RU2780854C1 - Electric coalescing pipe apparatus - Google Patents
Electric coalescing pipe apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2780854C1 RU2780854C1 RU2021118345A RU2021118345A RU2780854C1 RU 2780854 C1 RU2780854 C1 RU 2780854C1 RU 2021118345 A RU2021118345 A RU 2021118345A RU 2021118345 A RU2021118345 A RU 2021118345A RU 2780854 C1 RU2780854 C1 RU 2780854C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- chamber
- emulsion
- electric
- electric field
- Prior art date
Links
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims abstract description 36
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 19
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 7
- 239000007762 w/o emulsion Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005500 petroleum industry Methods 0.000 abstract 3
- 229940008163 Petroleum preparation Drugs 0.000 abstract 1
- 230000001112 coagulant Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 16
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 8
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 7
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 6
- 239000002569 water oil cream Substances 0.000 description 6
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 102200035591 MAP6D1 C10G Human genes 0.000 description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004945 emulsification Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000008398 formation water Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000000051 modifying Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000002459 sustained Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, может использоваться для процессов подготовки нефти на предприятиях нефтяной отрасли.The invention relates to the oil industry, can be used for oil preparation processes in the oil industry.
В процессе добычи нефти на дневную поверхность обычно выходит скважинный флюид, представляющий смесь нефти, воды, газа и твердых взвешенных частиц. Благодаря относительно большой разницы в удельных весах отделение газовой и твердой фаз от жидкой фазы не вызывает серьезных технологических и конструкционных затруднений. Особую сложность в технологии подготовки нефти представляют процессы разделения водонефтяной эмульсии на две жидкие фазы (нефть/вода), и доведения остаточного содержания массовой доли пластовой воды в нефти до категорийных норм стандарта качества. К промысловым аппаратам подготовки нефти, кроме сепараторов, отстойников и теплообменников, относятся электродегидраторы, предназначенные для разрушения эмульсий. Сущность промысловой электрообработки эмульсии заключается в том, что в обводненной нефти, помещенной в электрическое поле переменного тока, происходит непрерывное движение капель воды, в результате разрушаются оболочки этих капель, происходит их укрупнение и отделение от нефти. Традиционные электродегидраторы представляют собой сосуды-отстойники большой емкости, с размещенными в них пластинами потенциальных высоковольтных электродов. В современных условиях существует потребность в осуществлении разделения водонефтяной эмульсии в устройствах более компактных, по сравнению с традиционными, и в более быстром режиме в потоке текучей среды.In the process of oil production, the well fluid, which is a mixture of oil, water, gas and suspended solids, usually comes to the day surface. Due to the relatively large difference in specific gravity, the separation of the gas and solid phases from the liquid phase does not cause serious technological and structural difficulties. Of particular difficulty in oil treatment technology are the processes of separating an oil-water emulsion into two liquid phases (oil / water), and bringing the residual content of the mass fraction of formation water in oil to the categorical standards of the quality standard. In addition to separators, settling tanks and heat exchangers, field oil treatment equipment includes electric dehydrators designed to break emulsions. The essence of field electrical emulsion processing is that in flooded oil placed in an alternating current electric field, there is a continuous movement of water droplets, as a result, the shells of these droplets are destroyed, they enlarge and separate from the oil. Traditional electric dehydrators are large-capacity settling vessels with plates of potential high-voltage electrodes placed in them. In modern conditions, there is a need to carry out the separation of water-oil emulsions in devices that are more compact than traditional ones, and in a faster mode in a fluid stream.
Известен наклонный трубный электродегидратор (SU573169 А1, МПК B01D 17/06, C10G 33/02, опубл.25.09.1977), содержащий корпус с подводящей трубой из диэлектрика, в которой размещен цилиндрический электрод. В корпусе концентрично установлен трубчатый высокопотенциальный электрод, на наружной поверхности которого в шахматном порядке размещены штыри с высотой, увеличивающейся к патрубку выхода нефти. Водонефтяная эмульсия, поступающая в подводящую трубу, проходит в однородном электрическом поле переменного тока, которое возникает между концентрично расположенными электродами. По мере продвижения потока к патрубку выхода нефти, расположенного в верхней части наклонного корпуса, под действием неоднородного электрического поля переменного тока, напряженность которого повышается, происходит разделение эмульсии.Known inclined tube electric dehydrator (SU573169 A1, IPC B01D 17/06, C10G 33/02, publ. A tubular high-potential electrode is concentrically installed in the body, on the outer surface of which pins are placed in a checkerboard pattern with a height increasing towards the oil outlet pipe. The water-oil emulsion entering the inlet pipe passes in a uniform alternating current electric field that occurs between concentrically located electrodes. As the flow moves to the oil outlet pipe located in the upper part of the inclined body, under the action of an inhomogeneous alternating current electric field, the intensity of which increases, the emulsion separates.
