专利名称：新型高效原油电脱水、脱盐方法和设备的制作方法
新型高效原油电脱水、脱盐方法和设备技术领域
本发明属于原油电脱水、脱盐技术领域，涉及一种新型高效原油电脱水、脱盐 方法和设备，适用于炼油厂原油乳化液中分散相小水颗粒及稠油乳化液的脱水、脱盐。
背景技术：
长期以来，国内外油田及炼油厂使用的电脱水(脱盐)器，主要有两种类型一 种是采用卧式水平电极，另一种是采用卧式垂直悬挂电极。这两种形式的电脱水(脱盐) 器中，电极均布置于罐体的上部。在常规电脱水(脱盐)器中，油包水(W/0)型原油 乳化液从罐体底部进入，整体呈自下而上的流动态势，在此过程中受电场作用而静电聚 结长大的分散相水颗粒开始发生逆流重力沉降。这种布局方式使得原油乳化液的流动方 向和聚结后分散相水颗粒的沉降方向相反，增加了水滴的沉降时间，影响脱水(脱盐)效 率。由于水颗粒静电聚结长大与水颗粒重力沉降两个过程同步进行，为了保证后一个过 程的顺利进行，常规电脱水(脱盐)多采用卧式放置并始终保持罐内的层流流态，因此处 理装置容积较大、处理效率难以进一步提高。当处理含水率较高的原油乳化液时，电脱 水(脱盐)器内部的油水界面可能浸没下层的水平电极或者垂直悬挂电极下端的外表面， 引起电极短路，导致电脱水(脱盐)器工作中断。
研究表明，适当湍流反而能够促进分散相水颗粒的碰撞、聚结，因此如果能在 常规重力沉降分离过程发生之前，设法使油包水型原油乳化液中的分散相小水颗粒充分 聚结长大，那么就能显著减少后续分离设备所需的重力沉降时间、提高分离效率；或者 在同样的处理量下能够减小总体工作容积，甚至能够简化处理作业流程。
基于上述认识，国外近年来推出了在高压交流电场作用下的紧凑型静电聚结 器(CEC)、在线静电聚结器(IEC)、容器内置式静电聚结器(VIEC)、低含水率聚结器 (LOWACC)等紧凑型静电预聚结设备。从静电聚结破乳机理而言，CEC、IEC和VIEC 都是围绕偶极聚结或振荡聚结破乳机理进行设计的，只有LOWACC应用了介电泳聚结破 乳机理；
CEC采用带同心环状电极的立式结构，独立于常规的重力分离器外，电极部分 可以作为一个整体组件自外壳筒体的顶部取出，维修检查较为方便。其不足之处在于 处理后的原油乳化液在进入后续沉降分离设备之前，应该避免因剧烈的剪切作用而使得 其中的较大分散相水颗粒再次发生破裂；同时对W/0型原油乳化液中含气量、含水率 的适应能力偏低。VIEC被设计成穿孔板墙状，安装在三相分离器内部上游侧的整流段 处，静电预聚结元件能够在水、乳化液、气泡共存的情况下正常工作而不会出现垮电场 现象，早期的流道形状是纯圆形流道，后期在现场应用中将单个流动通道由纯圆形改为 准矩形。其不足之处是结构较为复杂，对加工制造水平要求较高；当原油乳化液流经圆 形或准矩形流道时，原油乳化液中含有的悬浮固体颗粒基于重力作用向下沉降，覆盖在 电极表面，容易引起电极短路。IEC总体上采用单管流道，在含水率或含气率高达100% 时也不会出现垮电场现象，在现场应用时被立式安装在常规三相分离器或电脱水器外部的上游侧。其不足之处在于聚结后的原油乳化液在进入后续沉降分离设备之前，可能 会因管路中弯头、阀门等处的剧烈剪切作用而使较大的分散相水颗粒再次发生破裂；在 大处理量下需要并联多个单管立式结构，总体占地面积较大。基于介电泳聚结破乳机理 的LOWACC安装在常规重力分离器内部，其流道形状仅有一种，即采用波纹板状电极组 件。不足之处在于只适合于低含水率原油乳化液中分散相水颗粒的静电预聚结，对W/ O型原油乳化液中含水率的适应能力偏低；安装在常规重力分离器内部使其结构较为复 杂，对加工制造水平要求较高；当原油乳化液流经波纹板状电极组件时，原油乳化液中 含有的悬浮固体颗粒向下沉降，覆盖在电极表面，容易引起电极短路。
IEC> VIEC> LOWACC仅仅用于油气田开发工程中井口原油乳化液的脱水，迄 今尚未用于炼油厂中原油乳化液的脱水(脱盐)，此外，仅有CEC应用于原油乳化液的脱 盐处理工艺，在欧洲Kvaemer Process Systems公司申请的专利WO 2006/003525A1中公开 了一种紧凑型电脱盐方法和设备，其特征在于在常规电脱盐器上部安装两个CEC将电脱 盐器分为静电预聚结部分和重力沉降分离部分，以提高脱盐效率。但其不足之处在于对 W/0型原油乳化液中含气量、含水率的适应能力偏低；仅应用了偶极聚结或振荡聚结破 乳机理，未能充分认识到介电泳现象对静电预聚结作用的重要价值。国内有不少研究人 员围绕W/0型原油乳化液的静电聚结破乳机理进行了大量的实验研究，对于紧凑型静电 预聚结设备的现场应用方面还处于起步阶段。
