RU179605U1

RU179605U1 - ELECTROPULVERIZING DISPERSANT

Info

Publication number: RU179605U1
Application number: RU2017127694U
Authority: RU
Inventors: Владимир Нисонович Швецов; Анас Анварович Юнусов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "НЕФТЕХ" (ЗАО "НЕФТЕХ")
Priority date: 2017-08-02
Filing date: 2017-08-02
Publication date: 2018-05-18

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для ввода промывочной воды в обессоливаемую нефть и может использоваться в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности. Диспергатор содержит заземленный корпус, штуцеры ввода нефти, промывочной воды и вывода эмульсии, высоковольтный источник питания, взрывозащищенный узел ввода высокого напряжения, внутренний высокопотенциальный электрод и перфорированный диэлектрический экран. Внутренний электрод выполнен из неметаллического электропроводящего композита с заданными физико-химическими и электрофизическими свойствами.The utility model relates to devices for introducing flushing water into desalted oil and can be used in the oil and refining industries. The dispersant contains a grounded case, oil inlet, flushing water and emulsion outlet fittings, a high-voltage power supply, an explosion-proof high-voltage input node, an internal high-potential electrode and a perforated dielectric screen. The inner electrode is made of a non-metallic electrically conductive composite with specified physicochemical and electrophysical properties.

Description

Полезная модель относится к устройствам для ввода промывочной воды в нефть в процессе ее обессоливания и может использоваться в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности.The utility model relates to devices for introducing washing water into oil during its desalination and can be used in the oil and refining industries.

Обессоливание предварительно глубоко обезвоженной нефти достигается последовательным выполнением трех в равной мере важных технологических операций:The desalination of pre-deeply dehydrated oil is achieved by sequentially performing three equally important technological operations:

- ввода в обессоливаемую нефть пресной промывочной воды путем ее диспергирования в последней до состояния, при котором размеры капель промывочной воды близки к размерам капель остаточной минерализованной пластовой воды;- introducing fresh washing water into the desalted oil by dispersing it in the latter to a state in which the sizes of the drops of washing water are close to the sizes of the drops of residual saline formation water;

- смешения промывочной и пластовой вод с целью выравнивания их минерализации;- mixing flushing and produced water in order to equalize their mineralization;

- деэмульсации нефти и глубокого отделения водной фазы, осуществляемого, как правило, в электродегидраторах.- demulsification of oil and deep separation of the aqueous phase, carried out, as a rule, in electric dehydrators.

В настоящее время подача промывочной воды с ее диспергированием осуществляется с помощью устройств гидродинамического действия самых разнообразных конструкций: так называемых смесительных задвижек и клапанов, инжекторов, устройств с форсунками, веерных устройств, диспергаторов с танценциальным вводом воды, регулируемых диспергаторов типов РНСВ, СПВ и т.д.At present, the supply of washing water with its dispersion is carried out using hydrodynamic devices of a wide variety of designs: the so-called mixing valves and valves, injectors, nozzle devices, fan devices, dispersants with a tanzic water input, adjustable dispersants of the types RNSV, SPV, etc. d.

Несмотря на разнообразие конструктивных решений, всем этим устройствам присущ ряд недостатков технологического характера, основными из которых являются необходимость создания высоких перепадов давления как на линии нефти, так и между промывочной водой и нефтью, а также неудовлетворительная управляемость. Помимо неоправданно высоких энергозатрат на прокачку жидкостей первый недостаток чреват еще и опасностью порывов подводящих трубопроводных линий.Despite the variety of design solutions, all these devices have a number of technological flaws, the main of which are the need to create high pressure drops both on the oil line and between flushing water and oil, as well as poor handling. In addition to the unreasonably high energy costs for pumping liquids, the first drawback is also fraught with the danger of gusts of supply piping lines.

Второй недостаток обусловлен тем, что изменение перепада давления с целью получения требуемой дисперности промывочной воды неизбежно влечет за собой неконтролируемое изменение ее удельного расхода.The second disadvantage is due to the fact that a change in the pressure drop in order to obtain the required dispersion of the wash water inevitably entails an uncontrolled change in its specific consumption.