Известен электрокоалесцирующий аппарат для обработки эмульсии типа вода в масле (SU1233902 A1, МПК B01D 17/06, C10G 33/02, опубл.30.05.1986) содержащий заземленный корпус с входным и выходным штуцерами и расположенный по его оси электрод, выполненный с продольными ребрами, что способствует более высокой неоднородности электрического поля. С целью повышения эффективности процесса коалесценции капель воды на начальном участке обработки эмульсии в зоне повышенной напряженности электрического поля установлен коаксиально корпусу патрубок, расширяющийся по ходу движения эмульсии. Предложенное конструктивное решение позволяет создать поток жидкости с более равномерным полем скоростей по поперечному сечению патрубка. Недостатками этого устройства являются не контролируемый процесс коалесценции капель воды в линейном электрическом поле центрального электрода и образование цепочек коагулированных капель, что приводит к локальным пробоям и короткому замыканию.Known electrocoalescing apparatus for processing water-in-oil emulsion (SU1233902 A1, IPC B01D 17/06, C10G 33/02, publ. , which contributes to a higher inhomogeneity of the electric field. In order to increase the efficiency of the process of coalescence of water droplets in the initial section of the emulsion processing in the zone of increased electric field intensity, a branch pipe is installed coaxially to the body, expanding along the emulsion. The proposed design solution makes it possible to create a fluid flow with a more uniform velocity field along the cross section of the branch pipe. The disadvantages of this device are the uncontrolled coalescence of water droplets in the linear electric field of the central electrode and the formation of chains of coagulated drops, which leads to local breakdowns and short circuits.
Известен аппарат для разрушения нефтяной эмульсии (SU1105213 A1, МПК B01D 17/06, опубл. 30.07.1984) включающий вертикальный цилиндрический корпус с патрубками ввода и вывода эмульсии, являющийся внешним заземленным электродом, и центральный коаксиальный электрод, выполненный в виде чередующихся секций из металла и гидрофобного диэлектрика. Центральный электрод снабжен конденсаторами, соединяющими каждую последующую металлическую секцию с каждой предыдущей секцией, крайняя нижняя металлическая секция центрального электрода выполнена в виде перфорированного диска изолированного от корпуса. В нижней части корпуса в районе патрубка вывода эмульсии установлен горизонтально перфорированный дисковый электрод. В цепи каждой последующей (сверху вниз) секции центрального электрода на один конденсатор больше, чем в цепи предыдущей. Разделение центрального электрода на ряд секций приводит к образованию отдельных достаточно малых областей концентрации постепенно уменьшающейся напряженности электрического поля, в каждой из которых процессы коалесценции происходят независимо друг от друга, размеры капель воды в эмульсии. К недостаткам этого аппарата следует отнести, влияющей на надежность, сложность конструкции секционного центрального коаксиального электрода с подключением каждой секции к конденсатору определенной емкости, а также линейно направленное поле, влияющее на эффективность дегидрации.A known apparatus for the destruction of an oil emulsion (SU1105213 A1, IPC B01D 17/06, publ. 07/30/1984) includes a vertical cylindrical body with nozzles for inlet and outlet of the emulsion, which is an external grounded electrode, and a central coaxial electrode made in the form of alternating sections of metal and hydrophobic dielectric. The central electrode is equipped with capacitors connecting each subsequent metal section with each previous section, the lowermost metal section of the central electrode is made in the form of a perforated disk isolated from the body. A horizontally perforated disc electrode is installed in the lower part of the housing in the area of the emulsion outlet pipe. In the circuit of each subsequent (from top to bottom) section of the central electrode, there is one more capacitor than in the previous circuit. The division of the central electrode into a number of sections leads to the formation of separate rather small areas of concentration of gradually decreasing electric field strength, in each of which coalescence processes occur independently of each other, the size of water droplets in the emulsion. The disadvantages of this apparatus include, affecting the reliability, the complexity of the design of the sectional central coaxial electrode with the connection of each section to a capacitor of a certain capacity, as well as a linearly directed field that affects the efficiency of dehydration.