鉴于上述原因，有必要发明新型高效的原油电脱水(脱盐)设备，以充分利用介 电泳聚结机理，来提高炼油厂脱水(脱盐)效率。发明内容
根据背景技术所述，本发明的目的在于提供一种新型高效的原油电脱水、脱盐 方法和设备，采用新的布局方式将分散相水颗粒静电聚结长大与水颗粒重力沉降两个过 程分开、予以先后实施，使两个过程在各自最有利的条件下进行，提高脱水、脱盐效 率，使得原油电脱水、脱盐设备紧凑化、高效化。采用新的流动方式能减少入口的动力 消耗，提高经济效益。静电预聚结器是装置中的关键设备，兼顾静电预聚结功能和内穿 孔板的整流功能，使得原油乳化液在静电预聚结区域流动均勻。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现
一种新型高效原油电脱水、脱盐方法，用于原油乳化液的脱水、脱盐，主要步 骤如下待处理原油和注入的新鲜水、化学破乳剂通过静态混合器搅拌均勻后泵送入原 油电脱水、脱盐装置中，干路的节流阀控制原油乳化液的流量，而新鲜水支路的流量计 和节流阀则可以控制原油乳化液的含水率；原油乳化液进入电脱水、脱盐装置后水平向 右流动，流经静电预聚结器时，装置外的高压防爆变压器通过高压绝缘导线向静电预聚 结器的电极组件输送高压交流电，在静电预聚结区域形成高压交流电场；静电预聚结器 施加高压电后在电极板间产生非均勻交流电场，引起分散相水颗粒的介电泳聚结，聚结 后的原油乳化液流入沉降分离区域，在重力作用下，原油乳化液中的分散相大水颗粒向 下沉降在罐体底部形成水层并通过出水口排出，溶解在水中的盐也一并排出；而分离出 的原油在挡板右端形成油层并通过罐底的出油口进入原油集输管线。
实现上述方法的设备，包括入口组件02)、罐体(17)和静电预聚结器(19)，其特征在于所述的入口组件(22)由原油入口(1)、流量计(2)、新鲜水入口(3)、化学 破乳剂入口(4)、节流阀(5)、静态混合器(6)组成；罐体(17)背部设置排气口(18)， 底部后端设置有出水口(10)和出油口(13)，罐体右端安装一块挡板(20)，罐体(17)内 腔的静电预聚结器(19)将罐体分成入口区域、静电预聚结区域和重力沉降分离区域；静 电预聚结器(19)设置的电极组件(21)由多个排列的电极模块(22)组成，单个电极模块 (22)呈正方形网格排列，网格内部居中放置中空管(24)、(25)；装置外的高压防爆变压 器(16)通过高压绝缘导线(15)与电极组件(21)相连接。所述的中空管(24)、(25)为圆形或准矩形波纹状，中空管(24)、(25)外覆盖致 密绝缘层。由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果原油乳化液从左端进 入后在罐体内水平流动，能减少入口的动力消耗；对处理流量及原油乳化液内含水、盐 率波动的适应性较强，具有较大的操作弹性；波纹状圆形或准矩形流道对小水颗粒的聚 结效果较好，能显著减少后续重力沉降所需的时间；沉降分离区域体积较大，使得原油 乳化液有足够的停留时间，可以在不占用常规电脱水、脱盐装置新空间的前提下使得油 水分离较为彻底，从而提高原油乳化液的脱水、脱盐效率、降低出油口的含水量、提高 出水口的水质；基于介电泳现象的破乳积理可以大幅度减少化学破乳剂的用量，降低总 体运行成本，进而提高炼油厂的经济效益；对稠油乳化液的脱水、脱盐具有较好的处理 效果。
图1为本发明结构示意2为本发明静电预聚结器的结构示意3为本发明静电预聚结器电极模块的结构示意图。图4为本发明静电预聚结器电极模块的第二种结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图作进一步详细的说明。由图1示出，本发明设备主要包括入口组件22、罐体17、静电预聚结器19， 其中安装在罐体上部的入口组件22包括待处理原油入口 1、流量计2、注入新鲜水入 口 3、化学破乳剂入口 4、节流阀5、静态混合器6;静电预聚结器19是该装置的核心部 件，其将罐体17分成入口区域、静电预聚结区域和重力沉降分离区域；罐体顶部安装排 气口 18，底部装设有出水口 10和出油口 13，罐体右端还安装一块挡板20将沉降分离区 域分成水层和油层两个腔。