CN203474722U - 一种复合电场脱水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合电场脱水装置，包括分离罐、原油进出管、排水管、进料分配器、集油管及变压器，原油进出管和排水管设在罐体上，进料分配器和集油管设在罐内且与原油进出管相连；变压器设在罐体外；进料分配器与集油管之间设有用于对油水进行分离的复合电场区，所述复合电场区包括在竖直方向上间隔布置的若干个电极层，所述若干个电极层包括至少一个与所述变压器电性连接的第一电极层和至少一个接地的第二电极层，所述至少一个第一电极层和所述至少一个第二电极层相互配合，形成至少两个在竖直方向布置的电场区。该装置可有效实现对不同含水量的高含水原油进行多级高效油水分离，以达成其生产目的。

Description

一种复合电场脱水装置

技术领域

本实用新型涉及原油预处理领域，尤其涉及高含水原油油水分离技术领域，具涉及一种复合电场脱水装置。 

背景技术

随着油田的深度开发和三次采油技术的广泛应用，重油、稠油及超稠油、高酸、高硫、高水含量等劣质原油的产量逐年增高，这些原油的利用通常需要进行油水分离的预处理工艺，但在当前油水分离相关技术中，高含水原油在油水分离过程中出现脱水效率低，排水含油高，使其进入最后一级电脱水装置时出现电流波动、电流超高、甚至跳闸的风险，严重影响油水分离设备的长期安全稳定运行，此外，随着原油含水量的增高，其油水分离处理系统负荷增加，处理效率降低，难以满足当前的对高含水原油油水分离的需求。 

当前高含水原油油水分离过程通常使用三相分离器+热化学分离+电脱水的分离流程，但这种常规的油水分离方法存在分离级数多，设备庞杂，占地面积大，且分离效率低等问题。 

为提高油水分离的分离效率，实践中采用施加电场的方式对高含水原油进行油水分离，如公开号为CN1233793C的“原油电脱盐脱水器”的技术方案中公开一种采用利用强电场聚结区对原油进行脱电脱水的技术方案，以解决现有电脱盐脱水器存在的采用弱电场进料而使强电场区的电聚作用弱化， 原油由下向上流动而导致阻滞水滴沉降的问题，但该方案直接使用强电场进行油水分离，存在极大的导电风险和安全隐患。专利号为CN201735213U的专利公开了一种油气水沉降分离电脱水多功能三相分离装置，在分离筒体内依次设有沉降室、电脱水室和水室，电脱水室内设有高压电极板，该技术方案直接在高含水一级分离罐内采用金属裸电极施加高压电场，使电流升高而容易导致短路甚至跳闸，影响分离装置安全运行。专利号为CN102021020A的专利公布了一种基于介电泳破乳机理的新型原油电脱水、脱盐方法和设备，采用竖直悬挂的波纹板状绝缘电极产生水平非均匀交流电场，用于分散相水颗粒长大及精细脱水脱盐，但该技术方案中存在如下问题：竖直悬挂极板底部与油水界面呈“线-面”电场，电场区域波动大，不利于界位稳定和脱水；采用竖直悬挂波纹板状绝缘电极组件，但从整个电场区域看水平方向为均匀电场，竖直方向电场为“强-弱-强-弱-强-弱”渐变电场，没有清晰稳定的弱电场区域和强电场区域，不利于原油脱水；而且仅采用单一绝缘电极很难达到深度脱水指标。 

综上，随着深水油田、边际油田、绿色油田等开发需求增加，其开采出来的原油含水量越来越高，原油劣质化趋势越来越严重，而当前原油预处理流程中油水分离过程存在分离效率低、分离效果不佳且存在安全隐患等问题，难以满足当前对高含水原油分离的需求。 

