CN108165299A - 一种w/o型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，该静电聚结器包括管状壳体，同轴嵌套设置在管状壳体内的绝缘套筒，分别与管状壳体的两端相连接的前端盖和后端盖，设置在绝缘套筒的内腔中轴线上的中心轴，与中心轴朝向前端盖的一端相连接的高压电极接线端子，设置在绝缘套筒内并与高压电极接线端子相连接的高压电极螺旋叶片，与中心轴朝向后端盖的一端相连接的接地电极接线端子和设置在绝缘套筒内并与接地电极接线端子相连接的接地电极螺旋叶片；前端盖上设置有乳化液入口和高压极引出端口；后端盖上设置有乳化液出口和接地极引出端口；绝缘套筒、中心轴、高压电极螺旋叶片和接地电极螺旋叶片共同组成螺旋电极流道。

Description

一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器

技术领域

本发明属于原油等油包水(W/O)型乳化液的电场破乳脱水技术领域，尤其涉及一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器。

背景技术

自上世纪60年代以来，电场破乳技术逐渐广泛应用于以原油乳化液为代表的W/O型乳化液的破乳脱水当中，相应技术产品主要是多层极盘式、鼠笼式、多室式等传统电脱水器或电脱盐器。由于金属电极外表面为裸露状态，且普遍搭配使用工频/高压正弦波交流电场或高压直流电场进行静电聚结破乳，不仅破乳脱水效率较低，而且当入口W/O型乳化液电导率偏高时，极易发生垮电场或电源跳电等现象，因此一般要求进入电脱水器的乳化液体积含水率小于15％。近年来，随着世界范围内各主力油田先后进入开采的中后期，油井采出液含水率逐渐升高、油水乳化严重、导电性增强，传统电脱水器已经难以适应原油脱水达标的要求，部分电脱水器甚至因经常发生短路、送电困难而被迫停用。

紧凑型静电聚结器的基本理念是：将传统电脱水器涉及的电场破乳聚结与油水分离两个过程分开，先后独立进行，以便满足各自所需的最佳流体力学条件，从而使得电场破乳脱水总体效率提升、设备总体占地面积减小、加热温度降低、破乳药剂用量下降。除了新建油气集输处理工艺流程可以采用“紧凑型静电聚结器+油水重力沉降分离器或油水离心分离器”取代传统电脱水器之外，还能在不对已有油气集输处理工艺流程进行大幅改动的情况下，通过加装紧凑型静电聚结器，对老化油等复杂原油乳化液预先实施聚结破乳，然后回掺至现有油气集输处理工艺流程，从而协助传统电脱水器破解所面临的复杂采出液处理难题，实现降本增效。

尽管作为一种新型电场破乳设备，紧凑型静电聚结器近十多年来得到了国内外的广泛关注，但目前已经得到工业化应用和市场认可的技术产品并不多，挪威FjordsProcessing AS公司的紧凑型静电聚结器(Compact Electrostatic Coalescer,CEC)(原属于Kvaerner Process Systems公司)和美国FMC Technologies公司的管式静电聚结器(Inline Electrostatic Coalescer,IEC)属于其中较为典型的代表。2000年，KvaernerProcess Systems公司在美国专利US6136174中提到的CEC由入口管、出口管、气相出口管道、多个接地同心圆筒、多个高压极同心圆筒、电极支撑架、流量分配板、低液位关闭开关、压力计、温度计、排液口、绝缘高压电极间隔件、绝缘接地电极间隔件等组成，主体结构采用多个带绝缘涂层的圆筒状金属高压电极和接地圆筒状金属裸露电极同轴心线嵌套而成，形成多个立式非均匀电场环形流道，W/O型乳化液在湍流状态下进入环形流道的非均匀高压电场区域，破乳聚结处理后排出，可能析出产生的气体则由顶部气相出口排出，分散相水颗粒聚结后的粒径能够增大10倍之多。但上述紧凑型静电聚结器(CEC)存在下列不足：①环形流道结构使适当水力流动条件对W/O型乳化液中分散相水颗粒碰撞聚结的促进作用未能得到充分发挥，致使破乳聚结效率仍有较大的提升空间；②多层套筒的立式压力容器结构，使得其在工程应用中体积仍然较大，仍然不够紧凑，需要进一步改进提升。

