CN111704926B - 集电场-超声波场-离心场耦合的防结垢温控电聚结脱水器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了集电场‑超声波场‑离心场耦合的防结垢温控电聚结脱水器，包括保温系统、超声波发生装置和破乳装置，破乳装置包括螺旋破乳室，螺旋破乳室螺旋缠绕在保温系统上，通过保温系统为破乳提供温度条件；超声波发生装置置于保温系统内，用于产生超声波场；螺旋破乳室上装有电极，螺旋破乳室的内侧为负极，螺旋破乳室的外侧为正电极；用于在螺旋破乳室内部产生电场。本发明将电脱水技术、超声波破乳脱水技术、旋流分离脱水技术和热处理脱水技术相结合，协同作用提高本装置的破乳效率。

Description

集电场-超声波场-离心场耦合的防结垢温控电聚结脱水器
技术领域
本发明属于电脱水器，尤其是石油化工领域的电聚结脱水器。
背景技术
目前,我国大部分油田都采用注水开发的方式开采石油,而且由于原油所含杂质较多，开采出来的原油大都需要进行脱水处理。相比于采用重力沉降、离心法、化学物品处理等方法,电脱水速率更快，处理量大，没有化学污染。而电脱水器的能耗较低、效率较高、安全且简便，适用范围更广，较多地应用在对原油的脱水处理中。
随着我国对采油技术的要求不断提高，如何高效地进行油水分离是急需解决的难题。在油水电场分离设备中，电极起到了至关重要的作用。因此国内很多科研人员在脱水电极方面开展了大量探究试验，但大部分仍处于试验阶段，与国外科研相比，我国在这方面的研究还远远不够。
现在的脱水电极相关研究中，大都是平板式等结构比较简单的电极。随着越来越多的油田被发现，由于地质条件不同,原油质量不均匀,采出液的粘度大,所携带杂质较多,普通电脱水器在处理过程中绝缘板上容易产生结垢现象,而电极钢板网孔之间形成的泥沙状沉积物清理难度较大,会对电脱水器正常运行产生不良影响，使得脱水效果不甚理想。另外，普通电脱水器占地面积大，建造和运行成本较高。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提出了集电场-超声波场-离心场耦合的防结垢温控电聚结脱水器，能有效提高原油的脱水效率，使脱水后的原油杂质减少，同时避免电极的结垢以及击穿等问题。
本发明所采用的技术方案如下：
集电场-超声波场-离心场耦合的防结垢温控电聚结脱水器，包括保温系统、超声波发生装置和破乳装置，所述破乳装置包括螺旋破乳室，所述螺旋破乳室螺旋缠绕在保温系统上，通过保温系统为破乳提供温度条件；所述超声波发生装置置于保温系统内，用于产生超声波场；所述螺旋破乳室上装有电极，所述螺旋破乳室的内侧为负极，螺旋破乳室的外侧为正电极；用于在螺旋破乳室内部产生电场。
进一步，所述保温系统包括保温罐，所述保温罐内部为热水腔；所述超声波发生装置置于保温罐内；所述保温罐外部缠绕螺旋破乳室。
进一步，所述保温罐为双层结构，所述保温罐内部为热水腔，所述保温罐内层与外层之间设置螺旋破乳室，并用导热油封装。
进一步，所述螺旋破乳室为螺旋管，且在螺旋破乳室内设置栅栏，每隔180°旋转角设置一个栅栏；通过栅栏拦截沉积物、扰乱流动和提高小液滴的碰撞率。
进一步，沿流动方向，所述栅栏的网格密度越来越小。
进一步，所述网格状栅栏采用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂材料制成。
进一步，所述螺旋破乳室的螺旋直径自上往下越来越小。
进一步，所述螺旋破乳室的内壁涂有环氧改性有机硅树脂材料。
进一步，在保温腔的底部设置保温罐进水口，并在保温罐进水口上设置电磁阀，电磁阀连接计算机；在外层壳体上插入热电偶，热电偶连接计算机；计算机根据热电偶采集的温度信息控制电磁阀的起停，进而控制保温罐内的温度。