实用新型内容

为了克服现有油水分离相关技术存在的分离效率低、分离效果不佳且存在安全隐患等不足，本实用新型提供一种利用复合电场对不同含水量的高含水原油进行多级高效油水分离的复合电场脱水装置。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合电场脱水装置，包括分离罐、原油进出管、排水管、进料分配器、集油管及变压器，原油进出管和排水管设在罐体上，进料分配器和集油管设在罐内且与原油进出管相连；变压器设在罐体外；进料分配器与集油管之间设有用于对油水进行分离的复合电场区，所述复合电场区包括在竖直方向上间隔布置的若干个电极层，所述若干个电极层包括至少一个与所述变压器电性连接的第一电极层和至少一个接地的第二电极层，所述至少一个第一电极层和所述至少一个第二电极层相互配合，形成至少两个在竖直方向布置的电场区。 

本实用新型所述的复合电场脱水装置中，所述至少一个第一电极层和所述至少一个第二电极层相互之间距离可调地设置于所述分离罐。 

本实用新型所述的复合电场脱水装置中，所述的复合电场区中各电场区的电场强度自下而上递增。 

本实用新型所述的复合电场脱水装置中，所述至少一个第一电极层包括与所述变压器电性连接的至少一个裸电极层和至少一个绝缘电极层，所述至少一个裸电极层和所述至少一个绝缘电极层与对应的第二电极层配合形成至少一个绝缘电场区和至少一个裸电场区。 

本实用新型所述的复合电场脱水装置中，所述复合电场区包括自下而上设置的弱绝缘电场区、强绝缘电场区、弱裸电场区以及强裸电场区。 

本实用新型所述的复合电场脱水装置中，所述至少一个裸电极层包括位于同一平面上的若干平行间隔排列的裸电极，所述至少一个绝缘电极层包括位于同一平面上的若干平行间隔排列的绝缘电极。 

本实用新型所述的复合电场脱水装置中，所述分离罐底部包括水相区所述水相区包括油水分离界面；所述至少一个第一电极层包括与所述油水分离 界面相隔一定间距的绝缘电极层，该绝缘电极层与所述油水分离界面配合形成绝缘电场区。 

本实用新型所述的复合电场脱水装置中，所述的至少一个绝缘电极层中的每一绝缘电极和/或裸电极层中的每一裸电极均通过绝缘吊挂和/或绝缘支撑杆固定在分离罐中；所述的至少一个绝缘电极层中的每一绝缘电极和/或裸电极层中的每一裸电极均在密闭接线盒内相互连接并通过密闭接线盒与变压器电性连接；所述的变压器给绝缘电极和/或裸电极提供交流电源、直流脉冲或交流脉冲。 

本实用新型所述的复合电场脱水装置中，每一所述电极层包括位于同一平面上的若干平行间隔排列的电极。 

本实用新型所述的复合电场脱水装置中，所述的原油进出管包括设在罐体底部竖直设置或两端水平设置的进油管和设在罐体顶部竖直设置或两端水平设置的出油管，所述进料分配器与进油管相连位于分离罐的中下部，所述集油管与出油管相连位于分离罐顶部，使设置在进料分配器与集油管之间的复合电场区置于分离罐的中上方。 

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：本实用新型采用复合电场，使单一设备设置复合电场实现对油水进行多级分离的效果，提高油水分离效率，同时可以节省设备体积，有利于推广运用。 

本实用新型中的电极采用绝缘电极层和/或裸电极层形成绝缘电场和/或裸电场，使用绝缘电极层，可以处理任意含水量原油而避免电极短路，提高设备安全和运行稳定性；使用裸电极层，其电场强度大，有利于加速原油中水分的聚结，绝缘电场与裸电场的配合实现原油高效安全分离的目的。 

绝缘电极和/或裸电极与变压器之间使用密闭接线盒进行接线，使其接线 密封隔离，安全可靠，减少电极短路的风险。 

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中： 

图1是本实用新型复合电场脱水装置的结构示意图。 

图2是本实用新型实施例1的电极层排布示意图。 

图3是本实用新型实施例2的电极层排布示意图。 

图4是本实用新型实施例3的电极层排布示意图。 

图5是本实用新型实施例4的电极层排布示意图。 

图中：1、分离罐；2、检修孔；3、进料分配器；4、电极层；401、第一电极层；402：第二电极层；411：绝缘电极层；412、裸电极层；5、电场区：501：绝缘电极区；501A：弱绝缘电场区；501B：强绝缘电场区；502：裸电场区；502A：弱裸电场区；502B：强裸区；6、密闭接线盒；7、集油管；8、变压器；9、绝缘吊挂；10、排水管；11、进油管；12、出油管；13、复合电场区；14、水相区；14.1油水分离界面。 