相比之下，美国FMC Technologies公司在WO 2008066392A2中提出的管式静电聚结器(IEC)从理念上讲更为先进，IEC由入口管、出口管、高压电极板、接地电极板、绝缘平板、壳体、高压接线腔体、接地接线腔体、过载保护器等组成，其主体通过使用多块平行板状电极以及圆柱管壳状电极，形成沿管道轴心线平行布置的多个准矩形流道，工作时W/O型乳化液在其中处于相对稳定的层流流态。但管式静电聚结器(IEC)存在下列不足：①所采用的平行板式流道结构，难以对分散相水颗粒的碰撞聚结起到积极有效的促进作用；②受制于板式高压电极的安装形式，使流道的面积利用率较低，处理量较小。

2014年，挪威Aker Process Systems公司在美国专利US 8702952B2中对紧凑型静电聚结器(CEC)的结构进行了改进，首次尝试使用螺旋状流道，希望使乳化液在其中形成适度湍流，从而促进电场破乳聚结。改进后的紧凑型静电聚结器(CEC)由入口管、出口管、入口挡板、接地外壳、螺旋叶片、接地同心圆筒电极、高压同心圆筒电极等组成，其中圆柱形电极表面上涂覆绝缘层，将螺旋叶片放入接地同心圆筒电极与高压同心圆筒电极之间。乳化液进入接地同心圆筒电极与高压同心圆筒电极之间后，螺旋叶片迫使其以螺旋形式流动，利用适度的湍流促进W/O型乳化液的破乳聚结。但客观而言，该结构方案虽然从一定程度上改善了乳化液在电场作用下的水力流动条件，但多层套筒的立式压力容器结构未能得到根本改变，当处理量较大时大尺寸螺旋叶片的加工制造和固定安装难度也相应增大，仍然不能称为管式紧凑型结构方案。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，通过创新电极结构形态，保持设备的总体管状外形，在结构更加紧凑的前提下，有效提升破乳聚结效率，以应对采出液中含水量高、油水乳化程度严重、乳化液电导率较高等一系列挑战，从而解决不同理化特性原油乳化液的破乳脱水达标问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，其特征在于，该静电聚结器包括：管状壳体，同轴嵌套设置在所述管状壳体内的绝缘套筒，与所述管状壳体的一端相连接的前端盖，与所述管状壳体的另一端相连接的后端盖，设置在所述绝缘套筒的内腔中轴线上的中心轴，与所述中心轴朝向所述前端盖的一端相连接的高压电极接线端子，设置在所述绝缘套筒内并与所述高压电极接线端子相连接的高压电极螺旋叶片，与所述中心轴朝向所述后端盖的一端相连接的接地电极接线端子，和设置在所述绝缘套筒内并与所述接地电极接线端子相连接的接地电极螺旋叶片；其中，所述前端盖上设置有乳化液入口和高压极引出端口；所述后端盖上设置有乳化液出口和接地极引出端口；所述高压电极螺旋叶片作为所述静电聚结器的正电极，所述接地电极螺旋叶片作为所述静电聚结器的负电极；所述绝缘套筒、中心轴、高压电极螺旋叶片和接地电极螺旋叶片共同组成螺旋电极流道，所述螺旋电极流道的两端分别与所述乳化液入口和乳化液出口相连通。

多片所述高压电极螺旋叶片和接地电极螺旋叶片相邻均匀间隔分布在所述中心轴和绝缘套筒之间的环形空间内，将所述中心轴和绝缘套筒之间的环形空间均匀分隔为若干个空间螺旋状流道。

调节所述高压电极螺旋叶片和接地电极螺旋叶片的数量、螺距和内外径，能够改善乳化液中分散相水颗粒的停留时间分布；调节相邻所述高压电极螺旋叶片和接地电极螺旋叶片之间的电场强度、电场频率及电压波形，能够确保处理不同理化特性的乳化液时均有最佳的破乳聚结效果。

所述高压电极螺旋叶片包括高压螺旋叶片头部、高压螺旋叶片中部和高压螺旋叶片尾部，所述接地电极螺旋叶片包括接地螺旋叶片头部、接地螺旋叶片中部和接地螺旋叶片尾部；所述高压螺旋叶片中部和接地螺旋叶片中部为标准螺旋线形状，螺旋角始终不变；所述高压螺旋叶片头部、接地螺旋叶片头部、高压螺旋叶片尾部和接地螺旋叶片尾部均呈抛物线性，所述高压螺旋叶片头部和接地螺旋叶片头部的起始线与所述中心轴平行、末端与所述高压螺旋叶片中部和接地螺旋叶片中部的螺旋角相同，所述高压螺旋叶片尾部和接地螺旋叶片尾部的起始线与所述高压螺旋叶片中部和接地螺旋叶片中部的螺旋角相同、末端与所述中心轴平行；所述高压电极螺旋叶片通过所述高压螺旋叶片头部与所述高压电极接线端子相连接，所述接地电极螺旋叶片通过所述接地螺旋叶片头部与所述接地电极接线端子相连接。

