CN204509213U - 一种微波强化静电原油脱水装置 - Google Patents

Abstract

一种微波强化静电原油脱水装置，主要由带法兰的金属管段和电脱盐/脱水罐组成。所述带法兰的金属管段内有电极、绝缘件及微波源组成，电极与管壁及相邻电极之间用绝缘材料连接固定，管段接地，电极通过电极棒与变压器连接，微波源垂直于管段或成一定角度安装，在管段后连接电脱盐/电脱水罐。所述微波强化静电原油脱水装置在静电场作用的同时加微波辐射，可以增强破乳效果，主要用于原油及成品油的破乳脱水，降低电脱盐/脱水罐变压器电流，从而降低能耗、提高装置的适应性和稳定性。也可以用于油田三相分离器之前，提高分离效率。还可以用于多种两相分离的场所。

Description

一种微波强化静电原油脱水装置

技术领域

本实用新型涉及一种微波强化静电原油脱水装置，具体就是用于原油脱盐脱水的装置。

背景技术

随着油田开发进入后期，开采工艺的不断发展，例如三次采油注水、注聚合物、三元复合驱、调刨、解堵等技术的应用，加入了大量的药液，使得油田采出原油乳化程度越来越严重，原油乳状液变得更加稳定，乳状液导电性增强，施加高压电场时，电流会增大，甚至短路，脱水难度越来越大，常规的电化学二段脱水已很难达到原油外输指标的要求。

随着三次采油原油及高酸原油的进入，炼油厂电脱盐装置运行也出现困难，由于乳化严重、破乳困难，造成电流大、运行不稳定、电耗高、排水带油、脱后含盐含水超标等一系列问题，造成装置能耗高、装置腐蚀加重等问题。

为解决上述问题，人们开发了一些技术。中国专利CN1607974一种配置在分离容器中的装置，具有流体混合物流过的一个入口和许多出口，它是为了促进乳化在第二种流体中的第一种导电性流体的静电聚结，该装置包括许多管状静电聚结器基元，后者在流动方向延伸，它们排列在一个基本上覆盖了该容器整个横截面的基体里，以及对流过该聚结器基元的流体施加电场的方法。但该装置用于分离罐内，结构复杂，有电空间有限，而且需要绝缘管。

中国专利CN 101078345B公开了油田采出液电磁聚结预处理装置，其中的电聚结器结构主要由接管、绝缘棒总成和静电聚结器组成；在接管的两端设有法兰盘，在接管的中左部和中右部由定位挂块悬挂在接管内的对称的两个圆筒形的静电聚结器上；静电聚结器内纵向设有由圆形定位板两端定位的通油管，通油管两端插在定位板上对应设有的圆孔内，并焊接一起；在每根通油管的中心设有一根电极棒，电极棒的两端部用螺栓螺母固定在长条形固定板上；另一个静电聚结器的电极棒的右端接线端子用电缆并联于设在接管右端部的绝缘棒总成相联，两个静电聚结器的电极棒的另一端分别用电缆并联分别接于接设在接管上的地线接线柱上。其结构复杂、需要很多聚结单元，而且电场分布不均，不能充分利用管内空间，流体不能自由流动，而且电场强度低，仅适用于高含水的采出液的大水珠聚结。

CN1772845公开了一种原油脱水、脱盐的工艺，尤其涉及一种驻波超声-电场联合用于各种油品脱水、脱盐的工艺。本实用新型的技术方案为将驻波声场与电场作用结合在一起，达到脱水脱盐的目的。即原油加入新鲜水与破乳剂经静态混合器或其它混合装置均匀混合，先经过驻波或行波超声作用，然后进入常规电脱盐装置脱水脱盐。但超声波功率较小，破乳作用有限，而且在一定条件下还会产生乳化作用。