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。 

如图1所示，本实用新型公开一种复合电场脱水装置，该脱水装置包括卧式圆筒型分离罐1，分离罐1两端还设有检修孔2，便于管道维修。罐体外设有变压器8，可随时调整分离罐1内通电电极的电压，以调整电场强度。罐体底部设有排水管10，用于排出原油中聚结沉降下来的水。罐体上还设有原 油进出管，原油进出管包括在罐体底部竖直设置或两端水平设置的进油管11和设在罐体顶部竖直设置或两端水平设置的出油管12。分离罐1内还包括与原油进出管相连的进料分配器3、集油管7进料；分配器3与进油管11相连位于分离罐1的中下部，集油管7与出油管12相连位于分离罐1顶部，进料分配器3与集油管7之间设有用于对油水进行分离的复合电场区13，复合电场区13置于分离罐1的中上方，分离罐1底部设有水相区14，便于对原油进行脱水脱盐处理，同时避免复合电场区13直接与高含水量的原油接触，原油中的水分导致复合电场中的电极短路，引发安全隐患。 

复合电场区13包括在竖直方向上间隔布置的若干个电极层4，每一电极层4包括位于同一平面上的若干平行间隔排列的电极（图中未显示），同一电极层4中的电极通过变压器8通入功率大小一样的交流电源、直流脉冲或交流脉冲，使若干电极形成一体化的电极层4。若干个电极层4包括至少一个与变压器8电性连接的第一电极层401和至少一个接地的第二电极层402，至少一个第一电极层401和至少一个第二电极层402相互配合，形成至少两个在竖直方向布置的电场区5，本方案中将若干个电极层4在竖直方向上间隔布置使其形成竖直方向布置的电场区5，使得电场区5中的电场力方向为竖直方向，在通过变压器8给第一电极层401通入交流电源、直流脉冲或交流脉冲时，原油中的水分在电场力的作用下产生上下振荡效果，当上下振荡的水分聚结到其重力大于电场力时，进行沉降，从而实现油水分离的目的，因此上下布置的电场区5可同时利用电场力与原油中水分的重力作用比相关技术采用水平布置的电场区仅采用电场力进行油水分离的的分离效果更佳，分离效率更高。 

复合电场区13中的各电场区5的电场强度自下而上递增，从而保护在同 一分离罐1内可实现对高含水原油的多级分离，提高油水分离效率，同时可以节省设备体积，有利于推广运用。至少一个第一电极层401和至少一个第二电极层402相互之间距离可调地设置于分离罐1，可通过调节第一电极层401与第二电极层402之间的距离调整其形成的电场区5的电场强度，以实现对高含水原油高效分离的目的。 

至少一个第一电极层401包括与变压器8电性连接的至少一个裸电极层412和至少一个绝缘电极层411，至少一个绝缘电极层411包括位于同一平面上的若干平行间隔排列的绝缘电极（图中未显示），绝缘电极不导电，因此其形成的绝缘电极层411可以处理任意含水量原油而避免电极短路，提高设备安全和运行稳定性，通常将绝缘电极层411设在邻近水相区14的位置；至少一个裸电极层412包括位于同一平面上的若干平行间隔排列的裸电极（图中未显示），裸电极导电，因此裸电极层412在通电时通常设在远离水相区14的位置，以免原油中的水分导致电极被击穿，造成安全隐患；使用裸电极层形成的电极区5的电极强度大，更有利于提高含水量极小的原油的油水分离效率，保证其油水分离效果。至少一个裸电极层412和至少一个绝缘电极层411与对应的第二电极层402配合形成至少一个绝缘电场区501和至少一个裸电场区502，本方案中使用绝缘电场区501与裸电场区502的配合更能实现原油高效安全分离的目的。至少一个第一电极层401包括与水相区14中的油水分离界面14.相隔一定间距的绝缘电极层411，该绝缘电极层411与油水分离界面14.1配合形成绝缘电场区501，此处油水分离界面14.1与接地的第二电极层402所产生的作用相同，配合绝缘电极层411形成绝缘电场区501，用以实现油水分离目的。 