所述高压螺旋叶片头部和接地螺旋叶片头部的轴向长度比所述高压螺旋叶片尾部和接地螺旋叶片尾部的轴向长度更长，所述高压螺旋叶片尾部与所述接地螺旋叶片头部之间、所述高压螺旋叶片头部与所述接地螺旋叶片尾部之间留出轴向距离。

所述高压电极螺旋叶片的表面采用绝缘涂层处理，所述接地电极螺旋叶片采用裸露电极形式。

所述绝缘涂层材料的相对介电常数大于4，电导率小于10^-19sm^-1，耐击穿电压值达到4万伏以上。

所述绝缘套筒和中心轴采用高强度的电绝缘材料制成，所述管状壳体与所述绝缘套筒之间采用过渡配合。

所述高压电极接线端子包括高压固定端和高压引出端，所述高压固定端的顶部设置有高压接线柱和高压定位凹槽，所述高压引出端的中心开设高压通孔，所述高压引出端与所述高压固定端相连接，所述高压接线柱穿过所述高压通孔并从所述高压引出端的顶部伸出；所述接地电极接线端子包括接地固定端和接地引出端，所述接地固定端的顶部设置有接地接线柱和接地定位凹槽，所述接地引出端的中心开设接地通孔，所述接地引出端与所述高压固定端相连接，所述接地接线柱穿过所述接地通孔并从所述接地引出端的顶部伸出；所述管状壳体与所述前端盖之间还设置有第一法兰盘，所述第一法兰盘与所述管状壳体和前端盖相连接，所述高压电极接线端子通过所述高压定位凹槽和高压引出端与所述第一法兰盘相连接；所述管状壳体与所述后端盖之间还设置有第二法兰盘，所述第二法兰盘与所述管状壳体和后端盖相连接，所述接地电极接线端子通过所述接地定位凹槽和接地引出端与所述第二法兰盘相连接；所述中心轴的两端分别与所述高压固定端和接地固定端的底部相连接，所述高压电极螺旋叶片与所述高压固定端相连接，所述接地电极螺旋叶片与所述接地固定端相连接，所述高压电极螺旋叶片和接地电极螺旋叶片分别以所述中心轴为基准从两侧旋转装入；所述高压电极接线端子和接地电极接线端子通过所述第一法兰盘和第二法兰盘，同时对所述中心轴、高压电极螺旋叶片和接地电极螺旋叶片进行固定及轴向和周向定位；所述高压接线柱用于接线，并从所述前端盖的所述高压极引出端口引出，然后对所述高压极引出端口进行密封，从而在所述第一法兰盘与所述高压极引出端口之间的所述前端盖内形成一个独立的高压电极接线舱体；所述接地接线柱用于接线，并从所述后端盖的所述接地极引出端口引出，然后对所述接地极引出端口进行密封，从而在所述第二法兰盘也所述接地极引出端口之间的所述后端盖内形成一个独立的接地电极接线舱体。

所述高压引出端和接地引出端采用绝缘材料制成。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，正、负电极均由螺旋叶片构成，从而形成螺旋电极流道，能够保持设备的总体管状外形，在结构更加紧凑的前提下，有效提升破乳聚结效率。2、本发明的一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，正、负电极螺旋叶片间形成近似均匀的电场分布，分散相水颗粒的聚结形式仍以偶极聚结为主，虽然所受介电泳力的矢量方向与旋流离心力不一致，但其大小几乎可以忽略。3、本发明的一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，能够通过调节螺旋叶片头数的数量和螺距等结构参数，达到改善乳化液中分散相水颗粒停留时间分布的作用，能够使原油乳化液在电场内的停留时间相较于柱状电极情况下延长约40％。4、本发明的一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，根据所处理乳化液理化特性的不同，可对相邻螺旋叶片之间的电场强度、电场频率及电压波形等电场参数进行相应调节，从而确保最佳破乳聚结效果。5、本发明的一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，通过设置高压引出端和接地引出端形成独立的接线腔体，保证了工程应用中的接线安全。6、本发明的一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，整体结构更加紧凑，体积更小，重量更轻，不仅适用于高含水率的W/O型乳化液，对于老化油、含酸原油等劣质原油乳化液的电场破乳也较为实用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A部的放大结构示意图；

