NO336293B1

NO336293B1 - Power supply system for a coalescer

Info

Publication number: NO336293B1
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: 2015-07-20
Also published as: NO20130611A1

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE FIELD OF THE INVENTION

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et kraftforsynings system for en koalescer. The present invention relates to a power supply system for a coalescer.

OPPFINNELSENS BAKGRUNN BACKGROUND OF THE INVENTION

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 olj eemulsjoner for å øke dråpestørrelsen. Etter koalesens det vil da være lettere å separere vanndråper fra oljen. A coalescer is a device that performs coalescence. It is primarily used to separate emulsions into their components via various processes. One type of coalescer is the electrostatic coalescer, which uses electric fields to induce droplet coalescence in water-in-crude oil-in-oil emulsions to increase droplet size. After coalescence it will then be easier to separate water droplets from the oil.

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. A known power supply PS for a coalescer is shown in fig. 1, along with an electrical equivalent of the coalescer designated as EC. The coalescer EC comprises an electrical equivalent for the fluid denoted as EF, which comprises a resistor Remul in parallel with a capacitor Cemul. Present coalescers include coated electrodes which are represented by the capacitor Ccoating. Thus the entire coalescer can be represented as the capacitor Ccoating connected in series with the parallel connection of the resistor Remul and the capacitor Cemul. It should be noted that the present coalescer EF is an AC type coalescer.

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. The coated electrodes comprise electrodes made of an electrically conductive material with a surface coating. The coating is usually made of polytetrafluoroethylene (also known as Teflon). The purpose of the coating is to prevent short-circuit currents that can otherwise occur between pure metallic electrodes if, for example, seawater is introduced into the coalescer.

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. The power supply system PS comprises a first transformer Tl, which is a step-up transformer, which is usually supplied with a primary voltage of typically 250 to 500 V, and delivers a direct voltage of typically 5-10 kV to the electrodes on the coalescer. Due to fluid variations in the coalescer, the voltage between these electrodes may vary. Furthermore, as the coalescer is a capacitive load, there is also a need to supply the coalescer with reactive power.

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. Thus, in order to control the voltage supplied to the primary side of the first transformer Tl, the power supply PS further comprises a second transformer T2, a magnetically controllable inductor MCI and a resonant control circuit RCC for resonant control.

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 utgangsspenningen til den andre transformatoren T2 er 500 - 900V. The second transformer T2 is connected between a power source, for example the mains, a generator etc, which usually supplies 230V - 690 V AC and the magnetically controllable inductor MCI. The typical output voltage of the second transformer T2 is 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. The magnetically controllable inductor MCI is described in US 2005190585, and is a device where inductance can be controlled. Thus, the magnetic controllable inductance provides an opportunity to control the reactive power supplied to the first transformer Tl and also to control the output voltage level, even if the load (coalescer) varies.

WO05/076293 beskriver et system for kontroll av spenningen i forbindelse med et system omfattende en elektrostatisk koalescer. WO05/076293 describes a system for controlling the voltage in connection with a system comprising an electrostatic coalescer.

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. As discussed above, the capacitance of the load is variable and the inductance of the magnetically controllable inductor MCI is also variable. It is therefore necessary to provide the power supply PS with the resonant control circuit RCC to ensure that potentially harmful resonance between the inductance and capacitance of the entire circuit in fig. 1.

Kraftforsyningen PS omfatter også et styringssystem for styring av den magnetiske styrbare induktoren MCI. The power supply PS also includes a control system for controlling the magnetic controllable inductor 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). Such a power supply PS is sold and marketed today by Magtech AS. The total weight of this power supply is approx. 500-800 kg (nominal voltage of 5 kV). The weight is mostly caused by the amounts of copper and iron used in the magnetic devices (transformer Tl and T2, and the magnetic controllable inductor 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. There has been a demand for power supplies capable of supplying power to larger coalescer devices, i.e. coalescer devices with larger electrode area, higher rated current (up to about 10 kV A) and/or higher rated voltage levels (up to 10 kV AC). This will cause the reactive power consumed by the coalescer to increase, which will give a significant increase in the size of the magnetically controllable inductor MCI. For some projects, it has also been a requirement that the total weight of the power supply system be kept below 1,000 kg. Also for other projects it is desirable to reduce the total weight due to material costs and operating costs. Thus, it is also desirable for other purposes to provide a power supply with reduced weight.

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. Thus, an aim of the invention is to provide a power supply which is able to supply current and voltage control to a coalescer with increased size and higher voltage value, without increasing the total weight of the power supply considerably.

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. Furthermore, a purpose of the invention is to provide a power supply with a reduced risk of short-circuit current between the electrodes on the coalescer. It is also a purpose to be able to reduce the short circuit current if such short currents still occur.

SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN SUMMARY OF THE INVENTION

Den foreliggende oppfinnelse er definert i vedlagte krav 1. Utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. The present invention is defined in the attached claim 1. Embodiments of the invention are specified in the independent claims.

