫片9为圆环状，材质为耐油橡胶。数段折流支撑板7均匀排布在聚结器筒体6内部，进行原油乳状液的导流和对柱状绝缘电极4、5的支撑，原油乳状液在静电聚结器中按照附图2中箭头所示的方向流过；聚结器筒体6左端部设有入口管道15和入口法兰16，相应的，右端部设有出口管道18和入口法兰19。

参考附图3和附图4，绝缘封头10为圆盘状，材质为电绝缘材料，优选的，绝缘封头10采用聚四氟乙烯等塑料绝缘材料。绝缘封头10中部为台阶状凹槽14，台阶状凹槽14中由内向外放呈射状开有圆孔，用于进行高压柱状绝缘电极4、低压柱状绝缘电极5的穿出和密封。绝缘封头10通过绝缘封头紧固螺栓8与聚结器筒体6相连。电极固定密封接头13与固定在绝缘封头10上，安装时，电极端部穿过该与绝缘封头10连接的电极固定密封接头13，电极固定密封接头13中部为圆筒状的结构，圆筒上方设有密封胶垫，进行柱状绝缘电极4、5的固定和密封，电极固定密封接头13通过下部外侧设置的螺纹和螺母与绝缘封头10进行固定，采用环装耐油橡胶密封垫片进行密封，其作用是防止变压器油进入聚结器筒体6内部同时防止聚结器筒体6内部的原油乳状液进入绝缘封头10与高/低压接线端面封盖1之间。

聚结器筒体6外壳接地，因此距离外壳最近的一圈柱状电极需为高压柱状绝缘电极4，从而在聚结器筒体6外壳和高压柱状绝缘电极4之间产生脱水电场，同理，距离轴线最近的一圈柱状电极需为高压柱状绝缘电极4。每圈电极的数量至少为三个以实现环形的效果，附图 3-5中给出的是具有四层(三圈)电极的示意图，自轴线至外壳依次为位于轴线上的一根低压电极、靠近轴线的一圈高压电极、位于两圈高压电极之间的低压电极、靠近外壳的高压电极、带有接地端子的外壳，且第一圈高压电极有四个，与轴线上的低压电极可构成四组“品字形”排列；第二圈低压电极有八个，与第一圈高压电极也可构成四组“品字形”排列；靠近外壳的高压电极有十六个，与八个低压电极可构成八组“品字形”排列。如图5中的折流支撑板7所示，聚结器筒体6内部的柱状电极在截面图上以轴线为中心呈同心环绕。

参考附图2和附图5，折流支撑板7为圆盘状，材质为电绝缘材料，优选的，折流支撑板7采用聚四氟乙烯等塑料绝缘材料。折流支撑板7上开有与绝缘封头10上圆孔同轴的高压电极导向孔21和低压电极导向孔22。高压柱状绝缘电极4和高压柱状绝缘电极5呈间隔排布，聚结器筒体6作为最外层低压电极，产生非的均匀电场引入介电泳聚结；此外，在原油乳状液流过电极组件时，圆柱扰流作用引起的紊流脉动和速度梯度能够促进水滴的碰撞，提高水滴的聚结效率。

参考附图6和附图7，高压柱状绝缘电极4和低压柱状绝缘电极5为柱状结构，电极金属骨架28为长杆状，材质为不锈钢等金属材料，上端部设有柱状的电极接线柱25，进行高/低压电缆的连接。电极金属骨架28外侧包覆有电极绝缘外筒24，电极绝缘外筒24为上侧开口的圆筒，材质为电绝缘材料，优选的，电极绝缘外筒24采用聚四氟乙烯等塑料绝缘材料，电极绝缘外筒24采用衬套、浇注、滚塑等工艺进行包覆，包覆时应尽量减小与电极金属骨架28之间的间隙。电极引线密封接头23通过紧固密封螺纹26与电极绝缘外筒24进行连接密封，电极引线密封接头23上部设有密封胶垫27，电缆穿过密封胶垫27与电极接线柱25相连，从而避免变压器油进入电极内部。

本发明的基本工作原理为：通过入口法兰16和出口法兰17快速连接至油田现场原油脱水流程，油包水乳状液经入口管道15进入乳状液静电聚结器内部，流过由内向外放射状间隔排布的高压柱状绝缘电极4和低压柱状绝缘电极5，乳状液中的分散相水滴在非均匀电场产生的偶极力、电泳力及介电泳力作用下发生快速的聚结长大；高压柱状绝缘电极4和低压柱状绝缘电极5的独特结构及排布方式将圆柱扰流引入聚结过程，圆柱扰流作用产生的速度梯度和紊流脉动使初始间距较大的液滴发生有效碰撞聚结，缩短相邻水滴之间的迁移时间，从而提高液滴的聚结效率；折流支撑板7的设置将聚结器中原油乳状液的轴向流动转变为径向流动，乳状液的过流速度因此而显著提高，从而增强了紊流脉动的混合碰撞作用。本发明涉及的静电聚结器通过将流场与电场的有效耦合，大大提高乳状液的聚结分离效率。