本发明的有益效果：
1.本发明在螺旋破乳室的流道内安装网格状栅栏，扰流作用更明显，同时增加水滴的碰撞聚结几率，且沿流动方向合理设置栅栏网孔的规格，避免破坏大液滴的聚结。
2.本发明将电脱水技术、超声波破乳脱水技术、旋流分离脱水技术和热处理脱水技术相结合，协同作用提高本装置的破乳效率。
3.由于螺旋破乳室内的电场作用，脱水过程存在水滴偶极极化聚结、电泳聚结、介电泳聚结、超声波聚结、离心聚结等多种聚结形式，提高聚结脱水效率。
4.本发明所设计的装置结构紧凑、节省空间，流道更长，电场和超声波场有效作用时间长。
5.本发明在装置内部利用超声波场避免保温罐内部热水结垢、避免螺旋破入室结垢；超声波也可以增强液滴聚结效果从而提升油水分离效率。有利于提升脱水效果，并延长设备寿命。
6.保温罐可以便捷地控制脱水温度，同时充分利用工业废水余热，环保节能。
附图说明
图1是本发明的正视图；
图2是本发明沿中心轴线剖面视图；
图3是流道中的网格状栅栏示意图；
图4是分流挡板示意图；
图5是流道电极横截面示意图；
图中，1、螺旋破乳室，101、网格状栅栏，102、分流挡板，103、电极，2、超声波震动棒，3、保温罐，301、保温罐出水口，302、保温罐进水口，4、电磁阀，5、计算机，6、热电偶。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、2所示的电场-超声波场-离心场耦合的防结垢温控电聚结脱水器，包括保温罐3，所述保温罐3具有同轴设置的内外两层壳体，内层壳体和外层壳体为圆筒状，且在圆筒的底部为锥形，外层壳体的底部与内层壳体的底部之间相连接，并在内层壳体和外层壳体之间装满导热油并封闭，导热油可以增强导热效果；内层壳体内部为保温腔，在保温腔的底部设置保温罐进水口302，并在保温罐进水口302上设置电磁阀4，电磁阀4连接计算机5，通过电磁阀4对保温腔内的热水输入进行控制；在本实施例中，通过保温罐进水口302向内层壳体内泵入工业废水，充分利用工业废水的余热提供破乳温度；在内层壳体内插入超声波震动棒2，通过超声波震动棒2工作减少内层壳体内的结垢现象发生。在外层壳体上插入热电偶6，热电偶6连接计算机5，当热电偶6探测到保温罐3内的温度低于最佳温度(50℃)时，计算机5控制电磁阀4增大热水来流量，直至螺旋破乳室1达到最佳温度，反之则减少来流量。这套完整且自动化的保温装置，能准确有效地对系统温度进行控制，保证油水分离过程处于最佳温度。
内层壳体和外层壳体之间设置螺旋破乳室1，所述螺旋破乳室1是螺旋状的管道，螺旋状缠绕在内层壳体外壁且螺旋破乳室1的底部从外层壳体底部伸出；由于内层壳体的底端为锥形，所以螺旋破乳室1的螺旋直径自上往下越来越小。由于底部的螺旋直径小，液体的流速大，能够加速油水分离。在底部出口端装有分流挡板102，分流挡板102的结构如图4所示，在螺旋管内设置竖直隔板，将螺旋管内部分为左、右两个流道，分离后的油水从分流挡板102的两个流道被分离出来后分别收集。
在螺旋破乳室1的内部沿横截面方向设置多个栅栏101，每隔180°旋转角设置一个栅栏101，如图3所示的栅栏101为蜂窝状孔网，栅栏101可以拦截原油中的沉积物，同时扰乱流动，提高小液滴的碰撞率；沿流动方向，栅栏101的网格密度越来越小，不会破坏大液滴的聚结。网格状栅栏101采用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂材料制成，具有抗老化、不变形，抗冲击、抗静电、耐腐蚀等优点。
