CN110903850A - 一种原油电脱盐设备与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原油电脱盐设备与方法，包括高频/高压脉冲交流电源系统、电脱盐器、浮动式乳化油收集器、来油管线、抽油管线、回注管线、加药管线、升温设备以及紧凑型管式电场破乳器；来油管线设于电脱盐器的上部，浮动式乳化油收集器设于乳化液层中，并与紧凑型管式电场破乳器的底部入口连接；紧凑型管式电场破乳器的顶部出口与电脱盐器的底部连接。可以有效提高原油脱盐效率，一方面解决了常规电脱盐器运行稳定性差以及电场作用效果不明显的问题，另一方面可以针对电脱盐罐内难免存在的油水乳化层进行精准抽取并予以充分破乳后回注，保证出口原油质量达标并降低电脱盐切水的含油浓度，同时还可大幅降低药剂成本与加热成本。

Description

一种原油电脱盐设备与方法

技术领域

本发明涉及一种原油电脱盐技术，尤其涉及一种原油电脱盐设备与方法，用以去除原油中的水相和盐类物质等，使原油在矿场满足外输销售标准或在炼油车间满足后续加工处理标准的相关要求。

背景技术

从地层里开采出来的原油中往往含有一定量的水和无机盐类物质，因此在油田矿场需要针对原油进行脱水(盐)操作，从而使外输原油满足含水率≤0.5％、含盐率≤50mg/L等标准要求。与此同时，为了避免原油炼制加工过程中腐蚀设备和管线、引起催化剂中毒等一系列问题，炼油企业对原油含盐含水的要求更为严格，原油电脱盐也因此而成为原油炼制加工的首要处理工序，通常要求经电脱盐处理后原油中的含盐量≤3mg/L、含水率≤0.2％。原油电脱盐处理工艺与原油电脱水处理工艺密切关联，但前者与后者相比又略显复杂，相应的系统设备分别被称为电脱盐器和电脱水器，电脱盐器可以视为是在电脱水器的基础上增加配置了清洗水(或稀释水)注入和油水混合设备。进行电脱盐处理时，首先需要将加热升温后的原油与清洗水(或稀释水)按一定比例掺混(掺水率小于15％)，然后经混合剪切设备作用而形成中低含水率的均匀油水混合液，原油中携带的绝大多数无机盐类物质在此过程中萃取转移到清洗水(或稀释水)中；混合均匀的油水混合液随后进入电脱盐器，在电场、高温与化学破乳剂的协同作用下，分散相水颗粒聚结长大，然后依靠重力作用沉降至电脱盐罐底部后分离出来，从而达到脱水除盐的目的。

随着当前世界范围内原油劣质化和重质化趋势的不断加重，油田矿场实施原油电脱水(盐)达标处理的难度日益增大；炼油企业由于采购“机会原油”增多以及原油混炼频次增加，更是增加了原油电脱盐达标处理的难度。实际运行过程中，常规电脱盐器配套采用的工频/高压交流电场难以对组分复杂的中低含水原油乳化液实施有效破乳，导致在电脱盐罐内的油水界面附近形成油水乳化液层(Rag layer)。当电脱盐罐内的油水乳化液层积累到一定厚度且操作调控不当时，则会造成如下后果：①水出口含油率显著升高，增加电脱盐切水的处理难度；②油出口含水率升高，原油质量显著下降；③乳化液层占据罐内有效空间，降低容积效率；④当油水乳化液导电性较强时还会发生电极短路现象，影响电脱盐器的稳定运行。

针对上述问题，国内外研究人员相继提出了多种方案以针对性地解决电脱盐罐内存在的油水乳化液问题，常规的做法包括：①增加电脱盐器串联运行级数，如国内为炼制塔河重质油而采用过四级电脱盐流程；②提高原油加热温度和增大化学破乳药剂用量，目前已有升温高达150℃左右的案例，破乳剂用量最高可达到原油进液量的2％(约18000ppm)。上述做法不仅显著增加电脱盐工艺流程的设备投资和运行成本，而且化学破乳药剂的大量使用也会给后续电脱盐切水处理造成负面影响，因此需要提出更为合理高效的电脱盐罐内油水乳化液层处理控制方法。美国Phillips 66公司在专利US008747658中，提出采用碟式离心机处理电脱盐罐内油水乳化液层的方法，当油水乳化液层厚度达到设定的上限或下限时，用泵将油水乳化液抽出至碟式离心机，在约8000r/min的高转速下进行超重力场破乳分离。试实验结果表明，该种处理方式可以使微米级的分散相水颗粒发生聚结长大，从而实现油水分离。但该方案所需的油水乳化液处理时间通常为90min左右，同时仍然需要将油水乳化液温度提升至80.5℃左右；另一方面，高速碟式离心机的转鼓需要定期拆卸清洗，运行维护成本较高。美国ExxonMobil公司在专利US20150083644钟提出了一种利用高沸点烃类与原油混合破乳，并结合闪蒸脱水工艺的原油电脱盐改进方案。该方案首先将罐内油相与高温烃类介质接触混合，在260℃左右的高温下实现破乳，随后将混合料液泵送至闪蒸罐，油相中的剩余含水蒸发后与挥发性轻组分一起作为塔顶馏出物除去；同时向罐内底部含盐切水中添加苛性碱，将盐转化为更为稳定的NaCl盐后分离排出。该方案的最大缺点是处理工艺流程复杂，需要新增较多的单元设备，同时高温破乳导致的运行能耗不菲。

