CN2247044Y - 原油脱水装置脉冲式高频电源 - Google Patents

原油脱水装置脉冲式高频电源 Download PDF

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Abstract

原油脱水装置脉冲式高频电源,主要由整流调压电路、控制电路、驱动电路和功放电路组成,可在脱水罐的电极间形成断续的高频高压电场,对乳化液中的水粒有强烈的破乳作用和高效的聚结能力,既大大提高了脱水效率,又可节省大量化学破乳剂和70%以上的电能,且对含水率不稳定、高含盐、含腊、高粘度的不同油质都能适用。应用于现有脱水装置的改造简单方便,不用改动庞大的脱水罐及其系统,只需更换原装置的电源部分即可。

Description

原油脱水装置脉冲式高频电源
本实用新型涉及油田采油工艺中的原油脱水装置。
从油井采出的原油,都含有部分水、盐类和杂质,特别是采用向地下注水的开采方式,使开采出的原油含水率不断增高,多者达85%以上,这些含水原油从油井到采油设备,经过漫长的多种管线和一道道阀门、泵卡的搅扰,除部分游离水外,一般会程度不同地出现水包油(油分子团被水分子团包围),或油包水或油包水中的水包油等混合结构,这种结构称为乳化结构,其比重非油非水,用沉降方式无法使油水分离,对此,采油厂一般采用热、化学及种种结构型的沉降罐,可以脱去大量水分,但是对悬浮在原油中小于0.1-100μm的微小水粒则仍无法脱掉,特别是含盐水点,在油包水的界面分子间,形成一种Zeta电位(乳化越细,分子间的距离越短,Zeta电位越高,越不易破乳脱水),它能稳定的悬浮于原油中,很难沉降,这样就使原油中具有一定的含水率。而对于外输或贮运的商品原油要求有一定的含水标准,所以采油工艺中一般要求原油含水为0.5%以下,而且排放的污水中含油要求在500ppm以下。
目前国内、外的原油脱水工艺多采用综合方式,除少数用振动、旋流、重力等结构型脱水方式外,大都用热、化学、电场方式进行脱水,由于加热脱水危险性大,只能在一定范围进行。化学剂破乳适合于高含水阶段,对低含水原油都采用电场脱水,这种电脱水装置其实是一卧式密封罐,里面设置二~六层网状电极,通过绝缘套管和外面直流电源相连,以使电极间形成电场,乳化液从下部注入,逐渐上升到电场区,原油中水粒被极化,成为电偶极子,利用偶极子的相互作用力,使其相互靠拢,合并或吸附于电极板上,最后凝结下沉,达到脱水的目的。
这种电脱水器在我国普及率几乎是100%,所加电压为50HZ交流或直流高压,其优点是极限脱水率高,能达到原油含水标准,但还存在着很大缺陷:首先是受临界电场强度的限制。若电极间所加电场强度高于临界强度值就会形成水链击穿,造成电极间类似金属性短路的打火放电现象,这样不但容易损坏设备,还造成电能的巨大浪费。另外水链击穿是由于电极间大、小水粒在电场力的作用下被拉长,而形成的导电链所致。放电的结果,必然使那些原来的水粒变成更加细小的水颗粒,造成水颗粒的再分散效应,形成新的乳化过程。因此,这种脱水器的效率不能进一步提高,特别是对于含水不稳定的场合,容易造成脱水不合格和电场破坏的恶性循环。
其次是脱水器排放的污水不清(含油率高)。因为直流电场(或直流脉冲电场)对油包水颗粒,没有破乳作用,它只能使大部分水粒聚拢或吸附于电极板上,然后下沉,所以这些下沉的污水中仍带有原油成分。
所以现行电脱水工艺中的电脱水器存在有脱水效率低,耗费电能大,容易造成脱水不合格,污水含油率较高,耗电大,设备事故高等缺陷。
本实用新型的目的是为原油脱水装置提供一种脉冲式高频电源,使脱水罐内电极板间形成间歇的高频高压电场,以此大大提高破乳效果和脱水效率。
本实用新型所提供的原油脱水装置脉冲式高频电源,主要由整流调压电路1、控制电路2、功放电路3、驱动电路4组成,其技术方案为:
整流调压电路1的1、2和7、8端口分别接220V交流电源,4端接直流9V电源,端口5和6分别与功放电路4的端口5和6相连,以提供恒定的直流主电压,同时端口5还与控制电路2的端口9相连接,端口3与控制电路2的端口10相接,以接收电压反馈信号,实现调压和保护的目的;
