CN204228438U - 一种静电聚结快速评价系统 - Google Patents

Abstract

一种静电聚结快速评价系统，可以对同轴圆筒形静电聚结器的聚结效果进行评价，对电场参数进行优选。包括供电装置、小型静电聚结器和测量装置。供电装置为波形发生器和高压电源放大器，能够在小型静电聚结器上施加高电压，促使油包水乳状液中的水滴发生聚结；示波器连接到高压电源放大器上可以实时显示两电极间电压和电流，并采集和存储，用于能耗对比分析。通过显微拍照结合图像处理技术分析水滴粒径加电前后的变化，也可利用重力沉降方法分析水的沉降速率和分离效果，从而确定最优的电场参数。采用本实用新型的方法和设备，具有使用方便，测试较快的优点，能够为静电聚结器的设计和设备选型提供依据，使得设备设计更合理，使用更高效。

Description

一种静电聚结快速评价系统

技术领域

本实用新型属于一种静电聚结快速评价系统及方法，用于对同轴圆筒形静电聚结器的聚结效果进行评价，对电场强度、电场频率和电场波形等电场参数进行优选，属于油气集输系统油田采出液脱水技术领域。

背景技术

油田采出液很少是纯净的原油，一般都包含有伴生水和溶解气。原油中游离水沉降分离的相当快，但以乳状液形式存在的水则很难分离，因此在三相分离器之后通常还需要电脱水器处理油包水乳状液。其基本原理是对乳状液施加高强电场，增加分散水滴的碰撞和聚集，促进水滴聚结，加速油水分离。

传统的电脱水器多为卧式罐结构，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的电压，其间形成电场。由于电极裸露，容易在电极间形成传导电流，既增加了能耗又带来了短路的危险，因此新型静电聚结器应运而生。新型静电聚结器通常采用绝缘电极和金属电极交替排列组成，而绝缘电极由金属电极和绝缘层组成。美国专利US 6136174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同轴圆筒的形式交替排列。中国专利200710015911.1(授权专利公告号CN 101173182A)公开了一种原油乳状液静电脱水器，其聚结段安装在电脱水器上部，电极部分也是由绝缘电极和金属电极以同轴圆筒的形式交替排列。这种形式的电极充分利用了空间，具有结构紧凑，占地面积小等优点。目前，静电聚结器产品大多在使用现场安装之后再进行调试，以确定工作参数。但是由于不同区块所形成的油包水乳状液物化性质有所不同，能够对水滴实现有效电聚结的电场强度、电场频率和电场波形等也有所不同，因此在安装静电聚结器之前评价油包水乳状液通电后的聚结效果，优选电场参数，对于静电聚结器的设计和变压设备的购置具有重要意义。

油田原油含水率的测定方法主要有《GB/T 8929-2006原油含水量的测定蒸馏法》和《SY/T5402-2008原油含水量的测定电脱法》。蒸馏法时间较长，一组测试至少一个小时。目前油田常用的DTS型原油含水电脱分析仪由由高频高压脉冲发生器、脱水电极及玻璃计量筒等组成。但该设备也存在一定缺陷，如外电极与玻璃计量筒间存在空气，导致电场发生变化；计量筒底部为锥形结构，使得电场发生畸变，降低了电场精确度；高压脉冲发生器仅能输出脉冲信号，不能对波形信号进行优选。

鉴于以上原因，有必要发明能够对静电聚结效果进行快速评价的方法及实验系统，以便能够对不同区块的油包水乳状液最优电场参数进行优选，为静电聚结器的设计和运行提供依据，使得设备设计更合理，使用更高效。

发明内容

本实用新型一种静电聚结快速评价系统，针对不同油包水乳状液最优电场参数不同，静电聚结设备现场调试时间较长的特点，能够对油包水乳状液静电聚结效果进行快速评价并对电场参数进行优选，其实验结果能够为静电聚结器的设计提供依据，为供电设备的选型提供帮助，使静电聚结设备更高效的运行。