客观而言，相比于上述化学破乳、热化学破乳等油水乳化液处理方法，电场破乳因处理效率高、无副作用而在近些年来受到国内外研究人员的高度关注。国外方面，原挪威Fjords processings公司2007年在专利EP 1765960中提出利用紧凑型静电聚结器(CEC)进行原油脱盐(水)的方法，并进一步将“CEC+沉降罐”的两级串联式脱盐工艺改进为“单沉降罐+两级CEC”的结构，在保证处理效率的前提下节省了一个沉降罐的设备成本与占地面积。但该方案所述紧凑型静电聚结器针对全部来液进行处理。2015年，美国Cameron公司在专利US10112850中提出利用两组竖直布置的电极分层处理电脱盐器内部的油水乳化液，其中一组电极位于容器上半部分的油层内，连接大于5kV的高压电源；另外一组位于油水界面间的乳化层，连接1-5kV的低压电源，这样即可在容器内形成分别适用于油层与油水乳化液层的电场破乳区域，从而提高电脱盐器的单体处理效率。但在工程实际中，由于电脱盐器的进料工况时常发生改变，油水乳化液层的位置与厚度往往并不固定，为了保证油水乳化液层始终位于电场作用区，往往需要根据实际情况频繁调整进出口阀门的开度，从而增加了操作复杂程度。美国ExxonMobil公司2016年在专利US 10077405中提出将油水乳化液层从电脱盐器内部抽出，转移至二级分离单元，所述二级分离方法可选用离心法、热重力沉降法、闪蒸法以及电场破乳等进行处理。但电场破乳仅作为其专利所述一种可选的实施方案，并未针对其进行详细描述，且并未提及电场破乳器的结构与后续处理去向。国内方面，中石化青岛安全工程研究院在发明专利ZL 201611169542.7中提出了一种“电絮凝器+离心分离”的原油电脱盐油水乳化液层处理工艺，首先将电脱盐器内的水层与乳化层一并导入电絮凝器进行处理，再将处理后的油水乳化液导入离心机中进行离心分离，最后将离心产生的液体导入油水分离罐中通过重力沉降实现分离，并将分离出来的油相回注到电脱盐器。显然，该工艺所涉及的处理单元数量较多，并且常规电絮凝器虽然对油包水(W/O)型乳化液具有分离效果，但电极结垢钝化等问题实际上会影响设备的稳定连续运行；另一方面，为了保证破乳与分离效果，该专利所述工艺流程还需在原油罐内添加破乳剂并进行长达30-120min的搅拌操作，且在原油罐与电脱盐器连接管线上设置了热交换器，用以将原油升温至110-150℃，处理成本及设备运行成本都较高。

追根溯源，要实现电脱盐器处理效率的显著提升，除了采取必要措施降低罐内油水乳化液层的厚度以外，最直接有效的举措就是改善电脱盐器所用电场的有效性。当前大部分在役电脱盐器所采用的电场仍为工频/高压交流电场，但迄今大量的工程运行结果表明，在工频/高压交流电场下处理高含水乳化液极易发生电极间的短路现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种原油电脱盐设备与方法。在努力强化电脱盐器内电场作用效果的同时，有效控制电脱盐器内部积存的乳化层厚度，亦即以提高电脱盐器处理效率、针对性解决油水乳化层等举措，在保证出口原油质量达标的同时降低后续污水处理压力，同时节约药剂使用量与加热能耗成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的原油电脱盐工艺主要设备，包括：