控制电路2的端口4、5、6、7分别接入驱动电路3的1、2、3、4端口,用以传输调制脉冲高频信号f1;端口8与驱动电路3的端口18相连,以传输重复频率信号f2;端口3与驱动电路3的端口5连接,用来接收过流信号,以实现过流保护的目的;端口2接脱水罐入口处的流量计,端口1接脱水罐内的含水量检测仪,以提取模拟信号;
功放电路3的7和9端口接入脱水罐中的电极上,用来传输高压高频脉冲信号;端口8与脱水罐外壳相连接;
驱动电路4通过端口7、10、13和16将4路脉冲高频信号分别送入功放电路1、2、3、4端。
其中:整流调压电路1,主要由同步脉冲电路①、整形电路②、调相电阻③、比例积分调节电路④及桥式整流电路⑤组成,同步脉冲电路①提供的脉冲信号经整形、调相后送入桥式整流电路⑤整流,然后在二极管D7、D8的正极通过直流主电压输出端口6输出负电位,在可控硅SCR1、SCR2的阴极通过另一直流主电压输出口5输出正电位;比例积分电路④的电压反馈端口3将接收的反馈电压信号与给定值逐级比较放大后,送入调相电路③中IC1的5脚,通过调整可控硅导通角来实现电路的调压功能,最后通过端口6和5输出直流主电压。
控制电路2主要由分压器①、模数转换电路I②、振荡器③、译码电路I④、译码电路II⑤、过流保护电路⑥、分相电路⑦、模数转换电路II⑧和手动开关K组成,分压器①的端口9将整流调压电路5端输出的直流电压信号经分压后,由端口10输出;模数转换电路②将端口1接收到的含水量模拟信号经运算放大,给出一开关信号送入译码电路I④中以选择不同宽度的调制脉冲;振荡器③产生的信号经译码电路I④中的计数器IC3分频后形成高频信号f1,由IC3的第4脚分两路输出,一路通过分相电路⑦产生的相位驱动脉冲,由端口4、5、6、7输出;另一路经译码电路I④选择每组脉冲周期数,产生调制脉冲信号,再送入译码器II⑤中经重复分频、译码后产生可调整的重复脉冲信号f2,由端口8输出,f2的值随着端口2接收流量计采样信号的改变而自动调整改变;过流保护电路⑥由二级门控电路M30、M31组成,用来控制分相电路⑦中译码器M26、M27、M28、M29的开启与关闭。
功放电路4主要由逆变桥和升压变压器B3组成,功率模块VT1、VT2、VT3和VT4构成逆变桥的4个臂,VT1、VT4和VT2、VT3的栅极分别受由端口1、4和2、3接收到的驱动电路3端口7、16和10、13输出的脉冲高频信号f1控制轮流导通,使B3得到完整的高频信号波形,经升压后,经变压器B3的次级端子直接和脱水罐的电极极板相连接,从而在原油脱水罐中形成脉冲高频电场。
驱动电路3主要由4个结构相同的驱动电路①、②、③、④和1个启动电路⑤组成,每一个驱动电路都由一个专用驱动集成电路IC23或IC24或IC25或IC26及相同外围电路构成,启动电路⑤主要由IC21、IC22、M44和R69、C27构成,驱动电路①、②、③、④分别通过端口1、2、3、4从控制电路2中接收4个调制脉冲高频信号f1,然后从端口7、10、13、16直送入功率放大电路4中,使其中的逆变桥臂协调地的导通和截止;当功放电路4中任一逆变桥臂出现负载过流时,相应的专用驱动集成电路便输出一个信号,使该逆变桥臂关闭;如果连续出现4次过流现象,驱动电路4就通过端口5向控制电路2的端口3送入一个过流信号,使控制电路的M26、M27、M28和M29全部关闭,功放电路4停止工作,达到过流保护的目的;当端口18从控制电路端口8连续接到8个重复频率信号f2时,启动电路⑤便发出信号,使专用驱动电路又重新驱动功放电路4的逆变桥开始工作。
用本实用新型改进现行脱水装置,可以和含二至六层电极结构的脱水罐联接。
与现有技术相比,本实用新型具有如下显著优点:
1、由于采用调节电场频率,空度时间和调制宽度的方法提供了一个脉冲高频电场,具有较强的破乳效果,使脱出的污水中含油量成倍的减少,可大大提高脱水效率。
2、可适用于任何高粘度、高含盐、含蜡原油的脱水,并使脱出的污水基本上是清澈的。
3、脱水时间减少1/3上,建立电场时间缩短2/3,可节约电能70%以上。