Известен электродегидратор (SU1586741 A1, МПК B01D 17/06, опубл.23.08.1990), включающий диэлектрический корпус с распределительной головкой для подачи эмульсии и патрубками для вывода нефти и воды, электроды расположенные по окружности корпуса, частотно-регулируемый источник трехфазного напряжения, вход которого соединен с выходом измерителя электропроводности. Выход частотно-регулируемого источника трехфазного напряжения подключен через высоковольтный трансформатор к электродам, причем подключение выполнено таким образом, что прикладываемое переменное напряжение, сдвинутое по фазе на 120°, образуется вращающееся электрическое поле, повышающее эффективность процесса деэмульсации. Снабжение электродегидратора частотно-регулируемым источником трехфазного напряжения, вход которого соединен с измерителем электропроводности эмульсии, а выход - с высоковольтным трансформатором позволяет регулировать напряженность электрического поля и предупредить, возникновение короткого замыкания между электродами за счет изменения скорости вращения вектора напряженности. Недостатком данного электродегидратора является выполнение корпуса из диэлектрических материалов и ненадежность системы управления высоковольтным источником напряжения в зависимости от задатчика электропроводности эмульсии, в котором сравнивающий элемент должен выдавать сигнал на частотно-регулируемый источник трехфазного напряжения для изменения частоты напряжения и скорости вращения вектора напряженности.Known electric dehydrator (SU1586741 A1, IPC B01D 17/06, publ. 08/23/1990), including a dielectric housing with a distribution head for supplying an emulsion and nozzles for removing oil and water, electrodes located around the circumference of the housing, a frequency-controlled source of three-phase voltage, input which is connected to the output of the conductivity meter. The output of the frequency-controlled three-phase voltage source is connected through a high-voltage transformer to the electrodes, and the connection is made in such a way that the applied alternating voltage, phase shifted by 120°, generates a rotating electric field, which increases the efficiency of the demulsification process. The supply of the electric dehydrator with a frequency-controlled three-phase voltage source, the input of which is connected to the emulsion conductivity meter, and the output to a high-voltage transformer, allows you to adjust the electric field strength and prevent the occurrence of a short circuit between the electrodes due to a change in the rotation speed of the intensity vector. The disadvantage of this electric dehydrator is that the housing is made of dielectric materials and the unreliability of the control system of the high-voltage voltage source, depending on the emulsion conductivity generator, in which the comparator element must output a signal to a frequency-controlled three-phase voltage source to change the voltage frequency and the rotation speed of the intensity vector.
Известно устройство для внутритрубной деэмульсации нефти (SU1530202 A1, МПК B01D 17/06 опубл.23.12.1989), включает участок трубопровода, пьезокерамические элементы, сетчатые электроды, установленные между пьезокерамическими элементами и электрически связанные с их металлизированными электродами, цилиндрическую диэлектрическую прокладку и вибратор, акустически связанный с пьезокерамическими элементами. Водонефтяная эмульсия, попадая в межэлектродное пространство, образованное сетчатыми электродами, подвергается многократному воздействию переменного электрического поля, создаваемого пьезокерамическими элементами под воздействием на них механических колебаний. Механические колебания возникают вследствие работы механического вибратора, акустически связанного с пьезокерамическими элементами. При работе вибратора возникает также акустическое поле, совместное воздействие электрического и акустического полей интенсифицирует коалесценцию капель воды. Под действием механических напряжений на металлизированных поверхностях (электродах), пьезокерамических элементах возникают противоположные электрические заряды, создающие напряжение 5- 20 кВ на сетчатых электродах, вызывающee интенсивную коалесценцию капель водонефтяной эмульсии. Предлагаемое устройство позволяет отказаться от повышающего трансформатора, подводящих проводов и проходных изоляторов, что уменьшает материалоемкость устройства и потери электроэнергии. Однако, широкому применению данного устройства препятствуют следующие недостатки: A device for in-line demulsification of oil (SU1530202 A1, IPC B01D 17/06 publ. 12/23/1989) includes a pipeline section, piezoceramic elements, mesh electrodes installed between the piezoceramic elements and electrically connected to their metallized electrodes, a cylindrical dielectric gasket and a vibrator, acoustically coupled with piezoceramic elements. The water-oil emulsion, getting into the interelectrode space formed by the grid electrodes, is subjected to repeated action of an alternating electric field created by piezoceramic elements under the influence of mechanical vibrations on them. Mechanical vibrations arise due to the operation of a mechanical vibrator, acoustically coupled with piezoceramic elements. During the operation of the vibrator, an acoustic field also arises, the combined effect of the electric and acoustic fields intensifies the coalescence of water droplets. Under the action of mechanical stresses on metallized surfaces (electrodes), piezoceramic elements, opposite electric charges arise, creating a voltage of 5-20 kV on the grid electrodes, causing intense coalescence of water-oil emulsion droplets. The proposed device allows you to abandon the step-up transformer, lead wires and bushings, which reduces the material consumption of the device and the loss of electricity. However, the widespread use of this device is hampered by the following disadvantages:
- сложная система компоновки пьезокерамических элементов на соприкасающихся с сетчатыми электродами и другими металлизированными электродами, чтобы при механических воздействиях возникали одноименные заряды;- a complex system of arrangement of piezoceramic elements on those in contact with grid electrodes and other metallized electrodes, so that similar charges arise under mechanical influences;
- низкая надежность цилиндрической прокладки, выполненной из диэлектрического пластинчатого материала и находящейся под постоянным воздействием упругих волновых колебаний; - low reliability of a cylindrical gasket made of a dielectric plate material and under the constant influence of elastic wave vibrations;
- не управляемое акустическое воздействие вызывает эффект кавитации, что приводит к обратному явлению коалесценции - uncontrolled acoustic impact causes the effect of cavitation, which leads to the opposite phenomenon of coalescence
- диспергированию капель воды; - dispersion of water droplets;
- в устройстве применены дорогостоящие пьезокерамические элементы; - expensive piezoceramic elements are used in the device;
- собранная из разнородных элементов конструкция требует постоянного технического обслуживание, т.к. устойчивый режим работы волнового генератора осуществляется только при «жесткости» всех соединений.- a structure assembled from dissimilar elements requires constant maintenance, because the stable mode of operation of the wave generator is carried out only with the "rigidity" of all connections.
