NO20130611A1

NO20130611A1 - Kraftforsyningssystem for en koalescer

Info

Publication number: NO20130611A1
Application number: NO20130611A
Authority: NO
Inventors: Bjørnar Skaar Johansen
Original assignee: Fjords Proc As
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2014-11-03
Also published as: NO336293B1

Abstract

Foreliggende oppfinnelse angår et kraftforsyningssystem (PS) for en AC-type koalescer (EC). Kraftforsyningssystemet (PS) omfatter en første transformator (T1), en styrbar transformator (CT), en resonansstyrekrets (RCC) og et styresystem. Den første transformatoren (T1) har en primærvikling med første og andre primære terminaler (T1P1, T1P2) og en sekundærvikling med første og andre sekundære terminaler (T1S1, T1S2), hvor de første og andre sekundære terminaler (T1S1, T1S2) er tilveiebrakt for kobling til elektrodene på koalesceren (EC). Den styrbare transformatoren (CT) har en primærside for kobling med en AC kraftkilde (U), og en sekundærside er koblet til første og andre nodene (A, B), hvor den andre noden (B) er koblet til en andre primær terminal (T1P2) hos den første transformatoren (T1). Resonansstyrekretsen (RCC) er koblet mellom den første noden (A) og den andre noden (B). Styresystemet styrer den styrbare transformatoren (CT). Kraftforsyningssystemet (PS) omfatter videre en kondensator (C) som er koblet mellom den første noden (A) og en første primær terminal (T1P1) hos den første transformatoren (T1).

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et kraftforsynings system for en koalescer.

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

En koalescer er en anordning som utfører koalesens. Den anvendes først og fremst til å separere emulsjoner til sine komponenter via ulike prosesser. En type koalescer er den elektrostatiske koalescer som bruker elektriske felt for å indusere dråpekoalesens i vann-i-råolje oljeemulsjoner for å øke dråpestørrelsen. Etter koalesens det vil da være lettere å separere vanndråper fra oljen.

En kjent kraftforsyning PS for en koalescer er vist i fig. 1, sammen med en elektrisk ekvivalent av koalesceren betegnet som EC. Koalesceren EC omfatter en elektrisk ekvivalent for fluidet betegnet som EF, som omfatter en motstand Remul i parallell med en kondensator Cemul. Foreliggende koalescer omfatter belagte elektroder som er representert ved kondensatoren Ccoating. Dermed kan hele koalesceren representeres som kondensatoren Ccoating koblet i serie med parallellkoplingen av motstanden Remul og kondensatoren Cemul. Det bør bemerkes at den foreliggende koalescer EF er en AC type koalescer.

De belagte elektroder omfatter elektroder laget av et elektrisk ledende materiale med et overflatebelegg. Belegget er vanligvis laget av polytetrafluoretylen (også kjent som Teflon). Formålet med belegget er å forhindre kortslutningsstrømmer som ellers kan forekomme mellom rene metalliske elektroder hvis for eksempel sjøvann innføres i koalesceren.

Kraftforsyningssystemet PS omfatter en første transformator Tl, som er en step-up transformator, som vanligvis forsynes med primærspenning på typisk 250 til 500 V, og leverer en likespenning på typisk 5-10 kV til elektrodene på koalesceren. På grunn av fluidvariasjoner i koalesceren kan spenningen mellom disse elektrodene variere. Videre, ettersom koalesceren er en kapasitiv last, er det også et behov for å forsyne koalesceren med reaktiv effekt.

Dermed, for å styre spenningen som leveres til primærsiden av den første transformatoren Tl, omfatter kraftforsyningen PS videre en andre transformator T2, en magnetisk styrbar induktor MCI og en resonansstyrekrets RCC for resonansstyring.

Den andre transformatoren T2 er koblet mellom en strømkilde, for eksempel strømnettet, en generator etc, som vanligvis leverer 230V - 690 V AC og den magnetisk styrbare induktoren MCI. Den typiske utgangs spenningen til den andre transformatoren T2 er 500 - 900V.

Den magnetisk styrbare induktoren MCI er beskrevet i US 2005190585, og er en anordning hvor induktans kan styres. Dermed tilveiebringer den magnetiske styrbare induktansen en mulighet til å styre den reaktive effekt som leveres til den første transformatoren Tl og også til å styre utgangsspenningsnivået, selv om lasten (koalesceren) varierer.