图3是本发明的局部放大结构示意图；

图4是本发明的高压电极(接地电极)螺旋叶片的结构示意图；

图5是本发明的高压电极(接地电极)接线端子的结构示意图；

图6是本发明的高压电极(接地电极)接线端子的固定端的结构示意图；

图7是本发明的高压电极(接地电极)接线端子的引出端的结构示意图；

图8是本发明的前(后)端盖的结构示意图；

图9是本发明的原油乳化液聚结过程示意图；

图10是基于本发明的原理样机的室内实验测试结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2和图3所示，本发明提供的一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，主要用于原油乳化液等W/O型乳化液的电场破乳聚结，借助连续相油和分散相水颗粒之间的导电特性差异，通过电场作用使得粒径较小的分散相水颗粒发生聚结长大，从而便于重力沉降或离心分离等后续油水分离过程的进行和提高油水分离效率；其包括管状壳体1、绝缘套筒2、前端盖3、后端盖4、中心轴5、高压电极螺旋叶片6、高压电极接线端子7、接地电极螺旋叶片8和接地电极接线端子9。

其中，绝缘套筒2同轴嵌套固定设置在管状壳体1内；前端盖3与管状壳体1的一端固定连接，前端盖3上设置有乳化液入口31和高压极引出端口32；后端盖4与管状壳体1的另一端固定连接，后端盖4上设置有乳化液出口41和接地极引出端口42；中心轴5固定设置在绝缘套筒2内腔的中轴线上。高压电极螺旋叶片6与高压电极接线端子7固定连接，高压电极接线端子7与中心轴5朝向前端盖3的一端相连接，从而将高压电极螺旋叶片6固定设置在绝缘套筒2内；高压电极螺旋叶片6作为静电聚结器的正电极，通过高压电极接线端子7与外部供电装置的高压输出部件相连接。接地电极螺旋叶片8与接地电极接线端子9固定连接，接地电极接线端子9与中心轴5朝向后端盖4的一端相连接，从而将接地电极螺旋叶片8固定设置在绝缘套筒2内；接地电极螺旋叶片8作为静电聚结器的负电极，通过接地电极接线端子9与外部的专用接地部件相连接。绝缘套筒2、中心轴5、高压电极螺旋叶片6和接地电极螺旋叶片8共同组成螺旋电极流道，W/O型乳化液从乳化液入口31进入静电聚结器，在螺旋电极流道中旋转流动的同时受到非均匀电场的作用从而发生静电聚结，分散相水颗粒聚结长大后，从乳化液出口41流出，进入后续油水分离设备；虽然分散相水颗粒受到偶极聚结力、介电泳力以及旋转离心力等影响的作用，但介电泳力和离心力相对较为微弱，可以忽略不计，故其聚结形式仍以偶极聚结为主。

上述实施例中，一定数量的高压电极螺旋叶片6和接地电极螺旋叶片8相邻均匀间隔分布在中心轴5和绝缘套筒2之间的环形空间内，从而将中心轴5与绝缘套筒2之间的环形空间均匀分隔为若干个空间螺旋状流道，通过在每个空间螺旋状流道内营造适度湍流流态，可以提高分散相水颗粒的碰撞聚结几率，充分促进水颗粒接触碰撞和聚结长大，进而提升电场破乳聚结效果。同时，通过高压电极螺旋叶片6和接地电极螺旋叶片8施加高压电场作用，空间螺旋状流道结构从一定程度上增加了分散相水颗粒在高压电场中的水力停留时间，将乳化液水力流动条件与电场破乳聚结条件有机结合，使得W/O型乳化液的聚结破乳效应最大化。

上述实施例中，通过调节高压电极螺旋叶片6和接地电极螺旋叶片8的数量、螺距和内外径等结构参数，可以达到改善乳化液中分散相水颗粒的停留时间分布的作用，以适应乳化液的实际处理流量、压降等要求；根据所处理乳化液理化特性的不同，对相邻高压电极螺旋叶片6和接地电极螺旋叶片8之间的电场强度、电场频率及电压波形等电场参数进行相应调节，可以确保最佳的破乳聚结效果。