高频/高压脉冲交流电源系统、电脱盐器、浮动式乳化油收集器、来油管线、抽油管线、回注管线、加药管线、升温设备以及紧凑型管式电场破乳器；

所述高频/高压脉冲交流电源系统与所述电脱盐器和紧凑型管式电场破乳器配套使用；

所述来油管线设于所述电脱盐器的上部，并与所述电脱盐器内的顶部分配器连接，所述顶部分配器的下方设有破乳电极；

所述电脱盐器内自上而下依次为油相层、乳化液层、水相层，所述浮动式乳化油收集器设于所述乳化液层中，并通过所述抽油管线与所述紧凑型管式电场破乳器的底部入口连接；

所述紧凑型管式电场破乳器的顶部出口通过所述回注管线与所述电脱盐器的底部分配器连接。

本发明的上述的原油电脱盐设备实现原油电脱盐的方法，包括步骤：

A、电脱盐器采用上进油方式，通过来油管线将掺水原油直接分配至电场作用区附近，高效利用电场破乳作用；

B、在电脱盐器工作过程中，利用浮动收油器将罐内积聚的中间层油水乳化液抽出，泵送至紧凑型管式电场破乳器单独进行破乳处理；

C、将紧凑型管式电场破乳器破乳处理后的油水乳化液以下进油的方式回注至电脱盐器内，充分利用重力沉降和电场破乳作用进行再次分离处理。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的原油电脱盐设备与方法，一方面使用高频/高压脉冲交流电源系统代替常规工频/高压交流电源系统，强化电场作用效果，提高电脱盐器的单体处理效率；另一方面将常规电脱盐器的下进油入口形式改为上进油，将来油直接分配至电脱盐器的电场作用区附近，并在电脱盐器工作过程中利用浮动式乳化油收集器将电脱盐器内部乳化油抽出，泵送至紧凑型管式电场破乳器对乳化液进行破乳，再将破乳后的乳化液采用下进油方式经回注管线输送至电脱盐器进行再次分离。可以有效提高原油脱盐效率，一方面解决了常规电脱盐器运行稳定性差以及电场作用效果不明显的问题，另一方面可以针对电脱盐罐内难免存在的油水乳化层进行精准抽取并予以充分破乳后回注，保证出口原油质量达标并降低电脱盐切水的含油浓度，同时还可大幅降低药剂成本与加热成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的原油电脱盐设备结构示意图；

图2a为紧凑型管式电场破乳器的结构简图；

图2b为紧凑型管式电场破乳器电场作用区及电极连接方式示意图；

图2c为紧凑型管式电场破乳器电场作用区截面图；

图3为浮动式乳化油收集系统示意图。

图中各标记所代表内容如下：

1-油相层、2-乳化液层、3-水相层、4-原油管线、5-注水管线、6-加药管线、7-换热器、8-静态混合器、9-混合阀、10-顶部分配器、11-高压极板、12-接地极板、13-变压器(与紧凑型管式电场破乳器配套)、14-变压器(与电脱盐器配套)、15-高频电源控制柜、16-浮动式乳化油收集器、17-乳化液抽油管线、18-紧凑型管式电场破乳器、19-回注管线、20-外输油管线、21-泥沙冲洗管汇、22-排水管线、23-泥砂冲洗水管线、24-管式电场破乳器底部入口、25-下电极支盘、26-电场破乳器工作区外壳、27-管式电场破乳器高压极板、28-管式电场破乳器接地极板、29-上电极支盘、30-管式电场破乳器出口、31-管式电场破乳器接线腔、32-管式电场破乳器壳体内部绝缘层、33-收集器与软管柔性接头、34-收油软管、35-软管与抽油出口柔性接头、36-抽油出口

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的原油电脱盐设备，其较佳的具体实施方式是：

包括：

高频/高压脉冲交流电源系统、电脱盐器、浮动式乳化油收集器、来油管线、抽油管线、回注管线、加药管线、升温设备以及紧凑型管式电场破乳器；

所述高频/高压脉冲交流电源系统与所述电脱盐器和紧凑型管式电场破乳器配套使用；

所述来油管线设于所述电脱盐器的上部，并于所述电脱盐器内的顶部分配器连接，所述顶部分配器的下方设有破乳电极；

所述电脱盐器内自上而下依次为油相层、乳化液层、水相层，所述浮动式乳化油收集器设于所述乳化液层中，并通过所述抽油管线与所述紧凑型管式电场破乳器的底部入口连接；

所述紧凑型管式电场破乳器的顶部出口通过所述回注管线与所述电脱盐器的底部分配器连接。

所述高频/高压脉冲交流电源系统包括电源控制柜及两台升压变压器，一台升压变压器与所述电脱盐器内的破乳电极连接，另一台升压变压器与所述紧凑型管式电场破乳器内的破乳电极连接，所述高频/高压脉冲交流电源系统设有输出的电压独立连续调节单元、脉冲频率独立连续调节单元及占空比独立连续调节单元。