Известен аппарат для разрушения нефтяных эмульсий (SU1105214 A, МПК B01D 17/06 опубл.30.07.1984), включающий цилиндрический корпус с патрубками ввода и вывода эмульсии и вертикальные коаксиальные электроды, внешний из которых выполнен в виде колец с прокладками из диэлектрика, соединенных с конденсаторами, при этом конденсатор верхнего кольца заземлен, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса и повышения экономичности и надежности аппарата, кольца внешнего электрода выполнены с высотой, увеличивающейся к патрубку вывода эмульсии, при этом аппарат снабжен дополнительными конденсаторами, соединяющими свободные выводы конденсаторов соседних колец. Неразрушенная эмульсия поступает через патрубок вверху аппарата, где обрабатывается в электрическом поле между центральным и внешним электродами и выводится через нижний патрубок. Для создания переменной напряженности поля к наружному кольцевому электроду подключены конденсаторы, по мере движения сверху вниз эмульсия последовательно попадает в области электрического поля с постепенно убывающей напряженностью. Этому устройству присущи следующие основные недостатки: - для осуществления питания большого количества потенциальных электродов внутри аппарата необходимо обеспечить герметичность их подключения через стенку с наружными высоковольтными устройствами, что усложняет конструкцию и снижает ее надежность; - электрическое поле в аппарате пространственно-ориентировано вдоль одной линиив вертикальном направлении, движение коагулированных капель воды в прямолинейном потоке ограничивает интенсивность электрокоалесценции.A known apparatus for breaking oil emulsions (SU1105214 A, IPC B01D 17/06 publ. capacitors, while the capacitor of the upper ring is grounded, characterized in that, in order to intensify the process and increase the efficiency and reliability of the apparatus, the rings of the external electrode are made with a height increasing towards the emulsion output pipe, while the apparatus is equipped with additional capacitors connecting the free terminals of the capacitors of neighboring rings. The unbroken emulsion enters through a branch pipe at the top of the apparatus, where it is processed in an electric field between the central and outer electrodes, and is discharged through the lower branch pipe. To create a variable field strength, capacitors are connected to the outer annular electrode; as it moves from top to bottom, the emulsion sequentially enters the electric field with a gradually decreasing strength. This device has the following main disadvantages: - to supply a large number of potential electrodes inside the device, it is necessary to ensure the tightness of their connection through the wall with external high-voltage devices, which complicates the design and reduces its reliability; - the electric field in the apparatus is spatially oriented along one line in the vertical direction, the movement of coagulated water droplets in a rectilinear flow limits the intensity of electrocoalescence.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является электростатический коагулятор с резонансной схемой слежения (патент RU2567251 С2, МПК B03C 3/68 опубл.10.11.2015). Электростатический коагулятор включает в себя внешнюю стенку, определяющую путь потока текучей среды. Множество электродных пластин расположено в пределах пути потока. Контроллер включает в себя индуктор и генератор сигналов. Индуктор параллельно соединен с множеством электродных пластин. Индуктор и множество электродных пластин определяют резонансную схему. Генератор сигналов соединен с множеством электродных пластин и выполнен с возможностью приложения сигнала переменного тока к множеству электродных пластин на частоте, соответствующей резонансной частоте резонансной схемы при наличии технологической текучей среды. Изобретение, в целом, имеет отношение к разделению текучих сред в технологическом потоке и, более конкретно, к электростатическому коагулятору с резонансной схемой слежения. Электростатическое поле, сгенерированное посредством электродных пластин, поляризует капли жидкости в технологическом потоке. К основным недостаткам изобретения следует отнести:The closest in technical essence to the claimed invention is an electrostatic coagulator with a resonant tracking circuit (patent RU2567251 C2, IPC
- низкую надежность конструкции из-за набора множества параллельных электродных пластин покрытых изолирующим материалом в разделительной камере; - low reliability of the design due to a set of many parallel electrode plates covered with an insulating material in the separation chamber;
- резонанс не обеспечивает стабилизации напряжения на электродах, что приводит к рискам усиления диспергирования воды и выхода за предельные значения электрической прочности элементов системы; - resonance does not provide stabilization of the voltage on the electrodes, which leads to the risks of increasing the dispersion of water and going beyond the limiting values of the electrical strength of the system elements;
- отсутствие физического обоснования равенства частоты резонанса с оптимальной частотой электрокоалесценции, так как на резонанс в значительной степени влияют и геометрия электродов, и диэлектрические свойства эмульсии;- lack of physical justification for the equality of the resonance frequency with the optimal frequency of electrocoalescence, since the resonance is largely affected by both the geometry of the electrodes and the dielectric properties of the emulsion;
- сложная система управления резонансной схемой генератора сигналов в обеспечении контроля по предотвращению образования сплошных цепочек (ручейков) коагулируемой воды между множеством пластин, что приводит к локальным пробоям.- a complex control system for the resonant circuit of the signal generator in providing control to prevent the formation of continuous chains (streams) of coagulated water between multiple plates, which leads to local breakdowns.
