本发明涉及一种环道模拟实验用原油脱水装置及利用该装置对原油进行脱水的方法。
背景技术：
为进行室内原油实验研究，很多科研院所相继建立了各类用于原油管路特性、两相流和多相流等研究的环道模拟装置，然而在环道模拟实验中需要大量的原油。一方面，从油田井口采集的油样中往往含有一定比例的水分，这会对原油基本物性测试产生较大影响且无法直接用于配制各种含水比例的混合原油；另一方面，在每次环道油水模拟实验后，原油和水会混合形成乳状液造成分离困难，不能直接回收原油重复利用，常需要将油水彻底分离。因此，在进行环道油水模拟实验时常需要对原油脱水。
目前，国内外实验室大多采用沉降分离脱水、电脱水和加破乳剂等方法对含水原油进行脱水，普遍存在脱水量小、造价高、效率低和操作复杂等问题。为此，需要寻求一种适合实验室环道模拟实验研究需要的处理量大、加工简单且造价低的原油脱水装置及其脱水方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种环道模拟实验用原油脱水装置，具有处理量大、加工简单、使用方便和造价低等优点，可满足环道模拟实验对原油脱水的要求。
本发明的另一目的还在于提供一种基于上述装置的原油脱水方法，该方法原理可靠、操作方便、脱水效率高。
为达到以上目的，一方面，本发明采用以下技术方案：
一种环道模拟实验用原油脱水装置，主要由加热搅拌脱水单元、空冷缓冲单元、水冷冷凝单元和分离回收单元组成。其中，加热搅拌脱水单元用于对原油加热搅拌和蒸发脱水，空冷缓冲单元用于对水蒸汽和轻组分的空冷及缓冲，水冷冷凝单元用循环冷水进一步使水蒸汽和轻组分液化，分离回收单元用于分离液化后的轻组分和水，从而达到原油脱水及轻组分回收的目的。
所述加热搅拌脱水单元主要由电加热板、桶体、桶盖、保温层、k型热电偶、温控器、搅拌器、蒸汽排放口和丝网消泡器等组成。其中，电加热板将桶中的原油加热至110℃左右，使原油中水分蒸发；为减少桶体的热量损失，在桶体和桶盖外表面覆盖保温层；为了使蒸汽尽量从蒸汽排放口排出，减少蒸汽的泄漏，在桶口边缘加上翻边密封圈，并用弹簧卡扣紧固桶体和桶盖，确保密封性能；为达到加速水分蒸发和使桶内原油受热均匀的目的，采用搅拌器搅拌原油，所述搅拌器由转速控制器、电机、搅拌轴和桨叶组成；为控制桶内原油温度，采用k型热电偶作为温度传感器，通过温控器控制桶内原油温度为110℃；由于在搅拌、加热蒸发过程中可能会产生一定量的泡沫，导致油水的外溢，因此在蒸汽排放口设置丝网消泡器来消除泡沫。
所述空冷缓冲单元主要由u型钢管、u型钢管保温层和蒸馏烧瓶组成，桶体的蒸汽排放口经u型钢管与蒸馏烧瓶连接；为避免蒸汽在u型钢管中冷凝回流至桶体，在u型钢管上覆盖保温层，蒸汽在蒸馏烧瓶中初步冷却并得到缓冲。
所述水冷冷凝单元主要由蛇形冷凝管和橡胶进出水管组成，空冷后的蒸汽在蛇形冷凝管中再一次被水冷却，液化后流入锥形瓶。
所述分离回收单元主要由锥形瓶和分液漏斗等组成，当桶内原油脱水完成后，将桶盖、丝网消泡器、蒸馏烧瓶和锥形瓶中收集的液体倒入分液漏斗，用分液漏斗分离油水，最后将回收脱水后的轻质油称量后倒进脱水后的原油中并搅拌，达到轻质组分回收目的。
另一方面，本发明采用以下技术方案：
一种基于上述装置的原油脱水方法，依次包括以下步骤：
(1)称取需脱水原油并倒入桶内，盖上桶盖，扣紧弹簧卡扣并插入k型热电偶探头，然后将桶体放置在电加热板上；
(2)从桶盖的蒸汽排放口依次连接u型钢管、蒸馏烧瓶、蛇形冷凝管，在蛇形冷凝管出口处连接锥形瓶；
(3)依次打开循环冷凝水进出口阀门、温控器电源，将温控器温度设置为110℃后，打开电加热板的电源开关，开始加热脱水，随后打开搅拌器，调节搅拌器的转速至合适大小，搅拌桶内原油达到加速水分蒸发和使桶内原油受热均匀的目的；
(4)当蛇形冷凝管出口冷凝液不含水分或继续加热无蒸汽产生时，表明原油里面的水分已被蒸发完，随后关闭电加热板的电源开关，断开桶盖和u型钢管的连接，打开桶盖称量并倒出桶内的原油；
(5)将桶盖、丝网消泡器、蒸馏烧瓶和锥形瓶中收集的液体倒入分液漏斗，用分液漏斗分离油水，最后将回收脱水后的轻质油称量后倒进脱水后的原油中并搅拌，达到轻质组分回收目的。