所述的紧凑型管式电场破乳器包括过渡区、电场破乳区、出口腔室、接线腔室、绝缘端盖、密封组件、电极组件及上下电极支盘，所述电极组件及密封组件固定在所述上下电极支盘上，并与多块电极板构成多个矩形流道，每个矩形流道的两块极板分别为高压极板与接地极板，通电状态下在极板间形成均匀的高频/高压脉冲交流电场。

所述电极组件的高压极板采用外包绝缘涂层的金属板状结构且与变压器接通，接地极板为裸露金属板状结构且与地线导通。

所述浮动式油水乳化液收集器通过软管与乳化液排出口连接，乳化液排出口位于所述电脱盐器的罐体下部。

所述电脱盐器来油入口前端以及紧凑型管式电场破乳器的入口前端都设置破乳剂加注点，同时配有所述升温设备或换热器。

本发明的上述的原油电脱盐设备实现原油电脱盐的方法，其较佳的具体实施方式是：

包括步骤：

A、电脱盐器采用上进油方式，通过来油管线将掺水原油直接分配至电场作用区附近，高效利用电场破乳作用；

B、在电脱盐器工作过程中，利用浮动收油器将罐内积聚的中间层油水乳化液抽出，泵送至紧凑型管式电场破乳器单独进行破乳处理；

C、将紧凑型管式电场破乳器破乳处理后的油水乳化液以下进油的方式回注至电脱盐器内，充分利用重力沉降和电场破乳作用进行再次分离处理。

所述步骤A中，待处理掺水原油经过上部来油管线与分配器被直接分配至电脱盐罐的电极附近；

所述步骤C中，经紧凑型管式电场破乳器破乳处理后的中间层油水乳化液则通过回注管线与分配器被分配至电脱盐罐内的下部区域。

所述高频/高压脉冲交流电源系统的两台升压变压器中，一台升压变压器为电脱盐器提供适宜的高频/高压脉冲交流电场参数，另一台升压变压器用于为紧凑型管式电场破乳器提供适宜的高频/高压脉冲交流电场参数，所述高频/高压脉冲交流电源系统分别输出的电压、脉冲频率及占空比均可独立连续调节，分别针对电脱盐器及紧凑型管式电场破乳器所需的最优电场参数进行数字化设置或调整；

所述的最优电场参数，其选择依据随所处理原油及中间层油水乳化液的理化性质决定，不同原油及中间层油水乳化液所对应的适宜电场参数不同，因此所述电源系统的电压值能够在0～20kV范围内无级调节、频率值在50-5000Hz范围内无级调节、占空比在10％-90％范围内无级调节，波形可在锯齿形波、三角波、脉冲方波等之间切换；室内测试和现场工程应用实践表明，最优电场破乳频率一般不会低于1000Hz。

所述紧凑型管式电场破乳器的电场破乳区，油水乳化液在矩形流道内流动过程中，分散相水颗粒在电场作用下迅速聚结长大，然后由破乳器上部出口回注至电脱盐器内；

通过所述电脱盐器来油入口前端的以及电场破乳器的入口前端的破乳剂加注点及升温设备或换热器，使不同含水率的油水乳化液在“温度场+化学药剂+电场三场耦合”作用下实现充分破乳以达到高效分离之目的。

本发明一方面使用高频/高压脉冲交流电源系统代替常规工频/高压交流电源系统，强化电场作用效果，提高电脱盐器的单体处理效率；另一方面将常规电脱盐器的下进油入口形式改为上进油，将来油直接分配至电脱盐器的电场作用区附近，并在电脱盐器工作过程中利用浮动式乳化油收集器将电脱盐器内部乳化油抽出，泵送至紧凑型管式电场破乳器对乳化液进行破乳，再将破乳后的乳化液采用下进油方式经回注管线输送至电脱盐器进行再次分离。