附图一是本实用新型的电路结构框图。
附图二是本实用新型电路结构图的整流调压电路图。
附图三是本实用新型电路结构图的控制电路图。
附图四是本实用新型电路结构图的功放电路图。
附图五是本实用新型电路结构图的驱动电路图。
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
图一为本实用新型的电路结构框图,其中1为整流调压电路,2为控制电路,3为驱动电路,4为功放电路,5为电脱水装置的脱水罐,6为含水量检测仪,7为流量计。其中:
整流调压电路1的功能是将工频交流电变成稳定可靠的可调直流电源提供给功放电路,并具有自保护作用。1、2和7、8端口分别接工频220V电源,4端接直流9V电源,端口3与控制电路的10端相连,接收反馈电压信号,端口6与功放电路4的端口6相连接,端口5输出后分为两路,一路接入功放电路4的端口5,另一路接入控制电路的端口9。
控制电路2的主要功能为产生可调的高频信号f1、同步调制脉冲和重复频率f2以及提供短路保护。其端口1接入脱水罐5中的含水量检测仪6,端口2接脱水罐5乳化液入口处的流量计7,端口3与驱动电路3过流信号输出端5相连接,端口4、5、6、7分别与驱动电路3的1、2、3、4端相连接,以传输脉冲高频信号f1,端口8与驱动电路3的18端口连接,以传输重复频率f2
驱动电路3的主要功能是提供驱动信号、再启动和过流保护信号等功能。其端口7、10、13、16分别接入功放电路4的1、2、3、4端,以传输高频脉冲驱动信号;过流信号输出端5接控制电路2的端口3,以送回过流信号;端口18接控制电路2的重复频率输出端8,以接收重复频率f2
功放电路4的功能主要是将高频脉冲信号放大后提供给脱水罐5一个高频脉冲电场。其输出端口8与脱水罐5的外壳相接,端口7和9则接入脱水罐5中的电极板上。
其工作过程将在如下附图二、三、四、五的说明中给出。
图二为本实用新型电路的调压整流电路图,主要由同步脉冲电路①、整形电路②、调相电路③、比例积分调节电路④及桥式整流电路⑤组成。其中:同步脉冲电路①由变压器B1和R1、R2,运算放大放器A4、A5及C1、C2、R3、R4组成;整形电路②由D1、D2和R5组成;分相电路③主要由T1、T2、T3、IC1和R7-R10、C3、C4等组成;比例积分调节电路④主要由运算放大器A1、A2、A3、A0及其周围二级管、电阻和电容等元件组成;可控硅SCR1和二级管D7、SCR2和D8为100A/1200V的整流模块,组成桥式整流电路⑤;端口1、2和7、8分别接工频220V电源,4端接直流9V电源。本电路的调压功能是靠可控硅的导通角来实现的。SCR1、SCR2的触发脉冲由调相电路③提供,调相电路③的工作是由同步脉冲和控制电压维持的。其中:同步脉冲电路①生成100HZ的同步脉冲,经整型电路②整形,由调相电路③中T1和R7反相后,送入IC1的第2脚;控制电压由比例积分调节电路④提供,它将电压反馈端3接收的反馈电压信号与给定值逐级比较运算并放大后,送入IC1的第5脚,达到调整导通角的目的。最后通过端口6和5输出直流主电压。
图三为本实用新型电路的控制电路图,主要由分压器①、模数转换电路I②、振荡器③、译码电路I④、译码电路II⑤、过流保护电路⑥、分相电路⑦、模数转换电路II⑧和手动开关K组成。其中:分压器①由一组电阻R构成,端口9、10分别与整流调压电路中的端口5和3连接;模数转换电路I②主要由A6、IC6和R39-R41组成;振荡器③由IC2、VR4和R33、C0、C4、等组成;译码电路I④主要由IC3、IC8和译码器M1-M7组成;译码电路II⑤主要由IC4、IC5、IC7、译码器M8-M20等组成;过流保护电路⑥由M30、M31、R36构成;分相电路⑦主要由M21-M29和R35、C16等构成;模数转换电路II⑧由IC7、A7、R37、R38等组成。端口1接脱水罐中的含水量检测仪,将采集到的含水量模拟信号通过运算放大器A6调整,送入模数转换器IC6的第5脚,由其输出端13-18脚给出开关信号,分别接入译码电路I④中M1-M6的一个输入端,由M7的13脚输出调制脉冲信号,不同的模拟电压,选中不同宽度的调制脉冲。