CN102226100A公开了一种利用过滤-电场聚结法组合的高效原油脱盐/脱水的方法及设备。该发明的高效原油脱水/脱盐的设备，包括依次连接的原料输送系统、混合装置、脱水过滤装置和电脱盐装置。本实用新型的高效原油脱水/脱盐的方法是利用本实用新型的高效原油脱水/脱盐的设备通过原料预热、混合、初步破乳及电脱盐/脱水步骤实现的。本实用新型采用过滤-电场聚结组合的原油脱盐/脱水方法，能够克服过滤法和电场聚结法脱盐/脱水工艺各自的缺点，同时降低两者的运行苛刻度，既可提高原油脱盐过程的适应性、脱盐/脱水率和平稳运行率，又可以达到节能降耗的目的。但结构复杂，体积庞大。

CN200942306Y公开了微波破乳原油脱水装置属于分离装置，是在原油储罐中设置了微波源，在原油储罐一端的中部设有原油入口阀、另一端的上部设有原油出口阀。原油储罐的底部设有脱水出口阀、顶部设有石油气出口阀。原油储罐内横向设有支架、在支架上安装微波源。在原油储罐内壁的上部设有原油液位计、原油液位计之下设有测温计、在中部设有油水介面液位计、下部有连接微波源的电缆线出口。其优点是：设计结构简单、操作简便、易于实现自动化、性能可靠，而且脱水率高、减少破乳剂的使用量，有节能降耗的效果。但仅用微波破乳所需微波功率大、停留时间长，而且在大罐内施加微波不易均匀。

发明内容

本实用新型所设计的目的是提供一种微波强化静电原油脱水装置，在电场中加微波，增强破乳效果，主要用于原油及成品油的油水乳化液破乳，尤其是适于W/O型乳化液，可以施加强电场和微波，能降低原油电脱盐/脱水罐电流，降低原油脱后含水及排水含油，从而降低能耗、提高装置的适应性和稳定性。也可以用于O/W型乳化液，可以施加低电场和微波，用于油田采出液三相分离器之前，提高装置的分离效率。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种微波强化静电原油脱水装置，由带法兰的金属管段和电脱盐/脱水罐组成，所述带法兰的金属管段包括电场产生部件和微波源，其主要作用是强化破乳。

一种微波强化静电原油脱水装置，其特征在于：包括带法兰的金属管段和电脱盐/脱水罐，金属管段内有产生静电场和微波辐射部件；所述带法兰的金属管段内设置电极，所述电极通过绝缘件吊挂固定于带法兰的金属管段顶部；所述电极通过电极棒与供电变压器连接；所述带法兰的金属管段接地，微波源固定于管壁内。

进一步，所述供电变压器为单相变压器、三相变压器、脉冲变压器、交流变压器或直流变压器。

该装置单级使用，或者多级并联或串联。

带法兰的金属管段内电场强度为300V/cm-5000V/cm，原油在管段内停留时间为1-300秒，微波波长500MHz-300GHz。

本实用新型所述的电场产生部件是指现有技术中所有能够产生电场的部件，其具体形式可由本领域技术人员进行选择。

例如，电场产生部件可选择：各种形式的电极板(包括环形电极、矩形平板电极、垂直极板悬挂等)；微波频率也可以根据具体情况选择。

本实用新型所述微波强化静电原油脱水装置，在电场中加微波，发挥电场和微波的共同作用，增强破乳效果，主要用于原油及成品油的破乳，与现有的原油电脱盐/脱水罐结合，能降低电脱盐/脱水罐变压器电流，从而降低能耗、提高装置的适应性和稳定性。也可以用于油田三相分离器之前，提高分离效率。

以下为本实用新型所述的微波强化静电原油脱水装置的优选的具体形式，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。

所述电场产生部件包括带法兰的金属管段；所述带法兰的金属管段内设置电极，所述电极通过绝缘吊挂固定于带法兰的金属管段顶部；所述电极通过电极棒与供电变压器连接；所述带法兰的金属管段接地。