Целью предлагаемого изобретения, как технического решения, является создание устройства обеспечивающего процесс эффективного обезвоживания нефти в линейно скомпонованном малогабаритном трубном электрокоалесцирующем аппарате.The purpose of the invention, as a technical solution, is to create a device that ensures the process of efficient dehydration of oil in a linearly arranged small-sized tubular electrocoalescer.
Поставленная задача достигается заявляемым трубным электрокоалесцирующим аппаратом, содержащим камеру с патрубками входа эмульсии и патрубком выхода разделенных фаз эмульсии и электроды, при этом один электрод является центральным, остальные - расположены симметрично относительно друг друга. Дополнительно с торцов камера снабжена фторопластовыми проходными изоляторами, к которым крепятся электроды, а с внешней стороны камеры к фторопластовым изоляторам посредством соединительных кабелей, подключаются высоковольтные источники питания. This task is achieved by the claimed tubular electrocoalescing apparatus, containing a chamber with emulsion inlet pipes and an outlet pipe for separated emulsion phases and electrodes, with one electrode being central, the rest being symmetrical relative to each other. Additionally, from the ends the chamber is equipped with fluoroplastic bushing insulators, to which the electrodes are attached, and from the outer side of the chamber, high-voltage power sources are connected to the fluoroplastic insulators by means of connecting cables.
Симметричные электроды внутри камеры располагаются верееобразно относительно центрального электрода. Symmetrical electrodes inside the chamber are fan-shaped relative to the central electrode.
Предлагаемое устройство представляет линейно скомпонованный трубный электрокоалесцирующий аппарат, в камере которого, на поток текучей среды создается воздействие убывающей напряженности вращающегося электрического поля. В трубном электрокоалесцирующем аппарате, реализована модель многоэлектродной системы: центральный электрод, обеспечивающий создание однонаправленного электрического поля, и три электрода с радиальным веерообразным расположением вдоль оси камеры для образования пространственно-неравномерного поля с убывающей напряженностью по направлению движения потока эмульсии. Для осуществления питания электродов применены два высоковольтных источника: однофазный трансформатор для запитки центрального электрода, трехфазный трансформатор для создания вращающего электрического поля. Изобретение позволяет осуществить процесс эффективного разделения водонефтяной эмульсии в трубном электрокоагулирующем аппарате. В заявляемом электрокоалесцирующемтрубном аппарате, реализована модель многоэлектродной системы с вариантом размещения электродов по пяти-потенциальной схеме:The proposed device is a linearly arranged tubular electro-coalescing apparatus, in the chamber of which, on the flow of a fluid medium, the effect of a decreasing intensity of a rotating electric field is created. A model of a multi-electrode system is implemented in a tubular electro-coalescing apparatus: a central electrode that provides the creation of a unidirectional electric field, and three electrodes with a radial fan-shaped arrangement along the chamber axis to form a spatially uneven field with a decreasing strength in the direction of the emulsion flow. To power the electrodes, two high-voltage sources were used: a single-phase transformer for powering the central electrode, and a three-phase transformer for creating a rotating electric field. EFFECT: invention makes it possible to carry out the process of efficient separation of an oil-water emulsion in a tubular electrocoagulating apparatus. In the claimed electrocoalescing tube apparatus, a model of a multi-electrode system is implemented with the option of placing electrodes according to a five-potential scheme:
- для создания однонаправленного электрического поля применен центральный электрод, размещенный вдоль продольной оси внутри камеры, обеспечивающего необходимую напряженность для интенсификации процесса коалесценции;- to create a unidirectional electric field, a central electrode is used, placed along the longitudinal axis inside the chamber, providing the necessary tension to intensify the coalescence process;
- для создания вращающегося электрического поля применены три электрода расположенные вдоль оси камеры в виде расходящегося веера, крепящиеся под углом к центральному электроду и соответственно к корпусу, образно представляя конус.- to create a rotating electric field, three electrodes are used, located along the axis of the chamber in the form of a diverging fan, attached at an angle to the central electrode and, accordingly, to the body, figuratively representing a cone.