Известно устройство для подачи промывочной воды в обессоливаемую нефть путем ее электрической пульверизации в последней (Пат. СССР №1664358, В01Д 17/06, опубл. 23.07.1991, Бюл. №27). Функционирование этого устройства не требует создания высоких перепадов давления в подводящих трубопроводах нефти и воды, а также достаточно просто управляется путем изменения подаваемого на его электроды высокого напряжения. Однако вместе с тем ему присущи и существенные недостатки. Во-первых, секция электропульверизации размещена в одном корпусе с секцией электрокоалесценции и питается от общего высоковольтного источника питания с последней, что делает невозможным раздельное управление электрическими режимами процессов пульверизации и коалесценции, которые существенно различаются по параметрам. Во-вторых, секция электропульверизации оснащена металлическими электродами, что, учитывая высокую электропроводность и склонность металлов к искро- и дугообразованию, чревато не только локальными пробоями водонефтяной эмульсии, но и короткими замыканиями электродов с аварийными отключениями источника питания.A device is known for supplying washing water to desalted oil by electric spraying in the latter (Pat. USSR No. 1664358, V01D 17/06, publ. 23.07.1991, Bull. No. 27). The functioning of this device does not require the creation of high pressure drops in the supply pipelines of oil and water, and is also quite simply controlled by changing the high voltage supplied to its electrodes. However, at the same time, it also has significant shortcomings. Firstly, the electro-pulverization section is located in one housing with the electro-coalescence section and is powered by a common high-voltage power supply with the latter, which makes it impossible to separately control the electrical modes of the pulverization and coalescence processes, which vary significantly in parameters. Secondly, the electro-pulverization section is equipped with metal electrodes, which, given the high electrical conductivity and the tendency of metals to spark and arc formation, is fraught not only with local breakdowns of the oil-water emulsion, but also with short circuits of the electrodes with emergency power supply shutdowns.

Наиболее близким к заявленному является электропульверизирующий аппарат ЭПА-3000 разработки ЗАО «Нефтех», г. Казань, разрез которого представлен на Фиг. 1. Пульверизация промывочной воды в обессоливаемую нефть осуществляется в кольцевом зазоре между диэлектрическим перфорированным экраном 4 и изолирующей диэлектрической оболочкой 3 внутреннего высокопотенциального электрода 2. Электрическое поле создается между водой, обладающей потенциалом заземленного корпуса 1 и подаваемой в кольцевой зазор под небольшим перепадом давления через отверстия перфорации, и изолированным высокопотенциальным электродом 2.Closest to the claimed is the electro-pulverizing apparatus EPA-3000 developed by ZAO Neftekh, Kazan, a section of which is shown in FIG. 1. The washing water is pulverized into a desalted oil in the annular gap between the dielectric perforated screen 4 and the insulating dielectric sheath 3 of the internal high-potential electrode 2. An electric field is created between the water having the potential of the grounded casing 1 and supplied to the annular gap under a small pressure drop through the perforation holes , and an insulated high potential electrode 2.

Преимуществами аппарата перед гидродинамическими устройствами аналогичного назначения являются отсутствие необходимости создания высоких перепадов давления между жидкостями, простота регулирования дисперсности промывочной воды путем изменения значения подаваемого на электроды высокого напряжения, а также независимость управления дисперсностью промывочной воды и ее удельным расходом.The advantages of the apparatus over hydrodynamic devices of a similar purpose are the absence of the need to create high pressure drops between liquids, the simplicity of controlling the dispersion of washing water by changing the value of the high voltage supplied to the electrodes, and the independence of controlling the dispersion of washing water and its specific flow rate.

Однако наряду с этим аппарату присущи и существенные недостатки, препятствующие реализации в полной мере преимуществ электропульверизационного метода подачи промывочной воды. Основной причиной недостатков является вынужденное применение изоляции внутреннего электрода, предназначенной для предотвращения коротких замыканий металлических электродов при необходимости подавать промывочную воду в концентрациях, превышающих 2-3% относительно нефти.However, along with this apparatus there are also significant disadvantages that impede the full realization of the advantages of the electro-spray method of rinsing water supply. The main reason for the shortcomings is the forced use of insulation of the internal electrode, designed to prevent short circuits of metal electrodes, if necessary, to supply flushing water in concentrations exceeding 2-3% relative to oil.