如图5，在螺旋破乳室1管道相对的两个侧壁上分别装有电极103，电极103连接电源，流道左侧为正极，右侧为负极，当电极103通电后，在螺旋破乳室1内产生电场；电极103为黄铜材料，并在电极103外涂抹环氧改性有机硅树脂材料，即流道外层材料，该材料电阻较大，耐高温，且传热性良好，可以提高电极的安全性能，防止漏电。
为了更轻的解释本发明所设计的电场-超声波场-离心场耦合的防结垢温控电聚结脱水器，以下结合其工作过程作进一步解释。
使用前，用抽水泵将70℃左右的热水从保温罐进水口302泵入保温罐3内层壳体内，令螺旋破乳室1达到最佳温度；此时启动超声波震动棒2并将电极103通电；当电极103运行稳定后将原油通入螺旋破乳室入口1中。原油逐层经过栅栏101的作用后进入分离室，由于分离室的螺旋半径逐渐减小，混合液的流速增加，在离心力作用下，由于密度不同，加速油水分离，流道外侧为水相，流道内侧为油相，在破乳室末端分流挡板102的作用下，油和水分别从破乳室出口的两个流道排出，分离出的油进入收集池中，含杂质的水回收处理。
脱水结束后，断开电源，关闭超声波震动棒2，停止导入热水。将过热高温蒸汽鼓入螺旋流道中，冲刷栅栏101网格上的泥沙、沥青等沉积物，以备下次使用。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.集电场-超声波场-离心场耦合的防结垢温控电聚结脱水器，其特征在于，包括保温系统、超声波发生装置和破乳装置，所述破乳装置包括螺旋破乳室（1），所述螺旋破乳室（1）螺旋缠绕在保温系统上，通过保温系统为破乳提供温度条件，所述超声波发生装置置于保温系统内，用于产生超声波场；所述螺旋破乳室（1）上装有电极（103），所述螺旋破乳室（1）的内侧为负极，螺旋破乳室（1）的外侧为正电极；用于在螺旋破乳室（1）内部产生电场；所述螺旋破乳室（1）为螺旋管，且在螺旋破乳室（1）内设置栅栏（101），每隔180°旋转角设置一个栅栏（101）；通过栅栏（101）拦截沉积物、扰乱流动和提高小液滴的碰撞率；沿流动方向，所述栅栏（101）的网格密度越来越小；所述螺旋破乳室（1）的螺旋直径自上往下越来越小。
2.根据权利要求1所述的集电场-超声波场-离心场耦合的防结垢温控电聚结脱水器，其特征在于，所述保温系统包括保温罐（3），所述保温罐（3）内部为热水腔；所述超声波发生装置置于保温罐（3）内；所述保温罐（3）外部缠绕螺旋破乳室（1）。
3.根据权利要求2所述的集电场-超声波场-离心场耦合的防结垢温控电聚结脱水器，其特征在于，所述保温罐（3）为双层结构，所述保温罐（3）内部为热水腔，所述保温罐（3）内层与外层之间设置螺旋破乳室（1），并用导热油封装。
4.根据权利要求1所述的集电场-超声波场-离心场耦合的防结垢温控电聚结脱水器，其特征在于，网格状栅栏（101）采用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂材料制成。
5.根据权利要求1所述的集电场-超声波场-离心场耦合的防结垢温控电聚结脱水器，其特征在于，所述螺旋破乳室（1）的内壁涂有环氧改性有机硅树脂材料。
6.根据权利要求5所述的集电场-超声波场-离心场耦合的防结垢温控电聚结脱水器，其特征在于，在保温腔的底部设置保温罐进水口（302），并在保温罐进水口（302）上设置电磁阀（4），电磁阀（4）连接计算机（5）；在外层壳体上插入热电偶（6），热电偶（6）连接计算机（5）；计算机（5）根据热电偶（6）采集的温度信息控制电磁阀（4）的起停，进而控制保温罐内的温度。
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