DETALJERT BESKRIVELSE DETAILED DESCRIPTION

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. Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings, where: Fig. 1 illustrates a previously known power supply system for a coalescer; Fig. 2 illustrates a first embodiment of the power supply system for a coalescer. Fig. 3 shows a second embodiment of the power supply system for a coalescer. Fig. 4 illustrates a third embodiment of the power supply system for a coalescer.

Fig. 5 viser en fjerde utførelse av kraftforsyningssystemet for en koalescer. Fig. 5 shows a fourth embodiment of the power supply system for a coalescer.

Fig. 6 viser en femte utførelse av kraftforsyningssystemet for en koalescer. Fig. 6 shows a fifth embodiment of the power supply system for a coalescer.

Første utførelse First execution

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. Reference is now made to fig. 2. A power supply system PS for an AC type coalescer is shown here. The power supply system is indicated by a dashed box PS in fig. 2. The electrical equivalent of the coalescer is shown by a dashed box EC in fig. 2. As described in the introduction, the coated electrodes of the coalescer EC can be represented by a capacitor Ccoating. The electrodes are usually polytetrafluoroethylene-coated electrodes. The electrical equivalent of the fluid between the electrodes is indicated by the dashed box EF, which comprises a resistor Remul in parallel with a capacitor Cemul.

Igjen kan hele koalesceren representeres som kondensatoren Ccoating koblet i serie med parallellkoplingen av motstanden Remul og kondensatoren Cemul. Again, the entire coalescer can be represented as the capacitor Ccoating connected in series with the parallel connection of the resistor Remul and the capacitor 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, T1S2 er beregnet for tilkobling til elektrodene på koalesceren EC. The power supply system PS comprises a first transformer Tl which has a primary winding with first and second primary terminals TIPI, TlP2 and a secondary winding with first and second secondary terminals Tl Sl, T1S2. The first and second secondary terminals Tl Sl, T1S2 are intended for connection to the electrodes on the coalescer 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. The power supply system PS comprises a controllable transformer CT which has a primary side (left side in fig. 2) for connection to an AC power source U, and a secondary side (right side in fig. 2) connected with first and second nodes A, B. The the second node B is connected to a second primary terminal T1P2 of the first transformer T1.

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. The power supply system PS further comprises a resonant control circuit RCC to ensure that potentially harmful resonance between the inductance of the magnetic controllable inductor MCI and the capacitance of the power supply system PS and the coalescer EC. The resonance control circuit RCC can be a passive circuit, for example comprising a resistor in parallel with an inductor as shown in fig.2. Alternatively, the resonant control circuit RCC may comprise active components that are actively switched on and off based on the operating state of the power supply system.

Resonansstyrekretsen RCC er koblet mellom den første noden A og den andre noden B. The resonant control circuit RCC is connected between the first node A and the second node B.

Kraftforsyningssystemet omfatter videre et styresystem for styring av den styrbare transformatoren CT. Dette vil bli beskrevet i detalj nedenfor. The power supply system further comprises a control system for controlling the controllable transformer CT. This will be described in detail below.

Kraftforsyningssystemet PS omfatter videre en kondensator C koblet mellom den første noden A og en første primær terminal TIPI hos den første transformatoren Tl. The power supply system PS further comprises a capacitor C connected between the first node A and a first primary terminal TIPI of the first transformer Tl.

Andre utførelsesform Other embodiment

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. Reference is now made to fig. 3. Most of the components in fig. 3 is shared with the components in fig. 2, and the description of these parts will not be repeated here.

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. Specific to the second embodiment is that the controllable transformer CT comprises a second transformer T2 and a magnetically controllable inductor MCI. The second transformer T2 has a primary winding with first and second primary terminals T2P1, T2P2 and a secondary winding with first and second secondary terminals 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. The first and second primary terminals T2P1, T2P2 of the second transformer T2 are intended for connection to the AC power source U. The second secondary terminal T2S2 is connected to the second node B. The magnetically controllable inductor MCI is connected between the first secondary terminal T2S1 of the second transformer T2 and the first node 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. The magnetically controllable inductor MCI is considered to be known technology, and comprises a main winding and a control winding, where the inductance of the main winding is controlled by regulating the current in the control winding. Control winding is connected to the above-mentioned control system.

Tredje utførelsesform Third embodiment

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. Reference is now made to fig. 4. Most of the components in fig. 4 is common with the components in fig. 2, and the description of these parts will not be repeated here. Here too, the controllable transformer CT comprises a second transformer T2 and a magnetically controllable inductor MCI, and the second transformer T2 has a primary winding with first and second primary terminals T2P1, T2P2 and a secondary winding with first and second secondary terminals 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. Here, the first terminal of the magnetic controllable inductor MCI is connected to the first primary terminal T2P1 of the second transformer T2 and a second terminal of the magnetic controllable inductor MCI is provided for connection to a first terminal Ul of the AC power source U. The second primary the terminal T2P2 of the second transformer T2 is provided for connection to a second terminal U2 of the AC power source U. The second secondary terminal T2S2 of the second transformer T2 is connected to the second node B. The first secondary terminal T2S1 of the second transformer T2 is connected to the first node 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). In the above first, second and third embodiments, the capacitor C is an AC type capacitor and a film based type capacitor. It should be thermally stable, it should have a high current rating and it should be self-healing (ie the capacitor should not be permanently damaged by surges).