Наличие слоя изоляции на внутреннем электроде в результате перераспределения напряжений между нефтью и диэлектриком многократно снижает напряженность электрического поля в рабочем зазоре аппарата до значений, недостаточных для эффективной пульверизации воды. Несложные расчеты показывают, что в случае относительно высокоэлектропроводных нефтей кратность снижения действующей напряженности поля достигает 100 и более раз. Это вынуждает существенно уменьшить толщину рабочего зазора, что, в свою очередь, приводит к резкому росту гидравлического сопротивления аппарата по нефти и снижению его производительности.The presence of an insulation layer on the inner electrode as a result of the redistribution of voltages between oil and a dielectric many times reduces the electric field strength in the working gap of the apparatus to values insufficient for effective atomization of water. Simple calculations show that in the case of relatively high-conductivity oils, the reduction ratio of the effective field strength reaches 100 or more times. This forces to significantly reduce the thickness of the working gap, which, in turn, leads to a sharp increase in the hydraulic resistance of the apparatus for oil and a decrease in its productivity.

Кроме того, перераспределение напряжений, в результате которого подавляющая доля выходного напряжения высоковольтного источника питания оказывается приложенной к слою изоляции, может вызвать ее электрический пробой и разрушение, что неоднократно и наблюдалось в процессе эксплуатации этого аппарата.In addition, the redistribution of stresses, as a result of which the vast majority of the output voltage of the high-voltage power source is applied to the insulation layer, can cause its electrical breakdown and destruction, which was repeatedly observed during the operation of this apparatus.

Еще одним серьезным недостатком, выявленным в процессе эксплуатации аппарата, является низкая надежность узла ввода высокого напряжения. Хотя его исполнение и было заявлено разработчиком как взрывозащищенное, тем не менее открытые пробои воздушного высоковольтного кабеля в месте его соединения с проходным изолятором происходили с угрожающей регулярностью.Another serious drawback identified during the operation of the apparatus is the low reliability of the high voltage input unit. Although its execution was declared by the developer as explosion-proof, nonetheless, open breakdowns of the high-voltage air cable at its junction with the bushing were occurring with alarming regularity.

Целью предлагаемой полезной модели является повышение эффективности, надежности, производительности аппарата и в конечном итоге глубины обессоливания нефти.The purpose of the proposed utility model is to increase the efficiency, reliability, productivity of the apparatus and, ultimately, the depth of oil desalination.

Поставленная цель достигается тем, что в электропульверизационном диспергаторе, включающем заземленный корпус, штуцеры ввода обессоливаемой нефти, промывочной воды и вывода эмульсии, высоковольтный источник питания, взрывозащищенный узел ввода высокого напряжения, внутренний высокопотенциальный электрод и перфорированный диэлектрический экран, внутренний электрод выполнен неизолированным из неметаллического электропроводящего композитного материала с заданными физико-химическими и электрофизическими свойствами. Заданные физико-химические свойства композита обеспечиваются выбором материала его диэлектрической матрицы, а электрофизические - природой, структурой, характером распределения и концентрацией проводящего дисперсного наполнителя.This goal is achieved by the fact that in the electrosurgical dispersant, including a grounded case, fittings for the input of desalted oil, washing water and output of the emulsion, a high-voltage power supply, an explosion-proof high-voltage input unit, an internal high-potential electrode and a perforated dielectric screen, the inner electrode is made of non-insulated non-metallic conductive composite material with specified physicochemical and electrophysical properties. The specified physicochemical properties of the composite are ensured by the choice of the material of its dielectric matrix, and electrophysical ones by the nature, structure, nature of the distribution, and concentration of the conductive dispersed filler.

Схематический разрез заявляемого электропульверизационного диспергатора представлен на Фиг. 2. Диспергатор включает заземленный корпус 1 со штуцерами ввода нефти 2, промывочной воды 3 и вывода эмульсии 4, высоковольтный источник питания 5, маслонаполненный взрывозащищенный узел ввода высокого напряжения 6 с проходным изолятором 7, внутренний высокопотенциальный композитный электрод 8 и цилиндрический перфорированный экран из диэлектрического материала 9.A schematic section of the inventive electro-spray dispersant is shown in FIG. 2. The dispersant includes a grounded case 1 with oil inlet 2 fittings, washing water 3 and emulsion outlet 4, a high-voltage power supply 5, an oil-filled explosion-proof high-voltage input node 6 with a bushing 7, an internal high-potential composite electrode 8 and a cylindrical perforated screen made of dielectric material 9.