本发明的优点：处理量大、加工简单、使用方便、造价低，可满足环道模拟实验对原油脱水的要求。
附图说明
图1是本发明一种环道模拟实验用原油脱水装置示意图之一。
图2是本发明一种环道模拟实验用原油脱水装置示意图之二。
图3是桶盖仰视图。
图4是翻边密封圈放大示意图。
图5是弹簧卡扣放大示意图。
图中：1-1.加热搅拌脱水单元，1-2.空冷缓冲单元，1-3.水冷冷凝单元，1-4.分离回收单元，1.电机，2.转速控制器，3.搅拌轴，4.温控器，5.k型热电偶，6.桶盖保温层，7.桶盖，8.弹簧卡扣，9.桶体保温层，10.桶体，11.桨叶，12.蒸汽排放口，13.翻边密封圈，14.搅拌轴插孔，15.电加热板，16.丝网消泡器，17.u型钢管保温层，18.u型钢管，19.蒸馏烧瓶塞子，20.蒸馏烧瓶，21.蛇形冷凝管塞子，22.蛇形冷凝管，23.进水口，24.出水口，25.锥形瓶塞子，26.锥形瓶，27.热电偶插孔，28.搅拌器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1、图2所示，本发明一种环道模拟实验用原油脱水装置，主要由加热搅拌脱水单元1-1、空冷缓冲单元1-2、水冷冷凝单元1-3和分离回收单元1-4组成。其中，加热搅拌脱水单元1-1用于对原油加热搅拌和蒸发脱水，空冷缓冲单元1-2用于对水蒸汽和轻组分的空冷及缓冲，水冷冷凝单元1-3用循环冷水进一步使水蒸汽和轻组分液化，分离回收单元1-4用于分离液化后的轻组分和水，从而达到原油脱水及轻组分回收的目的。所述加热搅拌脱水单元1-1主要由电加热板15、桶体10、桶盖7、k型热电偶5、温控器4、搅拌器28、蒸汽排放口12和丝网消泡器16组成；其中，电加热板15将桶中的原油加热至110℃左右，使原油中水分蒸发；为减少桶体10和桶盖7(详见图3)的热量损失，在外表面分别覆盖桶体保温层9和桶盖保温层6；为了使蒸汽尽量从蒸汽排放口12排出，减少蒸汽的泄漏，在桶口边缘加上翻边密封圈13(详见图4)，并用弹簧卡扣8(详见图5)紧固桶体10和桶盖7，确保密封性能；为达到加速水分蒸发和使桶内原油受热均匀的目的，采用搅拌器28搅拌原油，所述搅拌器28由转速控制器2、电机1、搅拌轴3和桨叶11组成；为控制桶内原油温度，采用k型热电偶5作为温度传感器，通过温控器4控制桶内原油温度为110℃；由于在搅拌、加热蒸发过程中可能会产生一定量的泡沫，导致油水的外溢，因此在蒸汽排放口12设置丝网消泡器16来消除泡沫。所述空冷缓冲单元1-2主要由u型钢管18、u型钢管保温层17和蒸馏烧瓶20组成，桶体10的蒸汽排放口12经u型钢管18与蒸馏烧瓶20连接；为避免蒸汽在u型钢管18中冷凝回流至桶体10，在u型钢管18上覆盖保温层，蒸汽在蒸馏烧瓶20中初步冷却并得到缓冲。所述水冷冷凝单元1-3主要由蛇形冷凝管22和橡胶进出水管组成，空冷后的蒸汽在蛇形冷凝管22中再一次被水冷却，液化后流入锥形瓶26；所述分离回收单元1-4主要由锥形瓶26和分液漏斗组成，当桶内原油脱水完成后，将桶盖7、丝网消泡器16、蒸馏烧瓶20和锥形瓶26中收集的液体倒入分液漏斗，用分液漏斗分离油水，最后将回收脱水后的轻质油称量后倒进脱水后的原油中并搅拌，达到轻质组分回收目的。
称取需脱水原油并倒入桶内，盖上桶盖7，扣紧弹簧卡扣8并插入k型热电偶5探头，然后将桶体10放置在电加热板15上；从桶盖7的蒸汽排放口12依次连接u型钢管18、蒸馏烧瓶20、蛇形冷凝管22，在蛇形冷凝管22出口处连接锥形瓶26；依次打开循环冷凝水进水口23和出水口24阀门、温控器4电源，将温控器4温度设置为110℃后，打开电加热板15的电源开关，开始加热脱水，随后打开搅拌器28，调节搅拌器28的转速至合适大小，搅拌桶内原油达到加速水分蒸发和使桶内原油受热均匀的目的；当蛇形冷凝管22出口冷凝液不含水分或继续加热无蒸汽产生时，表明原油里面的水分已被蒸发完，随后关闭电加热板15的电源开关，断开桶盖7和u型钢管18的连接，打开桶盖7称量并倒出桶内的原油；将桶盖7、丝网消泡器16、蒸馏烧瓶20和锥形瓶26中收集的液体倒入分液漏斗，用分液漏斗分离油水，最后将回收脱水后的轻质油称量后倒进脱水后的原油中并搅拌，达到轻质组分回收目的。