所述微波源的安装位置在管段内垂直方向或成一定角度。

电脱盐/脱水罐为公知的各种形式。

本实用新型所述带法兰管段内电极的第一种形式为：设置于带法兰的金属管段中心的中心金属电极。主要用于管径较小、电场强度要求不高的场所。

本实用新型所述法兰管段内电极的第二种形式为：包括设置于带法兰的金属管段中心的中心金属电极以及环绕中心金属电极的一个环形电极栏；所述环形电极栏上均匀分布多个金属电极；所述中心金属电极与环形电极栏、环形电极栏与带法兰的金属管段顶壁之间均通过绝缘吊挂连接；

优选地，所述中心金属电极或环形电极栏通过电极棒与供电变压器连接。

上述的本实用新型所述电极的第二种形式主要用于管径较大、电场强度要求高的场所。

本实用新型所述中心金属电极为铝管或铁管，其表面均匀分布多层铝网、铁网、铝格栅或铁格栅。

所述环形电极栏上均匀分布的多个金属电极为多层铝网、铁网、铝格栅或铁格栅，以增大电极面积。

本实用新型所述的环形电极栏作为金属电极的支撑骨架，起支撑作用。

所述微波源为市售产品，根据原油性质选型。

所述供电变压器为单相变压器、三相变压器、脉冲变压器、交流变压器或直流变压器。

与已有技术方案相比，本实用新型具有以下有益效果：

与现有技术相比，本实用新型具有结构简单、体积小、电耗低、电脱盐/脱水罐电流低、微波增强破乳、破乳效果好、安装使用方便的特点。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明

本实用新型有多种电极结构形式，具体应用哪一种需要根据介质性质和工艺条件确定。

附图说明

图1是带法兰管段比较简单的一种结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3是本实用新型带法兰管段比较复杂的一种结构示意图。

图4为图3的左视图。

图5为电极栏示意图。

图6为带法兰的管段与电脱盐/脱水罐的组合工艺流程图。图中3-1变压器，3-2带法兰的管段，3-3微波电源，3-4电脱盐/脱水罐，3-5变压器

具体实施方式

图1是带法兰管段比较简单的一种结构，主要用于管径较小、流量不大的场所，附图2为左视图。图中1-1绝缘吊挂，可以用聚四氟乙烯棒，1-2—电极棒，1-3—电连接器，1-4—带法兰的管段，1-5—金属中心电极，1-6微波源电缆，1-7微波源支架，1-8磁控管，1-9波导，1-10微波电源

位于管段中心的金属电极1-5用绝缘吊挂1-1固定于管段顶部，电连接器1-3通过电极棒1-2与中心金属电极1-5连接，电极棒与管段绝缘，管段接地，电连接器1-3与变压器输出端相连接(如图6)，这样中心金属电极1-5与管段内壁之间形成电场，在整个垂直于管段的截面上电场强度是均匀的，三个微波源(每个微波源包括1-8和1-9)均布于管段内，微波电源1-10通过电缆1-6与微波源连接。电场破乳的原理是：在直流电场中以偶极聚结为主。当原油经过直流电场时,原油中的含盐水滴在电场力的作用下同样产生偶极性,按电场方向排列成行的相邻微滴之间,由于相邻端的电荷相反而存在相互吸引的静电引力，相邻水滴相互吸引聚结。在交流电场中以偶极聚结和振荡聚结为主。当原油通过交流电场时,其中溶解有盐类的微小水滴在电场的作用下产生偶极性,水滴两端感应产生相反的电荷,在电场引力作用下水滴变长,由于是交变电场,水滴随之振荡,乳化膜强度减弱,相邻水滴相反极性端因互相吸引、碰撞使水滴破裂而复合增大。微波破乳原油脱水装置的基本原理：微波是一种特高频电磁波，微波产生交变磁场，利用这一特性对乳化原油进行作用，使乳化原油的水分子和油分子在特高频交变电磁场中高速旋转和磨擦，破坏了油水的界面膜，使水分子冲破油膜表面张力，自由上下运动、碰撞、聚结、达到破乳的目的。实验表明：在相同条件下，在加电场的同时加微波，可以使原油中的含水比单纯加电场降低。油水乳化液在很短的时间通过管段时经过电场的作用，微波加强破乳促破乳，由于停留时间短，来不及沉降分离，因此电流很小，到电脱盐/脱水罐后能迅速沉降分离，从而降低后续设备的电耗，提高后续设备的电场强度，使未聚并的水珠进一步聚并分离，降低油中含水。外供电源的变压器可以是交流、脉冲、直流等多种形式。