绝缘电极层411中的每一绝缘电极和/或裸电极层412中的每一裸电极均通过绝缘吊挂9和/或绝缘支撑杆（图中未显示）固定在分离罐1中，用于避免海上作业过程中油轮的晃动导致电极间出现短路等问题，使得整个海上原油开采过程更加安全可靠。绝缘电极层411中的每一绝缘电极和/或裸电极层412中的每一裸电极均在密闭接线盒6内相互连接并通过密闭接线盒6与变压器8电性连接，使接线密封隔离，安全可靠，减少电极短路的风险。变压器8给绝缘电极5和/或裸电极4提供交流电源、直流脉冲或交流脉冲，以使水分在电场区中产生上下振荡的效果，提高原油油水分离的效果。绝缘电极层411与裸电极层412的接电极可以共用一台变压器8，简化操作；也可以分别采用独立的变压器8对其进行供电，使变压器8对绝缘电极5和裸电极4的供电调节更灵活，可以根据分离效果的要求及时调整相应参数。 

绝缘电极层411中的每一绝缘电极可为覆盖致密绝缘层的金属空心棒或金属棒或板状电极，裸电极层412中的每一裸电极可为金属空心棒或金属棒板状电极，优选使用棒状绝缘电极和裸电极。使用棒状绝缘电极和裸电极，相比于板状电板，可以减少在海上原油开采过程中由于油轮的剧烈晃动致使电极的损坏。 

进料分配器3均匀分布于水相区14，可采用倒傮式分配器，在槽的四周开有小孔，主要用于粘度大、杂质多或重质原油，以免防止分配器堵塞。也可采用管式分配器，在管上分布小孔，适用于粘度小且杂质较少的原油沿分离罐内水平界面均匀分布，使原油均匀分散于水相中。还可以是圆盘式多孔分配器，在分配圆盘圆周设有多个喷头，使原油均匀分布于水相区14，进行充分水洗。 

使用该装置对高含水原油进行油水分离处理时，高含水原油经设置在罐 体底部竖直设置或两端水平设置的进油管11进入分离罐1中，优选从底部进入；再由进料分配器3将原油均匀分散到分离罐1底部与进料分配器3之间的水相区14进行充分水洗，除去部分水分，使原油进行初步分离；再进入复合电场区13，在复合电场区13对原油中的水分进行多级聚结沉降进入水相区14，通过罐体底部的排水管10将水分排出；脱水后的原油经罐体竖直设置或两端水平设置的出油管12排出收集，从而完成对高含水原油脱水。 

复合电场区13包括自下而上设置的弱绝缘电场区501A、强绝缘电场区501B、弱裸电场区502A以及强裸电场区502B中的至少两层电场区5。绝缘电场区501与裸电场区502由与变压器8电性连接的第一电极层401是绝缘电极层411还是裸电极层412决定。电场区5的强弱由变压器8的通电电压以及每一电极层401与第二电极层402之间的距离确定。一般来说，当两电极间距为200-220mm，电场强度为0.8-2.0KV/cm时为强电场；当两电极间距为500-540mm，电场强度为0.3-0.5KV/cm时为弱电场。因此可以形成电场强度由弱到强的弱绝缘电场区501A、强绝缘电场区501B、弱裸电场区502A以及强裸电场区502B等电场区5，以适应不同性质不同含水量原油的多级脱水需求，充分利用有限的电场区间，以达到多级强化脱水效果。 