振荡器③生成振荡信号经译码电路I④中计数器IC3分频后形成高频信号f1,IC3的第4脚输出分两路,一路通过分相电路②产生相位驱动信号,由4、5、6、7端口输出到驱动电路;一路送IC8第1脚,经过译码器产生调制脉冲高频信号,由M713脚输出,送入译码电路II⑤中的重复频率计数器IC4的输入端14脚,其进位端12脚接到下级IC5的14脚进行分频计数,IC4的第1脚接入M8和M11的输入端,9脚接入M9的输入端,IC5的第2脚接入M10和M11的入端,第4、7脚也分别接入M12、M13的输入端。M20的输出端13脚将译码后的信号再分两路送出,第一路送到过流保护电路⑥的控制门电路M30的信号端,第二路送入IC4、IC5复位,利用复位控制产生脉宽为调制宽度的重复频率f2,然后由端口8输出到驱动电路的端口18。模数转换电路II⑧的端口2接脱水罐入口处的流量计,采样流变信号,经运算放大器A7输入到IC7的第5脚进行模数转换后由14-19脚输出,送入M14-M19的输入端,作为重复频率的选择控制,以达到流量改变,重复频率也自动改变,从而调整整机的输出功率。过流保护电路⑥的端口3接驱动电路的过流信号端5,M31和M30组成二级门控电路,用来控制M26-M29的开启与关闭,当接到过流信号时,关闭M30,起保护电路的作用。开关K是当设备或系统出现故障时作手动关机用。
图四为本实用新型电路的功放电路图,主要由逆变桥和升压变压器B3组成,其中逆变桥由IGBT功率模块VT1、VT2、VT3和VT4组成桥的四个臂。端口5、6分别接整流调压电路的直流输出端5、6,其中5端为电压正端,6端为负端接电路地。L为电抗器,C17、C18分别和R42、R43并联成泄放电路,起平衡电压作用。逆变桥用来完成脉冲高频信号f1的功率放大,通过驱动电路的控制,VT1和VT4同时导通,完成高频信号的正半周期;VT2和VT3同时导通,则完成高频信号的负半周期。B3为专用升压变压器,在此只起升压作用,其次级端子通过端口8和7、9分别直接与脱水罐的外壳和电极板相连接。
图五为本实用新型电路的驱动电路图,主要由4个结构相同的驱动电路①、②、③、④和1个启动电路⑤所组成,启动电路⑤主要由IC21、IC22、M44和R69、C27构成,每一个驱动电路都由1个专用驱动集成电路IC23或IC24或IC25或IC26及相同的外围电路构成,如驱动电路①,主要由专用驱动集成电路IC23、触发器IC9、IC11、计数器IC10、快速二极管D13、光电偶合器HG1、门电路M32-M34及周围的三极管、二极管、电阻、电容所组成。
由于各个驱动电路的连接方式和工作过程相同,下面仅以驱动电路①为例给以说明:
驱动电路①中IC23的第3脚为输出端,通过功放电路中VT1的栅极电阻R70接到端口7再连到功放电路的端口1,IC23的6脚通过快速二级管D13到端点6和功放电路中VT1的集电极相连,IC23的1脚和VT1的发射极连接,IC23的14脚为输入端。控制电路通过端口1送来的脉冲信号f1通过传输门M32、M33、三极管T4送到IC23的14脚,IC23便驱动VT1使其导通;
当专用驱动电路①驱动的功放电路逆变桥第一桥臂VT1突然出现负载过流时,快速二管D13就出现反偏,光电偶合器HG1会立即送出一个高电平信号,这个高电平信号送到触发电路IC11的第7脚和计数器IC10的第9脚,使IC11翻转,其输出端第9脚送出低电平信号,这个信号关闭传输门M33,使T4截止,这时专用驱动电路IC23也输出低电平,使VT1关闭。等到下一个脉冲信号从控制电路送来时,触发器IC11又恢复原状,M33又被打开,驱动信号照常通过。同时,在触发翻转时,计数器IC10,也计入一个数。当像这样的过流现象接连出现4次,则判为真过流,IC11的13脚便送出一个高电平,输入触发器IC9的11脚,使IC9翻转,其第10脚输出端变成低电平,使M32关闭,输入的脉冲信号被封锁,VT1暂停运行。同时M34输出的高电平信号送入M45,使M45输出1个低电平信号,通过端口5送入控制电路端口3,这时控制电路就关闭全部4路脉冲高频信号,使功放电路停止工作,以此来进行过流保护。与此同时,第一路指示灯D2亮,并发出生报警信号,指示出第一桥臂过流;