图2是本实用新型带法兰管段比较复杂的一种结构，主要用于管径较大、处理量大的场所，图4为左视图，图5为电极栏示意图。图中2-1中心电极绝缘吊挂，可以用聚四氟乙烯棒，2-2-电极栏绝缘吊挂，2-3—电极栏电极棒，2-4—电连接器，2-5—中心电极棒，2-6—电极栏，2-7—带法兰的管段，2-8—中心金属电极,2-9微波电缆，2-10微波电缆，2-11磁控管，2-12波导,2-13微波电源。位于管段2-7中心的金属电极2-8用绝缘吊挂2-1固定于电极栏2-6顶部，电极栏2-6用电极栏绝缘吊挂2-2固定于管段顶部，电极栏2-6为与管段2-7同心的环形结构，中心电极2-8与电极栏2-6之间、电极栏2-6与管段2-7内壁之间为等距离，电连接器2-4通过中心电极棒2-5与中心电极2-8相连，通过电极栏电极棒2-3与电极栏2-6相连，电极棒与管段绝缘，管端接地，电连接器2-4与变压器输出端相连接(见图6)，这样中心电极与电极栏之间、管段内壁之间形成等量的均匀电场，在整个垂直于管段的截面上电场强度是均匀的。也可以将电极栏通电，中心电极和管段接地。对于管径很大、电场强度要求高的场所，也可以设置多层电极栏结构，相邻层电极栏之间绝缘即可。微波源(由2-11和2-12组成)均与分布于管段内。图5为电极栏示意图。

利用如图6所示，含水原油经过带法兰的管段时，管段内有电场和微波共同作用，从而实现强化破乳，由于停留时间短，破乳后来不及分离，因此变压器电流很小；进入电脱盐/脱水罐分离，由于在管段中破乳，因此电脱盐/脱水罐变压器电流变小，电耗下降，甚至可以根据脱水情况停掉电脱盐/脱水变压器。

在所述装置中进行平行试验，原油密度为0.92g/cm³，含水10％，在90℃，破乳剂30mg/l，乳化液在管段内停留时间30秒，管段内电场强度1000V/CM，微波频率2540MHZ，功率1KW,电脱水罐电场强度800V/CM、停留时间20分钟情况下,测脱后原油含水和电脱水变压器电流。

结果表1所示，可以看出经过微波强化的电脱水效果明显增强，脱后含水明显降低，电脱盐/脱水罐变压器电流下降显著。

表1 微波强化静电破乳装置实验结果

本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细结构特征以及方法，但本实用新型并不局限于上述详细结构特征以及方法，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细结构特征以及方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (3)

1.一种微波强化静电原油脱水装置，其特征在于：包括带法兰的金属管段和电脱盐/脱水罐，金属管段内有产生静电场和微波辐射部件；所述带法兰的金属管段内设置电极，所述电极通过绝缘件吊挂固定于带法兰的金属管段顶部；所述电极通过电极棒与供电变压器连接；所述带法兰的金属管段接地，微波源固定于管壁内。

2.如权利要求1所述的一种微波强化静电原油脱水装置，其特征在于，所述供电变压器为单相变压器、三相变压器、脉冲变压器、交流变压器或直流变压器。

3.根据权利要求1所述的一种微波强化静电原油脱水装置，其特征在于：该装置单级使用，或者多级并联或串联。