Nedenfor er det vist en tabell over data for den andre utførelsesformen ovenfor sammenlignet med den tidligere kjente utførelsesformen. Below is shown a table of data for the second embodiment above compared to the prior art embodiment.

Tabell 1: Tekniske data for andre utførelsesform sammenlignet med kjent teknikk. Table 1: Technical data for other embodiments compared to prior art.

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. As can be seen from Table 1, it is possible to use a smaller first transformer Tl in the second embodiment above. It is also possible to use a smaller second transformer T2 and a smaller inductor in the resonant control circuit RCC.

Fjerde utførelsesform Fourth embodiment

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 kortslutningsstrømmen i tilfelle en kortslutningsstrøm oppstår i fluidet i koalesceren. Simuleringer viser at kortslutningsstrømmen er begrenset til ca 0,55 A i et kraftforsyningssystem med en slik kondensator C. Reference is now made to fig. 5. It has also been found that by providing the power supply system with the capacitor C, it is possible to use electrodes without polytetrafluoroethylene coating. The reason for this is that the capacitor C will limit the short-circuit current in the event that a short-circuit current occurs in the fluid in the coalescer. Simulations show that the short-circuit current is limited to about 0.55 A in a power supply system with such a capacitor C.

Dermed er kraftforsyningssystemet et kraftforsyningssystem for en AC type koalescer (EC) hvor koalesceren er en koalescer med beleggfrie elektroder. Thus, the power supply system is a power supply system for an AC type coalescer (EC) where the coalescer is a coalescer with coating-free electrodes.

Femte utførelse Fifth execution

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. Reference is now made to fig. 6. Most of the components in fig. 6 is shared with the components in fig. 2, and the description of these parts will not be repeated here.

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. Here, each controllable transformer CT comprises a variac. Alternatively, the controllable transformer can comprise other types of controllable transformers, for example a frequency converter in combination with a transformer.

Claims

1. Power supply system (PS) for an AC type coalescer (EF), where the power supply system (PS) comprises: - a first transformer (Tl) which has a primary winding with first and second primary terminals (TIPI, T1P2) and a secondary winding with first and second secondary terminals (T1S1, T1S2), the first and second secondary terminals (T1S1, T1S2) being provided for connection to the electrodes of the coalescer (EC); - a controllable transformer (CT) having a primary side for connection to an AC power source (U), and a secondary side connected to first and second nodes (A, B), where the second node (B) is connected to the second primary the terminal (T1P2) of the first transformer (Tl); - a resonant control circuit (RCC) connected between the first node (A) and the second node (B); - a control system for controlling the controllable transformer (CT); characterized in that the power supply system (PS) further comprises a capacitor (C) which is connected between the first node (A) and the first primary terminal (TIPI) of the first transformer (Tl).

2. Power supply system (PS) according to claim 1, where the controllable transformer (CT) comprises: - a second transformer (T2) having a primary winding with first and second primary terminals (T2P1, T2P2) and a secondary winding with first and second secondary terminals (T2S1, T2S2); and - a magnetically controllable inductor (MCI).

3. Power supply system (PS) according to claim 2, where: - the first and second primary terminals (T2P1, T2P2) of the second transformer (T2) are provided for connection to the AC power source (U); - the second secondary terminal (T2S2) is connected to the second node (B); - the magnetically controllable inductor (MCI) is connected between a first secondary terminal (T2S1) of the second transformer (T2) and the first node (A).

4. Power supply system (PS) according to claim 2, where: - a first terminal of the magnetic controllable inductor (MCI) is connected to the first primary terminal (T2P1) of the second transformer (T2) and a second terminal of the magnetic the controllable inductor (MCI) is provided for connection to a first terminal (Ul) of the AC power source (U); - the second primary terminal (T2P2) of the second transformer (T2) is provided for connection to a second terminal (U2) of the AC power source (U); - the second secondary terminal (T2S2) of the second transformer (T2) is connected to the second node (B); - the first secondary terminal (T2S1) of the second transformer (T2) is connected to the first node (A).

5. Power supply system (PS) according to claim 1, where the controllable transformer (CT) comprises a variac.

6. Power supply system (PS) according to claim 1, wherein the AC type coalescer (EC) is a coalescer with polytetrafluoroethylene-coated electrodes.

7. Power supply system (PS) according to claim 1, wherein the AC type coalescer (EC) is a coalescer with coating-free electrodes.