上述实施例中，如图4所示，高压电极螺旋叶片6和接地电极螺旋叶片8的结构相同，高压电极螺旋叶片6包括高压螺旋叶片头部61、高压螺旋叶片中部62和高压螺旋叶片尾部63，接地电极螺旋叶片8包括接地螺旋叶片头部81、接地螺旋叶片中部82和接地螺旋叶片尾部83；其中，高压螺旋叶片头部61和接地螺旋叶片头部81的起始线与中心轴线平行，螺旋角为零度，随着螺旋线长度的增加，螺旋角呈现加速上升的趋势，达到规定螺旋角时视为高压螺旋叶片头部61和接地螺旋叶片头部81的末端，使得W/O型乳化液进入螺旋流道时逐渐由轴向流动平稳过渡到旋流流动；高压螺旋叶片中部62和接地螺旋叶片中部82为标准螺旋线形状，螺旋角始终不变；高压螺旋叶片尾部63和接地螺旋叶片尾部83的螺旋角开始减小，直至螺旋线再次与轴线达到平行，使得乳化液在流出螺旋流道时由旋流流动平稳过渡到轴向流动。高压螺旋叶片头部61和接地螺旋叶片头部81及高压螺旋叶片尾部63和接地螺旋叶片尾部83都呈抛物线型，当W/O型乳化液进入静电聚结器时，高压螺旋叶片头部61可以将乳化液从线性流动平滑过渡到旋转流动；当W/O型乳化液流出静电聚结器时，高压螺旋叶片尾部63可以将乳化液从旋转流动平滑过渡到线性流动状态，从而避免流动状态突变而产生过大剪切力，使业已聚结的分散相水颗粒破碎，造成乳化液二次乳化。

上述实施例中，高压电极螺旋叶片6通过高压螺旋叶片头部61与高压电极接线端子7相连接，接地电极螺旋叶片8通过接地螺旋叶片头部81与接地电极接线端子9相连接，高压螺旋叶片头部61和接地螺旋叶片头部81的轴向长度较长，高压螺旋叶片尾部63和接地螺旋叶片尾部83的轴向长度较短，使得高压螺旋叶片尾部63和接地螺旋叶片尾部83分别与接地电极接线端子9和高压电极接线端子7之间留出一定的轴向距离，方便高压电极螺旋叶片6与高压电极接线端子7以及接地电极螺旋叶片8与接地电极接线端子9的连接，并确保高压电极螺旋叶片6与接地电极接线端子9以及高压电极接线端子7与接地电极螺旋叶片8之间不发生高压放电。

上述实施例中，高压电极螺旋叶片6的表面采用绝缘涂层处理，接地电极螺旋叶片8采用裸露电极形式，以防止水颗粒在电场作用下呈链状排列后产生跨电场现象，从而有效解决较高含水率的原油乳化液实际能加载的有效场强较低、甚至容易出现垮电场和跳电现象的缺陷，因此对于高含水乳化液具有较好的适应性；但是绝缘涂层的存在会降低施加于W/O型乳化液上的有效电场强度。

上述实施例中，绝缘涂层材料的相对介电常数应大于4，电导率小于10^-19sm^-1，耐击穿电压值达到4万伏以上；可以在确保高压电极螺旋叶片6绝缘性能的同时，尽可能减小绝缘涂层的厚度，以降低绝缘涂层对有效电场全度的削弱程度。例如，绝缘涂层材料可以是聚四氟乙烯、环氧树脂、金属绝缘陶瓷等。

上述实施例中，绝缘套筒2和中心轴5采用强度较高的电绝缘材料(例如聚四氟乙烯)制成，且管状壳体1与绝缘套筒2之间采用过渡配合，以防止高压电极螺旋叶片6与中心轴5之间、接地电极螺旋叶片8与中心轴5之间以及管状壳体1与高压电极螺旋叶片6之间因为电场强度过大而产生击穿放电现象。

上述实施例中，高压电极螺旋叶片6和接地电极螺旋叶片8的内圆柱面与中心轴5之间采用过渡配合；高压电极螺旋叶片6和接地电极螺旋叶片8的外圆柱面与绝缘套筒2之间采用间隙配合，虽然可能会有微量W/O型乳化液从高压电极螺旋叶片6和接地电极螺旋叶片8的外圆柱面与绝缘套筒2之间的间隙流过而未受到电场作用，但相对整体W/O型乳化液体系而言，对聚结破乳效率的影响可忽略不计。