Сущность изобретения поясняется Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3.The essence of the invention is illustrated in Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3.
На Фиг.1 схематически показан разрез камеры трубного электрокоалесцирующего аппарата, где:1 - камера; 2 - патрубок входа эмульсии; 3 - патрубок выхода разделенных фаз эмульсии;4 - центральный электрод (F); 5 - симметричные электроды (ABC); 6 - фторопластовые проходные изоляторы. Figure 1 schematically shows a section of the camera tubular electrocoalescing apparatus, where: 1 - camera; 2 - emulsion inlet pipe; 3 - branch pipe for the outlet of the separated phases of the emulsion; 4 - central electrode (F); 5 - symmetrical electrodes (ABC); 6 - fluoroplastic bushings.
На Фиг. 2 показана электрическая схема устройства, где 1 - камера; 4 - центральный электрод (F); 5 - симметричные электроды (ABC); 7 - однофазный трансформатор (ТР1); 8 - трехфазный трансформатор (ТР2).On FIG. 2 shows the electrical circuit of the device, where 1 is a camera; 4 - central electrode (F); 5 - symmetrical electrodes (ABC); 7 - single-phase transformer (TP1); 8 - three-phase transformer (TP2).
На Фиг. 3 схематически показано веерообразное размещение симметричных электродов.On FIG. 3 schematically shows a fan-shaped arrangement of symmetrical electrodes.
Трубный электрокоалесцирующий аппарат содержит камеру 1 в виде отрезка трубы, имеющей заглушки с обоих торцов. В заглушках камеры вмонтированы фторопластовые изоляторы 6, обеспечивающие крепление к ним электродов 4(F) и 5 (ABC) внутри камеры, с внешней стороны камеры 1 к фторопластовым изоляторам 6, посредством соединительных кабелей, подключены высоковольтные источники питания: однофазный трансформатор 7 (ТР1) подключен к центральному электроду 4 (F), каждая обмотка трехфазного трансформатора 8 (ТР2) подключена к одному из трех симметричных электродов 5 (ABC). Трансформаторы снабжены отводами в первичных и вторичных обмотках для обеспечения возможности дискретного изменения их выходного напряжения, обеспечивая подстройку режимов электрических полей под физико-химические свойства эмульсий с целью получения максимального эффекта разделения. The tubular electrocoalescing apparatus contains a
Электроды 4 (F) и 5 (ABC) размещены вдоль продольной оси внутри камеры, причем три симметричных электрода 5 (ABC) расположены в виде расходящегося веера, крепящиеся под углом к центральному электроду и соответственно к корпусу, образно представляя «конус», в центре вдоль оси этого «конуса» расположен центральный электрод 4 (F). Для подключения устройства к промысловой трубопроводной системе и обеспечения циркуляции жидкости через камеру на ее обечайке, с противоположных сторон в районе торцов, смонтированы патрубки: патрубок 2 для входа эмульсии, патрубок 3 для выхода разделенных фаз эмульсии.Electrodes 4 (F) and 5 (ABC) are placed along the longitudinal axis inside the chamber, and three symmetrical electrodes 5 (ABC) are arranged in the form of a diverging fan, attached at an angle to the central electrode and, accordingly, to the body, figuratively representing a "cone" in the center along the axis of this "cone" is the central electrode 4 (F). To connect the device to the field pipeline system and ensure fluid circulation through the chamber on its shell, on opposite sides in the area of the ends, branch pipes are mounted:
Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.