实施例1：如附图2所示，使用一层绝缘电极层411（即图中1B）与三层裸电极层412（即图中1A、1C和1D）沿竖直方向布置形成三个电场区5。具体来说，自下而上设置电极层4之间的间距分别为540mm，200mm和500mm。将绝缘电极层1B与裸电极层1D连接变压器8作为第一电极层401，裸电极层1A与裸电极层1C接地作为第二电极层402，通过变压器8给绝缘电极层1B与裸电极层1D提供直流脉冲，并调整供电电压，从而形成自下而上电场强度递增的的弱绝缘电场501A、强绝缘电场501B和弱裸电场502A。 原油经分离罐1底部的水相区14初步分离后，先后经电场强度自下而上递增的弱绝缘电场501A、强绝缘电场501B和弱裸电场502A对其进行多级脱水处理，以实现高效安全分离的目的。 

实施例2：如附图3所示，使用一层绝缘电极411（即图中2A）与二层裸电极层412（即图中2B和2C）沿竖直方向布置，并与水相区14的油水分离界面14.1配合形成三个电场区5。具体来说，设置绝缘电极层2A与油水分离界面14.1的间距为510mm，绝缘电极层2A与裸电极层2B之间的间距为220mm，裸电极层2B与裸电极层2C之间的间距为500mm。将绝缘电极层2A与和裸电极层2C连接变压器8作为第一电极层401，裸电极层2B接地作为第二电极层402，通过变压器8给绝缘电极层2A和裸电极层2C提供交流电源并调整供电电压，从而使绝缘电极层2A与罐体内油水分离界面14.1形成弱绝缘电场501A，绝缘电极层2A与裸电极层2B之间形成强绝缘电场501B，裸电极层2B与裸电极层2C之间形成弱裸电场502A。原油经分离罐1底部的水相区14初步分离后，先后电场强度自下而上递增的经弱绝缘电场501A、强绝缘电场501B和弱裸电场502A对其进行多级脱水处理，以实现高效安全分离的目的。 

实施例3：如附图4所示，使用一层绝缘电极层411（即图中3B）与四层裸电极层412（即图中3A、3C、3D和3E）沿竖直方向布置成四个电场区5。具体来说，自下而上设置电极层4之间的间距分别为520mm、210mm、500mm以及200mm，将绝缘电极层3B与裸电极层3D连接变压器8作为第一电极层401，裸电极层3A、裸电极层3C与裸电极层3E接地作为第二电极层402，通过变压器8给绝缘电极层1B与裸电极层1D提供直流脉冲，并调整供电电压，从而形成电极强度自下而上递增的弱绝缘电场区501A、强绝缘 电场区501B、弱裸电场区502A以及强裸电场区502B。原油经分离罐1底部的水相区14初步分离后，先后经电场强度自下而上递增的弱绝缘电场区501A、强绝缘电场区501B、弱裸电场区502A以及强裸电场区502B对其进行多级脱水处理，以实现高效安全分离的目的。 

实施例4：如附图5所示，使用一层绝缘电极层411（即图中4A）与三层裸电极层412（即图中4B、4C和4D）沿竖直方向布置，并与水相区14的油水分离界面14..1配合形成四个电场区5。具体来说，设置绝缘电极层4A与油水分离界面14.1之间的间距为520mm，自下而上设置电极层之间的间距分别为200mm、500mm及210mm，通过变压器8连接绝缘电极层4A与裸电极层4C使其作为第一电极层401，裸电极层4B与裸电极层4D接地作为第二电极层402，变压器8给绝缘电极层4A与裸电极层4C提供交流电并调整其电压，从而使绝缘电极层4A与罐体内油水分离界面14.1形成弱绝缘电场501A、绝缘电极层4A与裸电极层4B之间形成强绝缘电场501B和裸电极层4B与裸电极层4C之间形成弱裸电场502A，裸电极层4C与裸电极层4D之间形成强裸电场502B。原油经分离罐1底部的水相区14初步分离后，先后经电场强度自下而上递增的弱绝缘电场501A）强绝缘电场501B、弱裸电场502A和强裸电场502B对其进行多级脱水处理，以实现高效安全分离的目的。 

上述实施例中，各电极层5之间的距离可根据原油性质以及含水量灵活调节，其中绝缘电极层411可不受原油含水量变化的影响，使其与其他电极间的间距设置更加方便灵活。装置中使用复合电场，使其实现多级油水分离的效果，提高油水分离效率，同时也缩小设备体积，更加方便于海上原油开采。电场设备以及电压供给可根据原油性质和含水量变化灵活调节，满足不同原油分离处理需求。 