一种静电聚结快速评价系统，包括高压电源放大器和示波器，其特征在于还包括任意波形发生器、小型静电聚结器、水浴、以及由显微镜、数码相机和计算机组成的粒级分析系统；所述的任意波形发生器经高压电源放大器放大后通过高压电缆输出至小型静电聚结器，并在小型静电聚结器内产生高强电场，所述的小型静电聚结器由水浴控制恒定温度，所述小型静电聚结器反馈出的电压和电流信号分别通过电压信号线和电流信号线输出至示波器，所述的数码相机通过显微镜拍摄电场作用结束后的小型静电聚结器里取出的油水乳状液液滴图像，并输出至计算机得到水滴粒径分布；

所述的小型静电聚结器包括设有出水口和入水口的恒温水槽，位于恒温水槽内的玻璃绝缘筒，将玻璃绝缘筒上下两端进行封闭的上部端盖和同心固定柱，并有高压电极从上部端盖插入到玻璃绝缘筒底部的同心固定柱上，恒温水槽内充满电解质并设有一接地电极柱，所述的电解质与接地电极柱构成液体电极；

所述恒温水槽的出水口和入水口分别与水浴连接。

所述上部端盖中心设有轴向的中心通孔，所述同心固定柱上表面中心设有轴向的圆柱形凹槽，所述的高压电极穿过上述中心通孔，且末端位于圆柱形凹槽内而实现与玻璃绝缘筒保持同轴。

水浴通过水槽的入水口和出水口连接到恒温水槽上，恒温水槽内的电解质是NaCl溶液。

本实用新型的基本原理是利用水浴控制温度，将油包水乳状液置于小型静电聚结器中，利用波形发生器产生所需要的波形、电压和频率，经高压电源放大器按1:2000的关系放大后，通过高压电缆传输到小型静电聚结器上，促使油包水乳状液中的水滴在电场作用下发生偶极聚结、电泳聚结、介电泳聚结和振荡聚结，从而促进水滴聚结，粒径变大，然后通过显微拍照结合图像处理技术分析水滴粒径加电前后的变化，也可以利用重力沉降方法分析水的沉降速率和分离效果，从而确定最优的电场形式、电场强度、电场频率和作用时间等参数。在上述加电过程中，示波器通过电压信号线和电流信号线连接到高压电源放大器上用于监测和记录电压和电流。

本实用新型的优点是：(1)体积小巧，结构紧凑；(2)测试范围宽，采用任意波形信号发生器和高压电源放大器相结合的方式可以提供任意波形，可满足场强范围在0～20000V/cm，电场频率在0～20kHz之间任意电场波形作用下油包水乳状液电聚结特性的评价；(3)小型静电聚结器利用NaCl溶液作为接地电极，避免了接地电极和高压电极间空气间隙对电场的影响；玻璃绝缘筒底部是平整的，而非锥形的，保证量筒内电场稳定一致；(4)玻璃做绝缘层可以进行沉降观察；(5)采用显微拍照结合图像处理技术分析液滴粒径变化较之传统的利用蒸馏测含水率的方法更加方便快捷；(6)采用示波器监测高压电源放大器电压和电流变化可以观察波形失真情况，并计算高压电源放大器工作时的功率，为电场参数优选提供参考。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

其中：1—任意波形发生器2—高压电源放大器3—电压信号线4—电流信号线5—示波器6—高压电缆7—小型静电聚结器8—水浴9—显微镜10—数码相机11—计算机。

图2是本实用新型的小型静电聚结器结构示意图。

其中，12—高压电极13—接地电极柱14—上部端盖15—出水口16—玻璃绝缘筒17—同心固定柱18—入水口19—恒温水槽。

图3是上部端盖的剖视图。

其中，20—中心通孔。

图4是同心固定柱的剖视图。

其中，21—圆柱形凹槽。

具体实施方式

参见附图1，本实用新型由任意波形发生器(1)、高压电源放大器(2)、电压信号线(3)、电流信号线(4)、示波器(5)、高压电缆(6)、小型静电聚结器(7)、水浴(8)、显微镜(9)、数码相机(10)、计算机(11)等组成。