Заявленный электропульверизационный диспергатор действует следующим образом. Обессоливаемая нефть после ступени глубокого обезвоживания через входной штуцер 2 подается в диспергатор и поступает в кольцевой зазор между внутренним высокопотенциальным композитным электродом 8 и перфорированным диэлектрическим экраном 9. Промывочная вода подается через штуцер 3 под незначительным перепадом давления (0,02-0,04 МПа), достаточным для обеспечения ее удельного расхода, характерного для процесса обессоливания нефти и, как правило, не превышающего 5-7% относительно расхода нефти. Под действием электрического поля высокой напряженности, создаваемого между внутренним высокопотенциальным электродом 8 и промывочной водой, обладающей потенциалом заземленного корпуса 1, последняя пульверизирует из многочисленных отверстий малого диаметра диэлектрического экрана 9 в обессоливаемую нефть. Дисперсность капель промывочной воды легко регулируется в необходимом диапазоне изменением выходного напряжения высоковольтного источника питания 5, а заданный удельный расход промывочной воды поддерживается автоматически с помощью регулирующего клапана на линии ее подачи.The claimed electro-spray dispersant acts as follows. The desalted oil after the stage of deep dehydration through the inlet nozzle 2 is fed into the dispersant and enters the annular gap between the internal high-potential composite electrode 8 and the perforated dielectric screen 9. The washing water is supplied through the nozzle 3 under a slight pressure drop (0.02-0.04 MPa) sufficient to ensure its specific consumption characteristic for the process of oil desalination and, as a rule, not exceeding 5-7% relative to oil consumption. Under the action of a high-intensity electric field created between the internal high-potential electrode 8 and the flushing water, which has the potential of a grounded housing 1, the latter atomizes from numerous small-diameter holes of the dielectric screen 9 into desalted oil. The dispersion of the wash water droplets is easily controlled in the required range by changing the output voltage of the high-voltage power supply 5, and the specified specific wash water flow rate is maintained automatically by means of a control valve on its supply line.

Заявляемое техническое решение, несмотря на кажущуюся на первый взгляд простоту, устраняет все технические и технологические недостатки прототипа. Отказ от необходимости изоляции внутреннего высокопотенциального электрода, который стал возможен в результате использования электропроводящего композитного материала вместо традиционного металла, предоставляет заявленному аппарату ряд существенных преимуществ.The claimed technical solution, despite the seeming at first glance simplicity, eliminates all the technical and technological disadvantages of the prototype. The rejection of the need to isolate the internal high potential electrode, which became possible as a result of using an electrically conductive composite material instead of traditional metal, provides the claimed device with a number of significant advantages.

В этом случае все выходное напряжение высоковольтного источника питания оказывается приложенным к нефти в рабочем зазоре без паразитного падения подавляющей его доли на толще изолятора, что существенно повышает эффективность процесса электропульверизации промывочной воды, улучшает управляемость процессом и расширяет диапазон достигаемых дисперсностей капель промывочной воды.In this case, the entire output voltage of the high-voltage power supply turns out to be applied to the oil in the working gap without a parasitic drop of its overwhelming proportion on the thickness of the insulator, which significantly increases the efficiency of the process of electro-pulverization of the wash water, improves process control and extends the range of dispersible droplets of the wash water.

Это, в свою очередь, позволяет кратно увеличить толщину (сечение) рабочего зазора между внутренним высокопотенциальным электродом и перфорированным диэлектрическим экраном, а за счет этого существенно уменьшить гидравлическое сопротивление аппарата и повысить его производительность.This, in turn, allows a multiple increase in the thickness (cross-section) of the working gap between the internal high-potential electrode and the perforated dielectric screen, and thereby significantly reduce the hydraulic resistance of the apparatus and increase its productivity.

Нами экспериментально доказано, что несмотря на отсутствие изоляции, специфический комплекс заданных физико-химических и электрофизических свойств электропроводящего композита полностью предотвращает не только короткие замыкания электродов, но даже и локальные кратковременные пробои нефтяной эмульсии в электрическом поле высокой напряженности.We experimentally proved that despite the lack of insulation, a specific set of specified physicochemical and electrophysical properties of the electrically conductive composite completely prevents not only short circuits of the electrodes, but even local short-term breakdowns of the oil emulsion in a high-voltage electric field.