本实用新型是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本实用新型做各种修改，而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方式。 

Claims (10)

1.一种复合电场脱水装置，包括分离罐（1）、原油进出管、排水管（10）、进料分配器（3）、集油管（7）及变压器（8），原油进出管和排水管（10）设在罐体上，进料分配器（3）和集油管（7）设在罐内且与原油进出管相连；变压器（8）设在罐体外，其特征在于：进料分配器（3）与集油管（7）之间设有用于对油水进行分离的复合电场区（13），所述复合电场区（13）包括在竖直方向上间隔布置的若干个电极层（4），所述若干个电极层（4）包括至少一个与所述变压器（8）电性连接的第一电极层（401）和至少一个接地的第二电极层（402），所述至少一个第一电极层（401）和所述至少一个第二电极层（402）相互配合，形成至少两个在竖直方向布置的电场区（5）。

2.根据权利要求1所述的复合电场脱水装置，其特征在于：所述至少一个第一电极层（401）和所述至少一个第二电极层（402）相互之间距离可调地设置于所述分离罐（1）。

3.根据权利要求1所述的复合电场脱水装置，其特征在于：所述的复合电场区（13）中各电场区（5）的电场强度自下而上递增。

4.根据权利要求1所述的复合电场脱水装置，其特征在于：所述至少一个第一电极层（401）包括与所述变压器（8）电性连接的至少一个裸电极层（412）和至少一个绝缘电极层（411），所述至少一个裸电极层（412）和所述至少一个绝缘电极层（411）与对应的第二电极层（402）配合形成至少一个绝缘电场区（501）和至少一个裸电场区（502）。

5.根据权利要求4所述的复合电场脱水装置，其特征在于：所述复合电场区（13）包括自下而上设置的弱绝缘电场区（501A）、强绝缘电场区（501B）、弱裸电场区（502A）以及强裸电场区（502B）。

6.根据权利要求4所述的复合电场脱水装置，其特征在于：所述至少一个裸电极层（412）包括位于同一平面上的若干平行间隔排列的裸电极，所述至少一个绝缘电极层（411）包括位于同一平面上的若干平行间隔排列的绝缘电极。

7.根据权利要求1至6任一项所述的复合电场脱水装置，其特征在于：所述分离罐（1）底部包括水相区（14），所述水相区（14）包括油水分离界面（14.1）；所述至少一个第一电极层（401）包括与所述油水分离界面（14.1）相隔一定间距的绝缘电极层（411），该绝缘电极层（411）与所述油水分离界面（14.1）配合形成绝缘电场区（501）。

8.根据权利要求4至6任一项所述的复合电场脱水装置，其特征在于：所述的至少一个绝缘电极层（411）中的每一绝缘电极和/或裸电极层（412）中的每一裸电极均通过绝缘吊挂（9）和/或绝缘支撑杆固定在分离罐（1）中；所述的至少一个绝缘电极层（411）中的每一绝缘电极和/或裸电极层（412）中的每一裸电极均在密闭接线盒（6）内相互连接并通过密闭接线盒（6）与变压器（8）电性连接；所述的变压器（8）给绝缘电极（5）和/或裸电极（4）提供交流电源、直流脉冲或交流脉冲。

9.根据权利要求1至6任一项所述的复合电场脱水装置，其特征在于：每一所述电极层（4）包括位于同一平面上的若干平行间隔排列的电极。

10.根据权利要求1至6任一项所述的复合电场脱水装置，其特征在于：所述的原油进出管包括设在罐体底部竖直设置或两端水平设置的进油管（11）和设在罐体顶部竖直设置或两端水平设置的出油管（12），所述进料分配器（3）与进油管（11）相连位于分离罐（1）的中下部，所述集油管（7）与出油管（12）相连位于分离罐（1）顶部，使设置在进料分配器（3）与集油管（7）之间的复合电场区（13）置于分离罐（1）的中上方。

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