本发明涉及的主要设备包括高频/高压脉冲交流电源系统、电脱盐器、浮动式乳化油收集器，来油管线、抽油与回注管线、加药管线、升温设备以及紧凑型管式电场破乳器。待处理原油、稀释水以及破乳剂经过换热器升温后在静态混合器与混合阀的作用下充分混合，随后进入电脱盐器顶部入口，稀释水的掺入率一般不超过15％，稀释水在混合过程中萃取原油中的盐分，油水混合液经顶部分配器被分配至电脱盐器的电场作用区域附近。在高压极板与接地极板之间所形成的电场区域内发生沉降分离，油上浮至油相层，水沉降至水相层。由于世界范围内原油劣质化和重质化的趋势日益严重，原油和稀释水在混合剪切作用下很容易发生乳化，在电脱盐器有限的水力停留时间内，部分乳化液无法实现充分破乳，进而在上部油区和下部水区之间形成油水乳化液层；并且随着时间的延长，油水乳化层的厚度还会逐渐增加。为了有效处理油水乳化液层，在电脱盐器工作过程中，由浮动式乳化油收集器将电脱盐罐内的乳化液提取并抽出，经抽油管线转移到紧凑型管式电场破乳器中，乳化液在抽油管线内由换热器对其进行再次升温并添加适量破乳剂，随后在电场破乳器的作用下实现充分破乳，破乳后的油水乳化液通过回注管线被输送至电脱盐器底部入口，采取下进油的方式，由底部分配器分配至电脱盐器罐体内的下部区域，油浮升至油相层而水停留在水相层。经由上述流程，电脱盐器内部乳化层即能得到有效处理。

本发明的入口原油采用上进油的方式，其意义在于：改变常规电脱盐器原油从下分配器上升至电场作用区的形式，顶部分配器可以直接将原油分配至电脱盐器内的电场作用区；由于油水乳化液在未破乳状态下很难单纯依靠重力上浮，常规电脱盐器的下进油方式不利于充分利用电场作用，而采用上进油的方式能够实现“先破乳后分离”的处理过程，从而很好地解决这一问题，获得较好的处理效果。由紧凑型管式电场破乳器处理后的油水混合液采用下进油的方式，其意义在于：经过充分破乳后的油水乳化液无需再次进入电脱盐器的电场作用区，而是从底部进入电脱盐器，以便油相基于重力场在相对较长的停留时间内实现充分分离；从另一方面看，如果破乳后回注的油水乳化液与入口原油从同一入口管线进入电脱盐器，在来油中含有的少量泥沙、沥青质与机械杂质的作用下，破乳后的油水乳化液可能会发生“二次乳化”现象。综合上述分析，来油管线与回注管线应该采用不同的入口形式，即入口原油采用上进油，破乳后的油水乳化液回注采用下进油，从而结合不同性质的油水混合液实现快速高效分离。

本发明的显著特点还包括使用高频/高压脉冲交流电源系统，该系统主要由电源控制柜及两台升压变压器组成，其基本工作原理是：通过控制柜调整升压变压器输出的脉冲频率和占空比(脉冲宽度)，使脉冲的输出时间(脉冲宽度)小于原油乳化液在电极间形成短路击穿所需的时间，脉冲的间隔时间大于短路击穿消失时间。即在发生短路击穿之前脉冲信号消失，乳化液恢复绝缘特性后再出现下一个脉冲，从而保证在施加最优破乳电场强度的同时设备可连续稳定运行。所述电源系统的输出电压可实现在0-20kV范围内无级调节，输出脉冲频率可实现在50-5000Hz范围内无级调节，占空比可在10％-90％之间无级调节。室内测试和现场工程应用实践表明，最优电场破乳频率一般不会低于1000Hz。

本发明采用浮动式乳化油收集系统将电脱盐器内部的油水乳化层抽出，并从底部入口输送至紧凑型管式电场破乳器内，随后进入电场作用区得到破乳，随后由出口进入回注管线。所述电场作用区是由相互交替布置的高压极板与接地极板分割形成的若干矩形流道，高压极板与变压器输出端相接，接地极板与地线相接。在通电状态下，每个流道内部均可形成均布电场，破乳所需的电场参数值可根据待处理油水乳化液的实际破乳效果进行调整，通过控制柜改变升压变压器的输出脉冲频率和输出电压等方式来实现。一般而言，不同性质的油水乳化液存在不同的最优电场参数值，起主要影响的关键参数值包括电场强度、脉冲频率、电压波形及占空比等。为了保证设备的安全稳定运行，紧凑型管式电场破乳器的高压极板采用外包绝缘涂层的金属板状结构，绝缘涂层材料可根据设备生产的实际情况以及材料的相对介电常数进行筛选。此外，紧凑型管式电场破乳器的处理量可通过增加设备尺寸以及多管并联的方式实现放大，破乳所需的适宜水力停留时间需根据油水乳化液的性质评定。