因过流保护引起的设备停机,必须再次启动。控制电路端口8输出的重复频率信号f2通过驱动电路端口18和M44送到计数器IC21和IC22,当计数器计数到第4个重复周期时,IC21送出的高电平信号经C28、R68微分成尖脉冲后,使驱动电路①计数器IC10与其它3个驱动电路②、③、④的计数器IC13、IC16和IC19一起复位;当计数器计到第8个重复周期时,IC22也送出一个高电平,经C27、R69,使各驱动电路的触发器IC9、IC12、IC15和IC18置位,这时传输门M32和M41等又被打开,IC23等专用驱动集成电路又驱动功放电路重新工作。
本实用新型所用集成电路标记                 名  称               型  号IC1                 时基电路              NE555IC1                 时基电路              NE555IC3                 计数器                CD4028IC4                 计数器                CD4017IC5                 计数器                CD4017IC6                 模数转换电路          LF3914IC7                 模数转换电路          LF3914IC8                 计数器                CD4028IC9             触发器             CD4043IC10            触发器             CD4043IC11            触发器             CD4043IC12            触发器             CD4043IC13            计数器             CD4520IC14            计数器             CD4520IC15            计数器             CD4520IC16            计数器             CD4520IC17            触发器             CD4043IC18            触发器             CD4043IC19            触发器             CD4043IC20            触发器             CD4043IC21            计数器             CD4520IC22            计数器             CD4520IC23            专用驱动集成电路   EXB841IC24            专用驱动集成电路   EXB841IC25            专用驱动集成电路   EXB841IC26            专用驱动集成电路   EXB841

Claims (5)

1、原油脱水装置脉冲式高频电源,主要由整流调压电路1、控制电路2、功放电路3、驱动电路4组成,其特征在于:
整流调压电路1的1、2和7、8端口分别接220V交流电源,4端接直流9V电源,端口5和6分别与功放电路4的5和6端口相连,以提供恒定的直流主电压,同时端口5还与控制电路2的端口9相连接;端口3与控制电路2的端口10相接,以接收电压反馈信号,实现调压和保护的目的;
控制电路2的端口4、5、6、7分别接入驱动电路3的1、2、3、4端口,用以传输调制脉冲高频信号f1;端口8与驱动电路3的端口18相连,以传输重复频率信号f2;端口3与驱动电路3的端口5连接,用来接收过流信号,以实现过流保护的目的;端口2接脱水罐入口处的流量计,端口1接脱水罐内的含水量检测仪,以提取模拟信号;