上述实施例中，图5、图6和图7所示，高压电极接线端子7和接地电极接线端子9的结构相同，高压电极接线端子7包括高压固定端71和高压引出端72，接地电极接线端子9包括接地固定端91和接地引出端92。其中，高压电极螺旋叶片6通过高压螺旋叶片头部61与高压固定端71固定连接，接地电极螺旋叶片8通过接地螺旋叶片头部81与接地固定端91固定连接，中心轴5的两端分别与高压固定端71和接地固定端81的底部相连接，连接时高压电极螺旋叶片6和接地电极螺旋叶片8以中心轴5为基准分别从两侧旋转装入；高压固定端71和接地固定端91分别用于高压电极螺旋叶片6与中心轴5和接地电极螺旋叶片8与中心轴5的轴向和周向定位；高压固定端71和接地固定端91的顶部分别设置有高压接线柱711和接地接线柱911，分别用于高压电极螺旋叶片6和接地电极螺旋叶片8的接线，高压电极接线端子7通过高压接线柱711与高压电源相连接。高压引出端72和接地引出端92的中心分别开设一直径为5mm的高压通孔721和接地通孔921，安装时高压固定端71的高压接线柱711穿过高压引出端72的高压通孔721，并从高压引出端72的顶部伸出用于接线，再将高压固定端71与高压引出端72相连接；接地固定端91与接地引出端92的连接同理。高压引出端72和接地引出端92主要用于保证高压电极螺旋叶片6和接地电极螺旋叶片8的接线安全，并配合高压固定端71和接地固定端91对高压电极螺旋叶片6、接地电极螺旋叶片8和中心轴5进行轴向和周向定位。

上述实施例中，高压引出端72和接地引出端92的顶部为圆锥形，底部分别为高压螺柱722和接地螺柱922，高压引出端72和接地引出端92采用绝缘材料制成；高压固定端71和接地固定端91的顶部还分别设置有高压螺纹孔713和接地螺纹孔913，高压固定端71与高压引出端72之间和接地固定端91与接地引出端92之间采用螺纹连接。

上述实施例中，如图1、图5和图9所示，管状壳体1与前端盖3之间还设置有第一法兰盘11，第一法兰盘11与管状壳体1和前端盖3固定连接；管状壳体1与后端盖4之间还设置有第二法兰盘12，第二法兰盘12与管状壳体1和后端盖4固定连接。高压电极接线端子7的高压固定端71的顶部还设置有高压定位凹槽712，高压电极接线端子7通过高压定位凹槽712辅以高压引出端72与第一法兰盘11相连接；接地电极接线端子9的接地固定端91的顶部还设置有接地定位凹槽912，接地电极接线端子9通过接地定位凹槽912辅以接地引出端92与第二法兰盘12相连接。由于高压电极接线端子7和接地电极接线端子9还分别与高压电极螺旋叶片6和接地电极螺旋叶片8相连接，同时还与中心轴5相连接，从而高压电极接线端子7和接地电极接线端子9通过第一法兰盘11和第二法兰盘12，同时能够对中心轴5和高压电极螺旋叶片6及接地电极螺旋叶片8进行固定以及轴向和周向定位，提高了装置的紧凑性。安装时，先将高压电极螺旋叶片6与高压电极接线端子7固定连接，并安装高压电极接线端子7与第一法兰盘11，然后将第一法兰盘11与管状壳体1和前端盖3固定连接；再将接地电极螺旋叶片8与接地电极接线端子9固定连接，并安装接地电极接线端子9与第二法兰盘12，最后将中心轴5的两端分别与高压电极接线端子7和接地电极接线端子9相连接，并将第二法兰盘12与管状壳体1和后端盖4固定连接。

上述实施例中，第一法兰盘11与高压定位凹槽712之间、第二法兰盘12与接地定位凹槽912之间采用过盈配合。

上述实施例中，前端盖3与第一法兰盘11和管状壳体1之间、后端盖4与第二法兰盘12和管状壳体1之间以及高压电极接线端子7与第一法兰盘11之间和接地电极接线端子9与第二法兰盘12之间均以螺栓连接的方式连接，共同保证高压电极螺旋叶片6、接地电极螺旋叶片8和中心轴5不会发生轴向窜动和周向转动。

上述实施例中，高压电极接线端子7的高压接线柱711接线，并从前端盖3的高压极引出端口32引出并连接至高压电源的高压电极，然后对高压极引出端口32进行密封，由于第一法兰盘11的存在，从而在前端盖3内形成一个独立的高压电极接线舱体，能够保证工业应用中的接线安全；同理，在后端盖4内也会形成一个独立的接地电极接线舱体，以保证实际应用中的接线安全。