在收油过程中应尽量保证抽出的液体为电脱盐罐内部电场难以处理的油水乳化液，不应含有较多已经分离出来的油相或水相，因此浮动式乳化油收集器所用材料具备与油水乳化液相近的密度。收集器通过软管与乳化液排出口相连，软管与排出口以及收集器之间均采用柔性连接，当油水乳化层的液位升高或降低时，收集器也随之升高或降低。

为了提高电脱盐器的处理效率，还可采用“电场+破乳剂+温度场”的耦合协同破乳方法，即在入口原油与稀释水掺混的同时向其中添加破乳剂，并在其进入电脱盐器顶部入口前经过换热器进行升温；对于从电脱盐罐内提取出的油水乳化液，同样可在其进入紧凑型管式电场破乳器之前添加破乳剂并进行升温操作，使得电场配合破乳剂在一定温度的耦合协同作用下达到更高的破乳效率。

本发明的原油电脱盐设备与方法，一方面用高频/高压脉冲交流电源系统代替常规工频/高压电源系统；另一方面，将常规电脱盐器的“下进油”入口形式改为“上进油”，并在电脱盐器工作过程中，通过浮动式乳化油收集器将电脱盐罐内集聚的中间层油水乳化液抽出并泵送至紧凑型管式电场破乳器内进行破乳，随后采用“下进油”的方式将其回注至电脱盐罐内进行分离处理。除了原有的电脱盐罐及其配套管线之外，所涉及的新设备和管线主要包括高频/高压脉冲交流电源系统、紧凑型管式电场破乳器、浮动式油水乳化液收集器、抽油管线与回注管线等。该工艺可有效去除常规电脱盐工艺导致罐内积聚的中间层油水乳化液，提高电脱盐器的处理效率，改善罐出口原油质量、大幅降低切水的含油率和含盐率，从而为后续加工处理带来一系列便利。

具体实施例：

如图1所示，原油管线4中的待处理原油与注水管线5中的稀释水经过静态混合器8及混合阀9进行混合，同时为了保证电脱盐器具备相对较好的破乳效果，通过药剂管线6向混合液中添加适量破乳剂，再经过换热设备7对混合液进行适度升温。混合液经顶部分配器10被直接分配至电场作用区，在电脱盐器高压电极11与接地电极12之间所形成的电场区域内发生破乳，随后在重力作用下发生沉降分层，从上至下依次分为油相层1、乳化液层2以及水相层3。在电脱盐器工作过程中，油水界面处的乳化液由浮动式乳化油收集器16抽取，经过抽油管线17并由换热器对其升温后再通过药剂管线6向乳化液中添加适量破乳剂，随后乳化液被泵送至紧凑型管式电场破乳器18，经破乳器破乳处理后由回注管线19回注至下进油分配器，通过分配器被分配到电脱盐器底部，在“重力场+温度场+化学药剂”的作用下再次发生沉降分离。经过上述处理后，罐体上部的油经外输管线20外输，底部的水由管线22被输送至污水处理流程，其中部分水被循环至冲砂水管线23作为冲沙水源，并由冲砂管汇21实现对电脱盐器罐体底部的泥沙进行吹扫。本发明所采用的高频/高压脉冲交流电源系统由电源控制柜和两台变压器组成，两台变压器分别为电脱盐器与紧凑型管式电场破乳器提供适宜的电场参数，电源系统的输出电压可实现在0-20kV范围内无级调节，输出脉冲频率可实现在50-5000Hz范围内无级调节，占空比可在10％-90％之间无级调节，波形可在锯齿形波、三角波、脉冲方波等之间切换，用以保证所述电源系统能提供适应不同性质油水乳化液破乳所需的电场参数。室内测试和现场工程应用实践表明，最优电场破乳频率一般不会低于1000Hz。