Som omtalt ovenfor er kapasitansen til lasten varierende og induktansen til den magnetiske styrbare induktoren MCI er også varierende. Det er derfor nødvendig å tilveiebringe kraftforsyningen PS med resonansstyrekretsen RCC for å sikre at potensielt skadelig resonans mellom induktansen og kapasitansen til hele kretsen i fig. 1.

Kraftforsyningen PS omfatter også et styringssystem for styring av den magnetiske styrbare induktoren MCI.

En slik kraftforsyning PS selges og markedsføres i dag av Magtech AS. Den totale vekten til denne kraftforsyningen er ca 500-800 kg (nominell spenning på 5 kV). Vekten er for det meste forårsaket av de mengder kobber og jern som brukes i de magnetiske anordninger (transformator Tl og T2, og den magnetiske styrbare induktor MCI).

Det har vært en etterspørsel etter kraftforsyninger som er i stand til å levere strøm til større koalesceranordninger, det vil si koalesceranordninger med større areal på elektrodene, høyere nominell strøm (opp til ca 10 kV A) og / eller høyere nominelle spenningsnivåer (opp til 10 kV AC). Dette vil føre til at den reaktive effekten som forbrukes av koalesceren øker, noe som vil gi en betydelig økning i størrelsen på den magnetisk styrbare induktoren MCI. For enkelte prosjekter har det også vært et krav at den totale vekt av kraftforsyningssystemet holdes under 1000 kg. Også for andre prosjekter det er ønskelig å redusere den totale vekt på grunn av materialkostnadene og driftskostnadene. Dermed er det også for andre formål ønskelig å tilveiebringe en kraftforsyning med redusert vekt.

Dermed er en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en kraftforsyning som er i stand til å levere strøm- og spenningsstyring til en koalescer med økt størrelse og høyere spenningsverdi, uten å øke den totale vekten til kraftforsyningen betraktelig.

Videre er en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en kraftforsyning med redusert risiko for kortslutningsstrøm mellom elektrodene på koalesceren. Det er også et formål å være i stand til å redusere kortslutningsstrømmen dersom slike korte strømmer fremdeles forekommer.

SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse er definert i vedlagte krav 1. Utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav.

DETALJERT BESKRIVELSE

Utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet i detalj med henvisning til de vedlagte tegninger, hvor: Fig. 1 illustrerer et tidligere kjent kraftforsyningssystem for en koalescer; Fig. 2 illustrerer en første utførelsesform av kraftforsyningssystemet for en koalescer. Fig. 3 viser en andre utførelsesform av kraftforsyningssystemet for en koalescer. Fig. 4 illustrerer en tredje utførelsesform av kraftforsyningssystemet for en koalescer.

Fig. 5 viser en fjerde utførelse av kraftforsyningssystemet for en koalescer.

Fig. 6 viser en femte utførelse av kraftforsyningssystemet for en koalescer.

Første utførelse

Det henvises nå til fig. 2. Her er det vist et kraftforsyningssystem PS for en AC type koalescer. Kraftforsyningssystemet er angitt med en stiplet boks PS i fig. 2. Den elektriske ekvivalenten til koalesceren vises med en stiplet boks EC i fig. 2. Som beskrevet i innledningen, kan de belagte elektroder hos koalesceren EC være representert ved en kondensator Ccoating. Elektrodene er vanligvis polytetrafluoretylen-belagte elektroder. Den elektriske ekvivalent til fluidet mellom elektrodene er indikert med stiplet boks EF, som omfatter en motstand Remul i parallell med en kondensator Cemul.

Igjen kan hele koalesceren representeres som kondensatoren Ccoating koblet i serie med parallellkoplingen av motstanden Remul og kondensatoren Cemul.

Kraftforsyningssystemet PS omfatter en første transformator Tl som har en primærvikling med første og andre primære terminaler TIPI, TlP2 og en sekundærvikling med første og andre sekundære terminaler Tl Sl, T1S2. De første og andre sekundære terminalene Tl Sl, Tl S2 er beregnet for tilkobling til elektrodene på koalesceren EC.