本发明的静电预聚结器19的核心部分是电极组件21，电极组件21是由多个排 列的电极模块22组成，单个电极模块22呈正方形网格排列，材质为紫铜或钢板等金属； 网格内部居中放置波纹状圆形中空管24或波纹状准矩形中空管25，中空管外覆盖致密绝 缘层以避免原油乳化液流经中空管时短路；装置外的高压防爆变压器16通过高压绝缘导 线15向中空管内的原油乳化液施加高压交流电，由于中空管的形状为波纹状，便在经过 金属电极板23间产生非均勻交流电场，引起分散相水颗粒的介电泳聚结。流体在中空管内的流动状态为湍流，湍流不仅增大了原油乳化液中分散相水颗粒的碰撞机率，还能显 著缩短水力停留时间，提高聚结效率。 本发明新型高效原油电脱水、脱盐方法和设备的实际操作过程为待处理原 油与注入的新鲜水、化学破乳剂通过静态混合器6搅拌均勻后泵送入电脱水、脱盐装置 中，其流量与含水率可以根据节流阀5进行调节。原油乳化液进入电脱水、脱盐装置后 保持湍流流态水平向右流动，流经静电预聚结区域时，由于静电预聚结器的流道设计成 波纹状，当高压防爆变压器16通过高压绝缘导线15向罐内电极组件21送入高压交流电 时，便在电极板间产生非均勻交流电场，引起原油乳化液中分散相小水颗粒的介电泳聚 结，聚结后的原油乳化液流入沉降分离区域。由于油水两相的密度差，在重力作用下， 原油乳化液中的分散相大水颗粒向下沉降在罐体底部形成水层并通过出水口 10排出，溶 解在水中的盐也一并排出；而分离出的原油在挡板2右端形成油层并通过罐底的出油口 13进入原油集输管线。在处理过程中析出的少量气体从罐体顶部的排气口 18排出。
权利要求
1.一种新型高效原油电脱水、脱盐方法，用于原油乳化液的脱水、脱盐，主要步骤 如下待处理原油和注入的新鲜水、化学破乳剂通过静态混合器搅拌均勻后泵送入原油 电脱水、脱盐装置中，干路的节流阀控制原油乳化液的流量，而新鲜水支路的流量计和 节流阀则可以控制原油乳化液的含水率；原油乳化液进入电脱水、脱盐装置后水平向右 流动，流经静电预聚结器时，装置外的高压防爆变压器通过高压绝缘导线向静电预聚结 器的电极组件输送高压交流电，在静电预聚结区域形成高压交流电场；静电预聚结器施 加高压电后在电极板间产生非均勻交流电场，引起分散相水颗粒的介电泳聚结，聚结后 的原油乳化液流入沉降分离区域，在重力作用下，原油乳化液中的分散相大水颗粒向下 沉降在罐体底部形成水层并通过出水口排出，溶解在水中的盐也一并排出；而分离出的 原油在挡板右端形成油层并通过罐底的出油口进入原油集输管线。
2.实现权利要求1所述方法的设备，包括入口组件(22)、罐体(17)和静电预聚结 器(19)，其特征在于所述的入口组件(22)由原油入口(1)、流量计(2)、新鲜水入口 (3)、化学破乳剂入口(4)、节流阀(5)、静态混合器(6)组成；罐体(17)背部设置排气 口(18)，底部后端设置有出水口(10)和出油口(13)，罐体右端安装一块挡板(20)，罐体 (17)内腔的静电预聚结器(19)将罐体分成入口区域、静电预聚结区域和重力沉降分离区 域；静电预聚结器(19)设置的电极组件(21)由多个排列的电极模块(22)组成，单个电 极模块(22)呈正方形网格排列，网格内部居中放置中空管(24)、(25)；装置外的高压防 爆变压器(16)通过高压绝缘导线(15)与电极组件(21)相连接。
3.根据权利要求1所述的新型高效原油电脱水、脱盐设备，其特征在于所述的中 空管(24)、(25)为圆形或准矩形波纹状，中空管(24)、(25)外覆盖致密绝缘层。
全文摘要
一种新型高效原油电脱水、脱盐方法和设备，可用于炼油厂对原油乳化液进行脱水、脱盐处理工艺，处理设备主要由入口组件、罐体和静电预聚结器组成；当装置外的高压防爆变压器通过高压绝缘导线经过金属电极板向波纹状中空管内的原油乳化液施加高压交流电时，便在电极板间产生非均匀交流电场，引起分散相水颗粒的介电泳聚结；原油乳化液在中空管内的流动状态为湍流，湍流不仅增大了原油乳化液中分散相水颗粒的碰撞机率，还能显著缩短水力停留时间；静电预聚结器内的流动通道可以设计成波纹状圆形或波纹状准矩形。采用本发明的方法和设备，使得静电预聚结后的分散相大水颗粒能显著减少后续重力沉降时间，提高处理效率，原油乳化液从左端的入口组件进入罐体后，沿水平方向流动，能减少入口的动力消耗。
文档编号C10G33/02GK102021019SQ20091009276
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月23日 优先权日2009年9月23日
发明者丁艺, 陈家庆 申请人:北京石油化工学院