Водонефтяная эмульсия через входной патрубок 2 поступает в начало камеры 1, где сосредоточена «вершина» всех четырех электродов, в этой зоне создается электрическое поле высокой напряженности. Попадая в зону мощного электрического поля, мелкие капли воды начинают сближаться, соударяясь объединяются в более крупные капли, образуя диполи. По мере продвижения эмульсии вдоль камеры, расстояние между симметричными электродами (АВС) увеличивается («веер раздвигается»), напряженность поля постепенно ослабевает, предотвращая разрушение (диспергирование) образовавшихся больших капель, при этом вращающееся поле препятствует образованию сплошных ручейков из цепочек больших капель, приводящих к локальным пробоям между электродами. Достигая конца камеры, поток смеси с крупными каплями воды выходит через патрубок 3 в трубопроводную систему для дальнейшей обработки.Water-oil emulsion through the
В заявляемом устройстве для повышения эффективности разрушения эмульсии (уменьшение степени ее дисперсности) интенсифицируется процесс коалесценции капель воды в нефти, воздействием на эмульсию электрическим полем с интенсивно изменяющимся во времени направлением вектора напряженности поля (условно «вращающееся» электрическое поле). На поток текучей среды создается воздействие убывающей напряженности электрического поля по длине камеры. Вращающееся электрическое поле приводит во вращательное движение диполи капель воды в ограниченном трубном пространстве, при этом увеличивается число соударений капель в единицу времени и, одновременно, существенно снижается вероятность образования сплошных цепочек проводимости от электрода к электроду, приводящих к локальным пробоям, что позволяет повысить рабочие напряжения на электродах и тем самым интенсифицировать процесс коалесценции. Раздвигаемая 3-х электродная система, в направлении продвижения потока внутри камеры, снижает напряженность до уровня ниже критического для капель наибольшего размера, предотвращая разрушение образовавшихся больших капель. Вращающееся электрическое поле приводит к увеличению соударений капель, повышению температуры их приповерхностного слоя и слиянию в более крупные; вытягивание капель и их вращение, обеспечивает снижение частоты локальных пробоев (и рисков образования устойчивого пробоя) в сравнении с однонаправленным полем. In the claimed device, to increase the efficiency of the destruction of the emulsion (reducing the degree of its dispersion), the process of coalescence of water droplets in oil is intensified by exposing the emulsion to an electric field with the direction of the field strength vector intensively changing in time (conditionally "rotating" electric field). The fluid flow is affected by decreasing electric field strength along the length of the chamber. A rotating electric field drives the dipoles of water droplets in a limited tube space, while the number of drop collisions per unit time increases and, at the same time, the probability of formation of continuous conduction chains from electrode to electrode, leading to local breakdowns, is significantly reduced, which makes it possible to increase operating voltages on the electrodes and thereby intensify the coalescence process. The expandable 3-electrode system, in the direction of the flow inside the chamber, reduces the tension to a level below the critical level for the largest droplets, preventing the destruction of the large droplets formed. A rotating electric field leads to an increase in droplet collisions, an increase in the temperature of their near-surface layer, and merging into larger ones; elongation of the droplets and their rotation, provides a reduction in the frequency of local breakdowns (and the risk of sustained breakdown) in comparison with a unidirectional field.
В заявляемом устройстве целью чередования режимов образования цепочек проводимости на основе преобладания малых капель за счет высокой напряженности применен вариант «качающего» напряжения с импульсной модуляцией вращающегося поляIn the claimed device, for the purpose of alternating the modes of formation of conduction chains based on the predominance of small drops due to high tension, a variant of "pumping" voltage with pulsed modulation of the rotating field is used.
Для осуществления питания камеры заявляемого трубного электрокоалесцирующего аппарата применены, по меньшей мере, два высоковольтных источника питания:At least two high-voltage power sources are used to power the chamber of the inventive tubular electrocoalescing apparatus:
- однофазный трансформатор постоянного/переменного (переключением) напряжения 100 кВ мощностью 8 кВт; - single-phase DC/AC (switching) voltage transformer 100 kV,
- трехфазный трансформатор переменного напряжения 10 кВ мощностью 13 кВт. - three-phase AC voltage transformer 10 kV, power 13 kW.
Для реализации адаптивного режима управления процессом электрокоалесценции потока текучей среды разработана управляющая программа, позволяющая обеспечить контроль количества и размера капель воды по следующим косвенным показателям:To implement an adaptive control mode for the electrocoalescence process of a fluid flow, a control program has been developed that makes it possible to control the number and size of water droplets according to the following indirect indicators:
- пробивное напряжение эмульсии;- breakdown voltage of the emulsion;
- диэлектрическая проницаемость эмульсии;- dielectric constant of the emulsion;
- интенсивность кратковременных пробоев;- intensity of short-term breakdowns;
- резонансные частоты электродной системы;- resonant frequencies of the electrode system;
- ширина полосы и положение частотного спектра резонанса электродной системы;- bandwidth and position of the frequency spectrum of the resonance of the electrode system;
- оптическая плотность эмульсии в видимой области оптического диапазона и- optical density of the emulsion in the visible region of the optical range and
инфракрасной области.infrared area.