参见附图2，本实用新型的小型静电聚结器主要包括高压电极(12)、接地电极柱(13)、上部端盖(14)、水槽出口(15)、玻璃绝缘层(16)、同心固定柱(17)，水槽入口(18)和恒温水槽(19)等各个部分。高压电极(12)和接地电极柱(13)均为圆柱形铜电极，玻璃绝缘层(16)和恒温水槽(19)均为圆筒形，材质为玻璃。上部端盖(14)和同心固定柱(17)呈圆柱形，材质是聚四氟乙烯，作用是保证高压电极(12)和玻璃绝缘层(16)保持同轴。水浴(8)通过水槽入口(18)和水槽出口(15)连接到恒温水槽(19)上，恒温水槽(19)和玻璃绝缘层(16)之间装满NaCl溶液，并插入接地电极柱(13)，这样整个恒温水槽(19)中的水是等电势的，成为接地电极，通电后就会在接地电极与高压电极(12)间形成高压电场作用于高压电极(12)和玻璃绝缘层(16)间的油包水乳状液，促进水滴聚结，油水分离。

如图1-4，一种用于对静电聚结效果进行评价，对电场参数进行优选的快速评价方法及系统，包括：任意波形发生器(1)、高压电源放大器(2)、电压信号线(3)、电流信号线(4)、示波器(5)、高压电缆(6)、小型静电聚结器(7)、水浴(8)、显微镜(9)、数码相机(10)、计算机(11)等。其特征是：任意波形发生器(1)和高压电源放大器(2)组成供电装置，可以为小型静电聚结器(7)提供实验所需的电场参数。电参数测量装置为示波器(5)，通过电压信号线(3)和电流信号线(4)连接到高压电源放大器(2)上以实时测量输出波形、电压、电流和频率等电参数。水浴(8)连接到恒温水槽(19)以控制油包水乳状液的温度。显微镜(9)、数码相机(10)和计算机(11)组成显微拍照测量装置，可以测量液滴粒径及评价电场作用下水滴聚结效果。

恒温水槽(19)和玻璃绝缘层(16)之间充满NaCl溶液，在NaCl溶液中插入接地电极柱(13)，使NaCl溶液成为等电势体——接地电极，通电后会在接地电极与高压电极(12)间形成高压电场作用于高压电极(12)和玻璃绝缘层(16)间的油包水乳状液。电极(12)和玻璃绝缘层(16)保持同轴。

高压电极(12)和接地电极柱(13)均为圆柱形电极，材质为黄铜，且上部有螺纹以便与高压电缆相连。

玻璃绝缘层(16)和恒温水槽(19)均为圆筒形，且上下直径一致，材质为玻璃，可以方便观察水的沉降情况。

上部端盖(14)和同心固定柱(17)呈圆柱形，材质是聚四氟乙烯，其中上部端盖(14)有一中心通孔(20)，直径与高压电极(12)直径一致。同心固定柱(17)外径与玻璃绝缘层(16)内壁直径一致，圆柱形凹槽(21)直径与高压电极(12)直径一致。上部端盖(14)和同心固定柱(17)放置于高压电极(12)和玻璃绝缘层(16)之间，使二者保持同轴。