上述实施例中，如图8所示，前端盖3和后端盖4的结构相同，均为90度角的弯管结构，高压极引出端口32和接地极引出端口42分别设置在前端盖3和后端盖4的弯头处且朝向管状壳体1的轴向，乳化液入口31和乳化液出口41分别设置在前端盖3和后端盖4的一端且朝向管状壳体1的径向。

上述实施例中，高压电极螺旋叶片6与高压电极接线端子7的高压固定端71通过焊接的方式连接，接地电极螺旋叶片8与接地电极接线端子9的接地固定端91通过焊接的方式连接。

上述实施例中，本发明的管式紧凑型静电聚结器，既可以使用常规工频/高压交流电源，也可以使用新型高频/高压脉冲交流电源；既可以用于油气集输处理领域原油乳化液的破乳脱水，也可以用于炼油企业原油电脱盐环节原油乳化液的破乳脱水，还可用于其他需要对WO型乳化液实施电场破乳脱水的环节。

本发明的一种WO型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器在使用时，可以水平安装或竖直安装，还可以根据需要以任意角度安放。如图9所示，WO型乳化液从乳化液入口31进入管式紧凑型静电聚结器，沿着轴向方向以线性流动的方式进入由高压电极螺旋叶片6、接地电极螺旋叶片8、中心轴5和绝缘套筒2组成的螺旋流道中；进入螺旋流道后，乳化液逐渐从线性流动过渡到旋转流动，并受到非均匀电场力的作用，分散相小水颗粒发生聚结长大形成较大的水颗粒，依次经过螺旋叶片头部、螺旋叶片中部和螺旋叶片尾部后，从乳化液出口41流出。对根据本发明设计加工的原理样机进行测试，测试过程中基于聚焦光束反射测量仪(FBRM)对管式螺旋流道紧凑型静电聚结器的动态破乳聚结特性进行在线原位观测，测试结果如图10所示，图中给出的是WO型乳化液分散相水颗粒较初始状态的平均增长粒径。可以看出，随着通电时间持续增加，分散相水颗粒的平均粒径迅速增大，一段时间后增速变缓，平均粒径值达到最大；当断开电源时，平均粒径值迅速减小，一段时间后减速变缓，逐渐恢复到初始的分散相水颗粒平均粒径值。粒径增大倍数为2.18，且经过多次测量后保持较高的一致性。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、设置位置及其连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，其特征在于，该静电聚结器包括：

管状壳体，

同轴嵌套设置在所述管状壳体内的绝缘套筒，

与所述管状壳体的一端相连接的前端盖，

与所述管状壳体的另一端相连接的后端盖，

设置在所述绝缘套筒的内腔中轴线上的中心轴，

与所述中心轴朝向所述前端盖的一端相连接的高压电极接线端子，

设置在所述绝缘套筒内并与所述高压电极接线端子相连接的高压电极螺旋叶片，

与所述中心轴朝向所述后端盖的一端相连接的接地电极接线端子，和

设置在所述绝缘套筒内并与所述接地电极接线端子相连接的接地电极螺旋叶片；

其中，所述前端盖上设置有乳化液入口和高压极引出端口；所述后端盖上设置有乳化液出口和接地极引出端口；所述高压电极螺旋叶片作为所述静电聚结器的正电极，所述接地电极螺旋叶片作为所述静电聚结器的负电极；所述绝缘套筒、中心轴、高压电极螺旋叶片和接地电极螺旋叶片共同组成螺旋电极流道，所述螺旋电极流道的两端分别与所述乳化液入口和乳化液出口相连通。

2.如权利要求1所述的一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，其特征在于，多片所述高压电极螺旋叶片和接地电极螺旋叶片相邻均匀间隔分布在所述中心轴和绝缘套筒之间的环形空间内，将所述中心轴和绝缘套筒之间的环形空间均匀分隔为若干个空间螺旋状流道。

3.如权利要求1或2所述的一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，其特征在于，调节所述高压电极螺旋叶片和接地电极螺旋叶片的数量、螺距和内外径，能够改善乳化液中分散相水颗粒的停留时间分布；调节相邻所述高压电极螺旋叶片和接地电极螺旋叶片之间的电场强度、电场频率及电压波形，能够确保处理不同理化特性的乳化液时均有最佳的破乳聚结效果。