Комплекс физико-химических свойств композита включает гидрофобность его поверхности, высокую стойкость к воздействию агрессивных сред, превосходные антиадгезионные свойства и широкий диапазон рабочих температур. В частности, гидрофобность композитного материала высокопотенциального электрода препятствует образованию на его поверхности пленки воды и коалесценции и укрупнению на ней образовавшихся в результате электропульверизации капель промывочной воды. Из электрофизических свойств важнейшими являются, во-первых, отсутствие, в отличие от металлов, склонности к искро- и дугообразованию, во-вторых, резистивность: удельное электрическое сопротивление электропроводящего композита на 10÷12 порядков превышает аналогичную характеристику металлов, например, стали. При этом отношение удельных электропроводностей композита и обессоливаемой нефти при рабочей температуре составляет от 2-х до 4-х порядков для высокоэлектропроводных и низкоэлектропроводных нефтей соответственно.The complex of physicochemical properties of the composite includes hydrophobicity of its surface, high resistance to aggressive environments, excellent release properties and a wide range of operating temperatures. In particular, the hydrophobicity of the composite material of a high-potential electrode prevents the formation of a film of water and coalescence on its surface and the coarsening of droplets of washing water formed as a result of electro-pulverization on it. Of the electrophysical properties, the most important are, firstly, the absence, in contrast to metals, of a tendency to spark and arc formation, and secondly, resistance: the electrical resistivity of an electrically conductive composite is 10-12 orders of magnitude higher than that of metals, for example, steel. Moreover, the ratio of the electrical conductivities of the composite and the desalted oil at the operating temperature is from 2 to 4 orders of magnitude for high-conductive and low-conductive oils, respectively.

Результаты дисперсионного анализа эмульсий промывочной воды в обессоливаемой нефти, полученные в процессе стендовых испытаний электропульверизационного диспергатора при различных напряженностях электрического поля в аппарате, представлены в таблице:The results of the analysis of dispersion of washing water emulsions in desalted oil, obtained during bench tests of an electro-spray dispersant at various electric field intensities in the apparatus, are presented in the table:

На Фиг. 3 и 4 в качестве примера представлены дифференциальные гистограммы распределения капель промывочной воды по размерам для двух значений напряженности электрического поля в электропульверизационном диспергаторе.In FIG. 3 and 4, as an example, differential histograms of the size distribution of washing water droplets for two values of the electric field strength in an electropulverizing dispersant are presented.

Результаты испытаний подтверждают, что с ростом напряженности электрического поля дисперсность получаемой эмульсии промывочной воды возрастает (пик распределения смещается влево), а степень ее полидисперсности снижается (эмульсия приближается к монодисперсной). Учитывая тот факт, что остаточная минерализованная пластовая вода в обессоливаемой нефти представлена высокодисперсной и достаточно близкой к монодисперсной фракцией капель, обе эти тенденции несомненно являются факторами, способствующими интенсификации процесса последующего смешения пластовой и промывочной вод и, в конечном итоге, достижению максимально глубокого обессоливания нефти.The test results confirm that with increasing electric field the dispersion of the resulting wash water emulsion increases (the distribution peak shifts to the left), and its degree of polydispersity decreases (the emulsion approaches monodisperse). Considering the fact that the residual mineralized formation water in the desalted oil is represented by a highly dispersed and fairly close to the monodisperse fraction of drops, both of these trends are undoubtedly factors contributing to the intensification of the process of subsequent mixing of formation and flushing water and, ultimately, to achieve the most deep desalination of oil.

Claims

1. An electropulverizing dispersant containing a grounded case, fittings for introducing desalted oil, washing water and emulsion outlet, a high-voltage power supply, an explosion-proof high-voltage input unit, an internal high-potential electrode and a perforated dielectric shield, characterized in that the internal electrode is made of non-insulated non-metallic hydrophobic conductive composite material with a given conductivity.

2. The electropulverization dispersant according to claim 1, characterized in that the ratio of the electrical conductivities of the composite and desalted oil at an operating temperature of 2 to 4 orders of magnitude for high-conductivity and low-conductivity oils, respectively.