Kraftforsyningssystemet PS omfatter en styrbar transformator CT som har en primærside (venstre side i fig. 2) for kobling til en AC kraftkilde U, og en sekundær side (høyre side i fig. 2) koblet med første og andre noder A, B. Den andre noden B er koblet til en andre primær terminal T1P2 hos den første transformatoren Tl.

Kraftforsyningssystemet PS omfatter videre en resonansstyrekrets RCC for å sikre at potensielt skadelig resonans mellom induktansen av den magnetiske styrbare induktoren MCI og kapasitansen til kraftforsyningssystemet PS og koalesceren EC. Resonansstyrekretsen RCC kan være en passiv krets, for eksempel omfattende en motstand i parallell med en induktor som vist i fig.2. Alternativt kan resonansstyrekretsen RCC omfatte aktive komponenter som aktivt kobles til og fra basert på driftstilstanden til kraftforsyningssystemet.

Resonansstyrekretsen RCC er koblet mellom den første noden A og den andre noden B.

Kraftforsyningssystemet omfatter videre et styresystem for styring av den styrbare transformatoren CT. Dette vil bli beskrevet i detalj nedenfor.

Kraftforsyningssystemet PS omfatter videre en kondensator C koblet mellom den første noden A og en første primær terminal TIPI hos den første transformatoren Tl.

Andre utførelsesform

Det henvises nå til fig. 3. De fleste av komponentene i fig. 3 er felles med komponentene i fig. 2, og beskrivelsen av disse deler vil ikke bli gjentatt her.

Spesifikt for den andre utførelsesformen er at den styrbare transformatoren CT omfatter en andre transformator T2 og en magnetisk styrbar induktor MCI. Den andre transformatoren T2 har en primærvikling med første og andre primære terminaler T2P1, T2P2 og en sekundærvikling med første og andre sekundære terminaler T2S1, T2S2.

De første og andre primære terminalene T2P1, T2P2 hos den andre transformatoren T2 er beregnet for tilkobling til AC kraftkilden U. Den andre sekundære terminalen T2S2 er koblet til den andre noden B. Den magnetisk styrbar induktoren MCI er koblet mellom den første sekundære terminalen T2S1 hos den andre transformatoren T2 og den første noden A.

Den magnetisk styrbare induktoren MCI anses å være kjent teknikk, og omfatter en hovedvikling og en styringsviklingen, hvor induktansen til hovedviklingen blir styrt ved å regulere strømmen i styringsviklingen. Styringsvikling er koblet til det ovenfor nevnte styresystemet.

Tredje utførelsesform

Det henvises nå til fig. 4. De fleste av komponentene i fig. 4 er felles med komponentene i fig. 2, og beskrivelsen av disse deler vil ikke bli gjentatt her. Også her omfatter den styrbare transformatoren CT en andre transformator T2 og en magnetisk styrbar induktor MCI, og den andre transformatoren T2 har en primærvikling med første og andre primære terminaler T2P1, T2P2 og en sekundærvikling med første og andre sekundære terminaler T2S1, T2S2.

Her er den første terminalen hos den magnetiske styrbare induktoren MCI koblet til den første primære terminalen T2P1 hos den andre transformatoren T2 og en andre terminal hos den magnetiske styrbare induktoren MCI er tilveiebrakt for kobling til en første terminal Ul hos AC kraftkilden U. Den andre primære terminalen T2P2 hos den andre transformatoren T2 er tilveiebrakt for tilkobling til en andre terminal U2 hos AC kraftkilden U. Den andre sekundære terminalen T2S2 hos den andre transformatoren T2 er koblet til den andre noden B. Den første sekundære terminalen T2S1 hos den andre transformatoren T2 er koblet til den første noden A.

I de ovennevnte første, andre og tredje utførelsesformer er kondensatoren C en AC type kondensator og en filmbasert type kondensator. Den bør være termisk stabil, den bør ha høy strømrating og den bør være selvreparerende (dvs. kondensatoren bør ikke bli permanent skadet av overspenninger).

Nedenfor er det vist en tabell over data for den andre utførelsesformen ovenfor sammenlignet med den tidligere kjente utførelsesformen.

Som det fremgår fra tabell 1, er det mulig å bruke en mindre første transformator Tl i den andre utførelsesformen ovenfor. Det er også mulig å bruke en mindre andre transformator T2 og en mindre induktor i resonansstyrekretsen RCC.