本实用新型的工作过程为：将油田现场采出液或者室内配置的油包水乳状液加热到实验温度，然后用显微镜(9)和数码相机(10)进行显微拍照，并传输到计算机(11)通过图像处理软件进行分析，得到液滴初始粒径及分布。打开上部端盖(14)，将乳状液加入小型静电聚结器(7)中的高压电极(12)和玻璃绝缘层(16)之间，同时打开水浴(8)保证乳状液温度满足实验要求并保持恒定。将上部端盖(14)盖上后，打开任意波形发生器(1)生成实验需要的信号(一定波形、电压和频率)经高压电源放大器(2)放大后通过高压电缆(6)传输到小型静电聚结器(7)中的高压电极(12)上，利用高压电极(12)和接地电极间形成的高强电场促使油包水乳状液中的水滴发生聚结并沉降。通电过程中，示波器(5)通过电压信号线(3)和电流信号线(4)连接到高压电源放大器(2)的电压和电流监测端口，可在示波器上显示实验过程中两电极间电压和电流信号变化曲线，并采集和存储波形，而且精度较高，便于进行观测和后处理，计算功率。加电一定时间后，停止加电并用显微镜(9)和数码相机(10)拍摄乳状液中水滴微观照片并通过图像处理技术分析液滴粒径及分布，然后与液滴初始粒径进行对比，以评价液滴聚结效果。停止加电后也可以继续观察记录小型静电聚结器(7)底部沉降出水的体积，并绘制沉降出水体积与加电时间的对应关系进行对比以优选电场参数。

本实用新型的评价系统具有结构紧凑的优势，能够模拟实际聚结器的结构，能够在室内对多种波形，电场，频率等的作用效果进行对比，为聚结器设计提供参数，其中所提供的参数主要有电场的波形，电场强度，电场频率，以及电场作用时间。其评价方法具有速度快的优势，通过拍照的方法比原来的蒸馏和沉降方法要快：第三是聚结器的结构，利用水做接地电极，避免了传统方式外电极和绝缘层间有空气，导致电场发生变化；玻璃做绝缘层可以进行沉降观察。同时玻璃绝缘层是圆柱状比圆锥状的结构更合理避免了电场不一致，采用导电良好的液体则会避免了现有技术中导致的电场发生畸变。

Claims (3)

1.一种静电聚结快速评价系统，包括高压电源放大器(2)和示波器(5)，其特征在于还包括任意波形发生器(1)、小型静电聚结器(7)、水浴(8)、以及由显微镜(9)、数码相机(10)和计算机(11)组成的粒级分析系统；所述的任意波形发生器(1)经高压电源放大器(2)放大后通过高压电缆(6)输出至小型静电聚结器(7)。并在小型静电聚结器(7)内产生高强电场，所述的小型静电聚结器(7)由水浴(8)控制恒定温度，所述小型静电聚结器(7)反馈出的电压和电流信号分别通过电压信号线(3)和电流信号线(4)输出至示波器(5)，所述的数码相机(10)通过显微镜(9)拍摄电场作用结束后的小型静电聚结器(7)里取出的油水乳状液液滴图像，并输出至计算机(11)得到水滴粒径分布；

所述的小型静电聚结器(7)包括设有出水口(15)和入水口(18)的恒温水槽(19)，位于恒温水槽(19)内的玻璃绝缘筒(16)，将玻璃绝缘筒(16)上下两端进行封闭的上部端盖(14)和同心固定柱(17)，并有高压电极(12)从上部端盖(14)插入到玻璃绝缘筒(16)底部的同心固定柱(17)上，恒温水槽(19)内充满电解质并设有一接地电极柱(13)，所述的电解质与接地电极柱(13)构成液体电极；

所述恒温水槽(19)的出水口(15)和入水口(18)分别与水浴(8)连接。

2.如权利要求1所述的一种静电聚结快速评价系统，其特征在于所述上部端盖(14)中心设有轴向的中心通孔(20)，所述同心固定柱(17)上表面中心设有轴向的圆柱形凹槽(21)，所述的高压电极(12)穿过上述中心通孔(20)，且末端位于圆柱形凹槽(21)内而实现与玻璃绝缘筒(16)保持同轴。

3.如权利要求1所述的一种静电聚结快速评价系统，其特征在于水浴(8)通过水槽的入水口(18)和出水口(15)连接到恒温水槽(19)上，恒温水槽(19)内的电解质是NaCl溶液。