4.如权利要求1或2所述的一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，其特征在于，所述高压电极螺旋叶片包括高压螺旋叶片头部、高压螺旋叶片中部和高压螺旋叶片尾部，所述接地电极螺旋叶片包括接地螺旋叶片头部、接地螺旋叶片中部和接地螺旋叶片尾部；所述高压螺旋叶片中部和接地螺旋叶片中部为标准螺旋线形状，螺旋角始终不变；所述高压螺旋叶片头部、接地螺旋叶片头部、高压螺旋叶片尾部和接地螺旋叶片尾部均呈抛物线性，所述高压螺旋叶片头部和接地螺旋叶片头部的起始线与所述中心轴平行、末端与所述高压螺旋叶片中部和接地螺旋叶片中部的螺旋角相同，所述高压螺旋叶片尾部和接地螺旋叶片尾部的起始线与所述高压螺旋叶片中部和接地螺旋叶片中部的螺旋角相同、末端与所述中心轴平行；所述高压电极螺旋叶片通过所述高压螺旋叶片头部与所述高压电极接线端子相连接，所述接地电极螺旋叶片通过所述接地螺旋叶片头部与所述接地电极接线端子相连接。

5.如权利要求4所述的一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，其特征在于，所述高压螺旋叶片头部和接地螺旋叶片头部的轴向长度比所述高压螺旋叶片尾部和接地螺旋叶片尾部的轴向长度更长，所述高压螺旋叶片尾部与所述接地螺旋叶片头部之间、所述高压螺旋叶片头部与所述接地螺旋叶片尾部之间留出轴向距离。

6.如权利要求4所述的一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，其特征在于，所述高压电极螺旋叶片的表面采用绝缘涂层处理，所述接地电极螺旋叶片采用裸露电极形式。

7.如权利要求6所述的一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，其特征在于，所述绝缘涂层材料的相对介电常数大于4，电导率小于10^-19sm^-1，耐击穿电压值达到4万伏以上。

8.如权利要求1或2或5或6或7所述的一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，其特征在于，所述绝缘套筒和中心轴采用高强度的电绝缘材料制成，所述管状壳体与所述绝缘套筒之间采用过渡配合。

9.如权利要求1或2或5或6或7所述的一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，其特征在于，所述高压电极接线端子包括高压固定端和高压引出端，所述高压固定端的顶部设置有高压接线柱和高压定位凹槽，所述高压引出端的中心开设高压通孔，所述高压引出端与所述高压固定端相连接，所述高压接线柱穿过所述高压通孔并从所述高压引出端的顶部伸出；所述接地电极接线端子包括接地固定端和接地引出端，所述接地固定端的顶部设置有接地接线柱和接地定位凹槽，所述接地引出端的中心开设接地通孔，所述接地引出端与所述高压固定端相连接，所述接地接线柱穿过所述接地通孔并从所述接地引出端的顶部伸出；所述管状壳体与所述前端盖之间还设置有第一法兰盘，所述第一法兰盘与所述管状壳体和前端盖相连接，所述高压电极接线端子通过所述高压定位凹槽和高压引出端与所述第一法兰盘相连接；所述管状壳体与所述后端盖之间还设置有第二法兰盘，所述第二法兰盘与所述管状壳体和后端盖相连接，所述接地电极接线端子通过所述接地定位凹槽和接地引出端与所述第二法兰盘相连接；所述中心轴的两端分别与所述高压固定端和接地固定端的底部相连接，所述高压电极螺旋叶片与所述高压固定端相连接，所述接地电极螺旋叶片与所述接地固定端相连接，所述高压电极螺旋叶片和接地电极螺旋叶片分别以所述中心轴为基准从两侧旋转装入；所述高压电极接线端子和接地电极接线端子通过所述第一法兰盘和第二法兰盘，同时对所述中心轴、高压电极螺旋叶片和接地电极螺旋叶片进行固定及轴向和周向定位；

所述高压接线柱用于接线，并从所述前端盖的所述高压极引出端口引出，然后对所述高压极引出端口进行密封，从而在所述第一法兰盘与所述高压极引出端口之间的所述前端盖内形成一个独立的高压电极接线舱体；所述接地接线柱用于接线，并从所述后端盖的所述接地极引出端口引出，然后对所述接地极引出端口进行密封，从而在所述第二法兰盘也所述接地极引出端口之间的所述后端盖内形成一个独立的接地电极接线舱体。

10.如权利要求9所述的一种W/O型乳化液电场破乳用管式紧凑型静电聚结器，其特征在于，所述高压引出端和接地引出端采用绝缘材料制成。