Fjerde utførelsesform

Det henvises nå til fig. 5. Det har også blitt funnet at ved å tilveiebringe kraftforsyningssystemet med kondensatoren C, er det mulig å bruke elektroder uten polytetrafluoretylen-belegg. Grunnen til dette er at kondensatoren C vil begrense korts lutningsstrømmen i tilfelle en kortslutnings strøm oppstår i fluidet i koalesceren. Simuleringer viser at kortslutnings strømmen er begrenset til ca 0,55 A i et kraftforsyningssystem med en slik kondensator C.

Dermed er kraftforsyningssystemet et kraftforsyningssystem for en AC type koalescer (EC) hvor koalesceren er en koalescer med beleggfrie elektroder.

Femte utførelse

Det henvises nå til fig. 6. De fleste av komponentene i fig. 6 er felles med

komponentene i fig. 2, og beskrivelsen av disse deler vil ikke bli gjentatt her.

Her omfatter hver styrbare transformator CT av en variac. Alternativt kan den styrbare transformatoren omfatte andre typer av styrbare transformatorer, for eksempel en frekvensomformer i kombinasjon med transformator.

Claims

1. Kraftforsyningssystem (PS) for en AC type koalescer (EF), hvor kraftforsyningssystemet (PS) omfatter: - en første transformator (Tl) som har en primærvikling med første og andre primære terminaler (TIPI, T1P2) og en sekundærvikling med første og andre sekundære terminaler (T1S1, T1S2), hvor de første og andre sekundære terminaler (T1S1, T1S2) er tilveiebrakt for tilkobling til elektrodene på koalesceren (EC); - en styrbar transformator (CT) som har en primærside for kobling til en AC kraftkilde (U), og en sekundærside er koblet til første og andre noder (A, B), hvor den andre noden (B) er koblet til en andre primær terminal (T1P2) hos den første transformatoren (Tl); - en resonansstyrekrets (RCC) koblet mellom den første noden (A) og den andre noden (B); - et styresystem for styring av den styrbare transformatoren (CT); karakterisert vedat kraftforsyningssystemet (PS) videre omfatter en kondensator (C) som er koblet mellom den første noden (A) og en første primær terminal (TIPI) hos den første transformatoren (Tl).

2. Kraftforsyningssystem (PS) i henhold til krav 1, hvor den styrbare transformatoren (CT) omfatter: - en andre transformator (T2) som har en primærvikling med første og andre primære terminaler (T2P1, T2P2) og en sekundærvikling med første og andre sekundære terminaler (T2S1, T2S2); og - en magnetisk styrbar induktor (MCI).

3. Kraftforsyningssystem (PS) i henhold til krav 2, hvor: - de første og andre primære terminaler (T2P1, T2P2) hos den andre transformatoren (T2) er tilveiebrakt for tilkobling til AC kraftkilden (U); - den andre sekundære terminalen (T2S2) er koblet til den andre noden (B); - den magnetisk styrbare induktoren (MCI) er koblet mellom en første sekundær terminal (T2S1) hos den andre transformatoren (T2) og den første noden (A).

4. Kraftforsyningssystem (PS) i henhold til krav 2, hvor: - en første terminal hos den magnetiske styrbare induktoren (MCI) er koblet til den første primære terminalen (T2P1) hos den andre transformatoren (T2) og en andre terminal hos den magnetiske styrbare induktoren (MCI) er tilveiebrakt for kobling til en første terminal (Ul) hos AC kraftkilden (U); - den andre primære terminalen (T2P2) hos den andre transformatoren (T2) er tilveiebrakt for tilkobling til en andre terminal (U2) hos AC kraftkilden (U); - den andre sekundære terminalen (T2S2) hos den andre transformatoren (T2) er koblet til den andre noden (B); - den første sekundære terminalen (T2S1) hos den andre transformatoren (T2) er koblet til den første noden (A);

5. Kraftforsyningssystem (PS) i henhold til krav 1, hvor den styrbare transformatoren (CT) omfatter en variac.

6. Kraftforsyningssystem (PS) i henhold til krav 1, hvor den AC type koalesceren (EC) er en koalescer med polytetrafluoretylen-belagte elektroder.

7. Kraftforsyningssystem (PS) i henhold til krav 1, hvor den AC type koalesceren (EC) er en koalescer med belegg-frie elektroder.