功放电路3的7和9端口接入脱水罐中的电极上,用来传输高压高频脉冲信号f1;端口8与脱水罐外壳相连接;
驱动电路4通过端口7、10、13和16将4路脉冲高频信号分别送入功放电路4的1、2、3、4端。
2、依照权利要求1所述的原油脱水装置脉冲式高频电源,其特征在于所说的整流调压电路1,主要由同步脉冲电路①、整形电路②、调相电路③、比例积分调节电路④及桥式整流电路⑤组成,同步脉冲电路①提供的脉冲信号经整形、调相后送入桥式整流电路⑤整流,然后在二极管D7、D8的正极通过直流主电压输出端口6输出负电位,在可控硅SCR1、SCR2的阴极通过另一直流主电压输出口5输出正电位;比例积分调节电路的电压反馈端口3将接收的反馈电压信号与给定值逐级比较运算并放大后,送入调相电路③中IC1的5脚,通过调整可控硅的导通角来实现电路的调压功能,最后通过端口6和5输出直流主电压。
3、依照权利要求1所述的原油脱水装置脉冲式高频电源,其特征在于所说的控制电路2主要由分压器①、模数转换电路I②、振荡器③、译码电路I④、译码电路II⑤、过流保护电路⑥、分相电路⑦、模数转换电路II⑧和手动开关K组成,分压器①的端口9将整流调压电路5端输出的直流电压信号经分压后,由端口10输出;模数转换电路②将端口1接收到的模拟信号经运算放大,给出开关信号送入译码电路I④中以选择不同宽度的调制脉冲;振荡器③产生的信号经译码电路I④中的计数器IC3分频后形成高频信号f1,由IC3的第4脚分两路输出,一路通过分相电路⑦产生的相位驱动脉冲,由端口4、5、6、7输出;另一路经译码电路I④选择每组脉冲周期数,产生调制脉冲信号,再送入译码器II⑤中经重复分频、译码后产生可调整的重复脉冲信号f2,f2的值随着端口2接收流量计采样信号的改变而自动调整改变;过流保护电路⑥由二级门控电路组成,用来控制分相电路⑦中译码器M26、M27、M28、M29的开放与关闭。
4、依照权利要求1所述的原油脱水装置脉冲式高频电源,其特征在于功放电路4主要由逆变桥和升压变压器B3组成,功率模块VT1、VT2、T3和VT4构成逆变桥的4个臂,VT1、VT4和VT2、VT3的栅板分别受由端口1、4和2、3接收到的驱动电路3端口7、16和10、13输出的脉冲高频信号f1控制轮流导通,使B3得到完整的高频信号波形,经升压后,经变压器B3的次级端子直接和脱水罐的电极极板相连接,从而在原油脱水装置中形成脉冲高频电场。
5、依照权利要求1所述的原油脱水装置脉冲式高频电源,其特征在于驱动电路3主要由4个结构相同的驱动电路①、②、③、④所组成,每一个驱动电路都由一个专用驱动集成电路IC23或IC24或IC25或IC26及相同外围电路构成,它们分别将通过端口1、2、3、4从控制电路2中接收的4个调制脉冲高频信号f1从端口7、10、13、16送入功放电路4中,使其中的逆变桥臂协调地的导通和截止;当功放电路4中任一逆变桥臂突然出现负载过流时,相应的专用驱动集成电路便输出一个信号,使该逆变桥臂关闭;如果连续出现4次过流现象,驱动电路4就通过端口5向控制电路2的端口3送入一个过流信号,使控制电路M26、M27、M28、M29全部关闭,功放电路4的逆变桥停止工作,达到过流保护的目的;当端口18从控制电路端口8连续接到8个重复频率信号f2时,启动电路⑤便发出信号,使专用驱动集成电路又重新驱动功放电路4的逆变桥开始工作。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101829440A (zh) * 2010-06-18 2010-09-15 北京博电兴源节能科技有限公司 高压脉冲油水分离的方法
RU200177U1 (ru) * 2020-02-18 2020-10-08 Закрытое акционерное общество "Нефтех" Стендовый электродегидратор

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