如图2a、图2b、图2c所示，本发明所述紧凑型管式电场破乳器由各功能腔室、电极组件、密封组件以及绝缘组件构成，安装方式为入口朝下的竖直安装。其基本工作原理为：油水乳化液由底部入口24进入电场破乳器，经由过渡腔进入电场破乳区，在破乳区约15s的水力停留时间内迅速完成分散相水颗粒的聚结长大过程，随后由出口30进入回注管线。经紧凑型管式电场破乳器处理后，乳化液内分散相水颗粒的粒径显著增大，可加速油水沉降分离过程的进行，因此经紧凑型管式电场破乳器处理后的乳化液可直接回注至电脱盐罐内进行沉降分离处理。所述紧凑型管式电场破乳器的内部工作区由多块平行电极板构成，电极板将电场破乳区流道分割为多个近似矩形流道，高压电极板27与接地极板28交替布置。高压电极板27与变压器输出端13相接，接地极板与地线相接，即在破乳器内部流道形成若干个均匀电场区域。为防止紧凑型管式电场破乳器相邻极板在强电压作用下发生短路击穿，可对高压极板27进行绝缘处理，即在高压电极板27外覆一层绝缘材料，所述绝缘材料可选为聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(FEP)、氟橡胶、陶瓷等；电场作用区的内腔同样可酌情覆绝缘材料32，用以防止高压极板与外壳导通。紧凑型管式电场破乳器各电极板均由上下电极支盘固定，并且在上电极支盘上装有密封组件，用以保证乳化液不会泄漏至电极接线腔。紧凑型管式电场破乳器18所采用的电场形式为高频/高压脉冲交流电场，最优电场参数取决于油水乳化液的性质，主要影响因素包括油水乳化液的成分、含水率、相对介电常数及黏度等。破乳所需的电场强度可通过调整输入电压值的方式实现。

如图3所示，为了保证从电脱盐罐内仅抽取出油水乳化油而非已经分离开的油相或水相，采用浮动式乳化油收集器抽取罐内的油水乳化液。所述浮动式乳化油收集器33的材料密度与油水乳化液相近，高于上层油相密度且低于下层水相密度，以确保其始终定位在电脱盐罐内的油水乳化液区域附近，收集器通过软管34与乳化液排出口36相连，连接处均使用柔性接头。

为了进一步提高处理效率，可在入口原油进入电脱盐器顶部分配器之前，由升温设备或换热器对其进行一定程度的升温操作，同时由药剂管线向来液中添加适量破乳剂。同样道理，可在油水乳化液抽取管线上设置升温系统或换热器，并将药剂管线与抽油管线相连，以保证进入紧凑型管式电场破乳器之前的升温和加药操作。

本发明相比于领域内其它工艺改进方案，具有以下优点：

(1)对于电脱盐器内油水乳化液的处理，相比于离心法、化学破乳法、闪蒸法等处理方式而言，电场破乳所需要的处理单元更少，处理效率较高，并且不需要进行大幅升温操作以及大量化学药剂的投放，可显著节约处理成本，在提高处理效率的基础上保证电脱盐器平稳高效运行。

(2)将电脱盐罐体内的油水乳化液抽出并利用紧凑型管式电场破乳器对其进行破乳的方法可以有效控制电脱盐罐内油水乳化液层的厚度，采用破乳后回注的方式可以保证工艺流程的连续运行。

(3)使用高频/高压脉冲交流电场替换常规工频/高压电场，一方面可以使极板之间不易发生短路击穿，保证了设备的平稳运行；另一方面强化了电场作用效果，可以显著提高电脱盐器的单体处理效率。

(4)入口原油采用上进油方式可以直接将原油分配至电脱盐罐内的电场作用区，充分利用电场作用效果，而回注采用下进油方式可以使油相基于重力场在相对较长的停留时间内实现充分分离，并且可以有效避免破乳后的乳化液发生“二次乳化”现象。

(5)电场破乳器采用紧凑型管式结构，高压极板为外覆绝缘涂层的金属板，可施加高频/高压脉冲交流电场对乳化液进行高效破乳，设备的占地面积小，处理效率高，并且结构简单，便于拆卸与清洗。

(6)使用浮动式乳化油收集器可以实现仅抽出油水乳化液而不含大量已经分离出的油相或水相，既不会影响电脱盐器的处理效率，又可以确保抽出的油水乳化液含水率较为稳定，仅需通过设置适宜的电场参数即可保证紧凑型管式电场破乳器具有较高的破乳效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种原油电脱盐设备，其特征在于，包括：