Заявляемое устройство позволит осуществлять процесс электродегидролиза нефтяной эмульсии в составе мобильных блочных установок подготовки нефти на месторождениях в технологиях ранней добычи и других модульных малогабаритных комплексах.The claimed device will allow to carry out the process of electrodehydrolysis of an oil emulsion as part of mobile block oil treatment plants in the fields in early production technologies and other modular small-sized complexes.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2780854C1 true RU2780854C1 (en) | 2022-10-04 |
Family
ID=
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2849395A (en) * | 1953-09-29 | 1958-08-26 | Research Corp | Method and apparatus for electrical separation of emulsions |
SU573169A1 (en) * | 1974-02-26 | 1977-09-25 | Всесоюзный нефтегазовый научно-исследовательский институт | Electrodehydrator |
SU1187840A1 (en) * | 1984-05-28 | 1985-10-30 | Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной и газовой промышленности им.В.И.Муравленко | Apparatus for dehydration and cleaning of oil from mechanical admixtures |
SU1233902A1 (en) * | 1984-12-12 | 1986-05-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Нефтяного Машиностроения | Electrocoalescent apparatus for processing emulsion of water in oil type |
SU1388081A1 (en) * | 1986-10-01 | 1988-04-15 | Куйбышевский Нефтеперерабатывающий Завод | Electrocoalescent apparatus for aqueous and oil emulsion |
SU1586741A1 (en) * | 1988-07-01 | 1990-08-23 | Нефтегазодобывающее Управление "Васюганнефть" Производственного Объединения "Томскнефть" | Electrodehydrator |
RU2452551C1 (en) * | 2010-11-09 | 2012-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Device for separation water-oil emulsions in electric field |
EP3199217B1 (en) * | 2016-01-29 | 2020-08-05 | Borealis AG | Methods for the treatment of at least one emulsion by applying an electrical field |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2849395A (en) * | 1953-09-29 | 1958-08-26 | Research Corp | Method and apparatus for electrical separation of emulsions |
SU573169A1 (en) * | 1974-02-26 | 1977-09-25 | Всесоюзный нефтегазовый научно-исследовательский институт | Electrodehydrator |
SU1187840A1 (en) * | 1984-05-28 | 1985-10-30 | Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной и газовой промышленности им.В.И.Муравленко | Apparatus for dehydration and cleaning of oil from mechanical admixtures |
SU1233902A1 (en) * | 1984-12-12 | 1986-05-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Нефтяного Машиностроения | Electrocoalescent apparatus for processing emulsion of water in oil type |
SU1388081A1 (en) * | 1986-10-01 | 1988-04-15 | Куйбышевский Нефтеперерабатывающий Завод | Electrocoalescent apparatus for aqueous and oil emulsion |
SU1586741A1 (en) * | 1988-07-01 | 1990-08-23 | Нефтегазодобывающее Управление "Васюганнефть" Производственного Объединения "Томскнефть" | Electrodehydrator |
RU2452551C1 (en) * | 2010-11-09 | 2012-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Device for separation water-oil emulsions in electric field |
EP3199217B1 (en) * | 2016-01-29 | 2020-08-05 | Borealis AG | Methods for the treatment of at least one emulsion by applying an electrical field |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10383181B2 (en) | RF heating of a dielectric fluid | |
US6136174A (en) | Compact electrostatic coalescer | |
CN102021018A (en) | Novel and efficient electrostatic pre-coalescence method and device applied to dehydration and desalt of crude oil | |
CN108697950B (en) | Method for separating at least one emulsion by applying an electric field and device for carrying out said method | |
EP2200728B1 (en) | An compact electrostatic coalescer using centrifugal force | |
US2855356A (en) | Method and apparatus for treating emulsions | |
RU2780854C1 (en) | Electric coalescing pipe apparatus | |
US20150291456A1 (en) | Electric field induced separation of components in an emulsion | |
US10676679B2 (en) | Multispark reactor | |
US2120932A (en) | High frequency induction dehydrator | |
RU2654028C1 (en) | Electric dehydrator | |
US20230041128A1 (en) | System and method for the separation of oil/water emulsions by electrocoalescence | |
US3661746A (en) | Uniform electric field treatment | |
EP3906105B1 (en) | Electro-coalescer cell with turbulance-inducing shape for maximized performance | |
US2029527A (en) | Electrical dehydrator | |
US1838979A (en) | Dehydrator having radial venturi-type electrodes | |
US1838934A (en) | Electrical treater having elongated oil circulating path | |
US3073776A (en) | Electric treater | |
US1838980A (en) | Dehydrator with centrifugal discharge electrodes | |
RU2727600C1 (en) | Method for separation of water-oil emulsion by means of electrohydraulic action, device and system for implementation thereof | |
SU1680254A1 (en) | Apparatus for breaking emulsions | |
SU1284580A1 (en) | Apparatus for coalescence of aqueous-oil emulsion in electric field | |
SU865325A1 (en) | Apparatus for breaking water-oil emulsion | |
SU1105214A1 (en) | Apparatus for destruction of petroleum emulsion | |
SU867392A1 (en) | Device for degasification of liquid |