Claims (6)

1.一种原油乳状液静电聚结器，其特征在于包括一个圆筒状结构的聚结器筒体(6)，该聚结器筒体(6)外侧面设有接地端子(17)，且外侧面两端分别设有入口管道(15)和出口管道(18)，所述的入口管道(15)和出口管道(18)具有径向的开口，且开口处分别设有入口法兰(16)和出口法兰(19)；该筒体(6)两端焊接法兰，并通过封头紧固螺栓(8)与圆盘状绝缘封头(10)相连，并有高/低压接线端面封盖(1)通过封盖紧固螺栓(20)与绝缘封头(10)相连；

高/低压接线端面封盖(1)与绝缘封头(10)之间灌封变压器油，高/低压接线端面封盖(1)上设有引线孔(2)，其中一端的引线孔(2)引入低压电缆(3)与筒体(6)内部的多个低压柱状绝缘电极(5)相连，另一端的引线孔(2)引入高压电缆(12)与筒体(6)内部的多个高压柱状绝缘电极(4)相连；

其中一个低压柱状绝缘电极(5)设置在聚结器筒体(6)的轴线上，以该低压柱状绝缘电极(5)为中心，至少同心环绕一圈与轴线平行的高压柱状绝缘电极(4)，

或者自轴线至聚结器筒体(6)外壳之间依次交替同心环绕多圈与轴线平行的高压柱状绝缘电极(4)和低压柱状绝缘电极(5)；且使得距离轴线最近的为一圈高压柱状绝缘电极(4)，距离聚结器筒体(6)外壳最近的也是一圈高压柱状绝缘电极(4)，相邻的两圈高压柱状绝缘电极(4)之间有一圈低压柱状绝缘电极(5)；

所述的每一圈高压柱状绝缘电极(4)或低压柱状绝缘电极(5)数量至少为三个，且每个高压柱状绝缘电极(4)至轴线的距离相等，每个高压柱状绝缘电极(4)至相邻两个高压柱状绝缘电极(4)的距离相等；

所述聚结器筒体(6)的内部在入口管道(15)和出口管道(18)之间还设有多块与轴线垂直的折流支撑板(7)，进行对原油乳状液的导流和高/低压柱状绝缘电极(4、5)的支撑，所述折流支撑板(7)为一侧有缺口的圆盘状结构体，且圆心处开有低压电极导向孔(22)，自圆心处至边缘分布着与所述高压柱状绝缘电极(4)数量相等的高压电极导向孔(21)和与所述低压柱状绝缘电极(5)数量相等的低压电极导向孔(22)，所述的高压柱状绝缘电极(4)和多个低压柱状绝缘电极(5)分别通过高压电极导向孔(22)和低压电极导向孔(22)而穿过折流支撑板(7)；所述的多块折流支撑板(7)使从入口管道(15)进入聚结器筒体(6)的原油乳状液经过多次折流后从出口管道(18)输出。

2.如权利要求1所述的原油乳状液静电聚结器，其特征在于上述高压柱状绝缘电极(4)和低压柱状绝缘电极(5)结构相同，均包括外表面包覆有电极绝缘外筒(24)的电极金属骨架(28)，并有电极引线密封接头(23)通过设在电极绝缘外筒(24)一端的紧固密封螺纹(26)与电极绝缘外筒(24)相连，该电极引线密封接头(23)内还设有管状的密封胶垫(27)，所述的低压电缆(3)和高压电缆(12)穿过该密封胶垫(27)而与电极金属骨架(28)端部的电极接线柱(25)相连，从而避免变压器油进入电极内部。

3.如权利要求1所述的原油乳状液静电聚结器，其特征在于上述折流支撑板(7)材质采用聚四氟乙烯等塑料绝缘材料。

4.如权利要求1所述的原油乳状液静电聚结器，其特征在于上述电极绝缘外筒(24)采用聚四氟乙烯等塑料绝缘材料，电极绝缘外筒(24)采用衬套、浇注、滚塑等工艺进行包覆。

5.如权利要求1所述的原油乳状液静电聚结器，其特征在于上述绝缘封头(10)材质采用聚四氟乙烯等塑料绝缘材料。

6.如权利要求1所述的原油乳状液静电聚结器，其特征在于上述绝缘封头(10)中部为台阶状凹槽(14)，台阶状凹槽(14)中由内侧向外侧呈放射状开有圆孔，所述的高压柱状绝缘电极(4)和低压柱状绝缘电极(5)的两端分别通过所述圆孔穿出端部的绝缘封头(10)的台阶状凹槽(14)，放射状圆孔可用于进行高压柱状绝缘电极(4)、低压柱状绝缘电极(5)的穿出和密封。