高频/高压脉冲交流电源系统、电脱盐器、浮动式乳化油收集器、来油管线、抽油管线、回注管线、加药管线、升温设备以及紧凑型管式电场破乳器；

所述高频/高压脉冲交流电源系统与所述电脱盐器和紧凑型管式电场破乳器配套使用；

所述来油管线设于所述电脱盐器的上部，并于所述电脱盐器内的顶部分配器连接，所述顶部分配器的下方设有破乳电极；

所述电脱盐器内自上而下依次为油相层、乳化液层、水相层，所述浮动式乳化油收集器设于所述乳化液层中，并通过所述抽油管线与所述紧凑型管式电场破乳器的底部入口连接；

所述紧凑型管式电场破乳器的顶部出口通过所述回注管线与所述电脱盐器的底部分配器连接。

2.根据权利要求1所述的原油电脱盐设备，其特征在于，所述高频/高压脉冲交流电源系统包括电源控制柜及两台升压变压器，一台升压变压器与所述电脱盐器内的破乳电极连接，另一台升压变压器与所述紧凑型管式电场破乳器内的破乳电极连接，所述高频/高压脉冲交流电源系统设有输出的电压独立连续调节单元、脉冲频率独立连续调节单元及占空比独立连续调节单元。

3.根据权利要求2所述的原油电脱盐设备，其特征在于，所述的紧凑型管式电场破乳器包括过渡区、电场破乳区、出口腔室、接线腔室、绝缘端盖、密封组件、电极组件及上下电极支盘，所述电极组件及密封组件固定在所述上下电极支盘上，并与多块电极板构成多个矩形流道，每个矩形流道的两块极板分别为高压极板与接地极板，通电状态下在极板间形成均匀的高频/高压脉冲交流电场。

4.根据权利要求3所述的原油电脱盐设备，其特征在于，所述电极组件的高压极板采用外包绝缘涂层的金属板状结构且与变压器接通，接地极板为裸露金属板状结构且与地线导通。

5.根据权利要求4所述的原油电脱盐设备，其特征在于，所述浮动式油水乳化液收集器通过软管与乳化液排出口连接，乳化液排出口位于所述电脱盐器的罐体下部。

6.根据权利要求5所述的原油电脱盐设备，其特征在于，所述电脱盐器来油入口前端以及紧凑型管式电场破乳器的入口前端都设置破乳剂加注点，同时配有所述升温设备或换热器。

7.一种权利要求1至6任一项所述的原油电脱盐设备实现原油电脱盐的方法，其特征在于，包括步骤：

A、电脱盐器采用上进油方式，通过来油管线将掺水原油直接分配至电场作用区附近，高效利用电场破乳作用；

B、在电脱盐器工作过程中，利用浮动收油器将罐内积聚的中间层油水乳化液抽出，泵送至紧凑型管式电场破乳器单独进行破乳处理；

C、将紧凑型管式电场破乳器破乳处理后的油水乳化液以下进油的方式回注至电脱盐器内，充分利用重力沉降和电场破乳作用进行再次分离处理。

8.根据权利要求7所述的原油电脱盐的方法，其特征在于，所述步骤A中，待处理掺水原油经过上部来油管线与分配器被直接分配至电脱盐罐的电极附近；

所述步骤C中，经紧凑型管式电场破乳器破乳处理后的中间层油水乳化液则通过回注管线与分配器被分配至电脱盐罐内的下部区域。

9.根据权利要求8所述的原油电脱盐的方法，其特征在于，所述高频/高压脉冲交流电源系统的两台升压变压器中，一台升压变压器为电脱盐器提供适宜的高频/高压脉冲交流电场参数，另一台升压变压器用于为紧凑型管式电场破乳器提供适宜的高频/高压脉冲交流电场参数，所述高频/高压脉冲交流电源系统分别输出的电压、脉冲频率及占空比均可独立连续调节，分别针对电脱盐器及紧凑型管式电场破乳器所需的最优电场参数进行数字化设置或调整；

所述的最优电场参数，其选择依据随所处理原油及中间层油水乳化液的理化性质决定，不同原油及中间层油水乳化液所对应的适宜电场参数不同，因此所述电源系统的电压值能够在0～20kV范围内无级调节、频率值在50-5000Hz范围内无级调节、占空比在10％-90％范围内无级调节，波形可在锯齿形波、三角波、脉冲方波等之间切换；室内测试和现场工程应用实践表明，最优电场破乳频率一般不会低于1000Hz。

10.根据权利要求9所述的原油电脱盐的方法，其特征在于，所述紧凑型管式电场破乳器的电场破乳区，油水乳化液在矩形流道内流动过程中，分散相水颗粒在电场作用下迅速聚结长大，然后由破乳器上部出口回注至电脱盐器内；

通过所述电脱盐器来油入口前端的以及电场破乳器的入口前端的破乳剂加注点及升温设备或换热器，使不同含水率的油水乳化液在“温度场+化学药剂+电场三场耦合”作用下实现充分破乳以达到高效分离之目的。

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