一种乳化液超声波破乳装置的制作方法

专利名称：一种乳化液超声波破乳装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对油水乳化液进行破乳分离的装置，具体说是一种用超 声波方式加快油水分离的乳化液超声波破乳装置。
背景技术：
在石油、石化等工业生产中，有一道重要的工序是将处于紧密结合状态 的"油包水"或"水包油"颗粒打开，即破乳，然后，利用油、水之间的密 度差，在一定温度下，通过沉降、离心等方式实现油水的完全分离。目前， 工业生产中除了使用普通的热化学破乳，即通过在乳化液中加入化学破乳剂， 加快油水分离的工艺外，利用超声波作用于液体时的振动、空化等作用，实 现油水乳化液的破乳脱水，被认为是一种有效的方法。
专利CN2296230公开了一种"原油电场脱水的超声波破乳装置"，它由 超声波发生器、超声波作用区、传输电缆和超声波探头组成，超声波作用区 是接在电脱水罐前的一个水平放置的腔体。超声波探头通过压紧法兰和焊接 在超声波作用区腔体外壁上的法兰安装在该腔体的外壁上，并通过传输电缆 与超声波发生器相连，多个超声波探头垂直于液体流动的方向共同作用。
专利03139172. 9提供了"一种顺流和逆流超声波联合作用使油水乳化物 破乳的方法和装置"。超声波发生器通过不同的超声波探头分别产生与油水 流动同向的顺流超声波和与油水流动反向的逆流超声波，在逆流和顺流超声 波的联合作用下，通过超声波作用区的油水乳化物充分破乳，破乳后的油水 混合物进入下一步进行沉降分离。
这些技术方案的共同之处在于都需要一个便于超声波对被处理的乳化液 进行作用的腔体，以及通过法兰或支架固定在腔体上的超声波发生装置，简 称为超声波探头或工具头，所选择的超声波探头或工具头的前端以喇叭型为 主，主要发射与探头前端面垂直的前向超声波，即一维超声波作用。而且这 些方案都基于一个基本的假设，即乳化液破乳所需的功率超声波在乳化液内部的传输距离都是足够远的。以为这样就可以尽可能的扩大作用区域和延长
作用时间，如专利03139172. 9所公开的技术方案。
实际上，这种假设是不成立的，在功率超声条件下，超声波在乳化液内 的衰减速度很快，满足破乳所需要功率的超声波只能存在于探头发射面前部 很近的一段距离，因此，上面公开的几种超声波破乳方案中所能提供的超声 波有效破乳的区域其实是很小的，不能达到预想的破乳效果。
同时，这些方案中所提供的作用腔体，出于技术上的需要，其在垂直于 液体流动方向上的尺度，比如直径， 一般大于输入、输出管路的尺度，进入 腔体内的乳化液的运动速度明显减慢，进而在一些部分，如靠近腔壁的上部 或者下部形成了相对的"静止区"，这些"静止区"如果与超声波的有效作 用区重叠，哪怕是部分地重叠，也将进一步降低超声波破乳的效率和效果。
在超声波应用领域， 一个基础的超声波换能器一般由起振部分和前后盖
板构成，其在伸縮方向(简称为纵向)的长度为A/2，义为换能器内超声波的 波长；前后的端面一般为振幅最大处；在具体应用时，为了将超声波起振部 分与工作条件较恶劣的负载部分隔离开，往往在换能器的纵向一侧的端面紧 密连接一段长度为义/2的传振杆或变幅杆部分，在传振杆的2/4处设有起隔离 固定作用的法兰或支撑点，该处是超声振动的零点，对超声波装置的影响最 小；传振杆伸入被作用液体、与纵向大体垂直的前端面既可以直接向介质发 射超声波，也可以再紧密连接一段经过特定设计的工具头部分，以便将由换 能器传输过来的超声波转换为不同的形式，满足不同的应用场合，其长度尺 寸和结构不限，应用中， 一般将由电声换能器、变幅杆(又称传振杆)以及 工具头(或称探头)组成的系统统称为超声振动系统(简称为棒体)。前述的 专利03139172.9等就采用了这样的超声振动系统。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有超声波破乳技术存在超声波 作用区域狭小、积液影响作用效果等不足，提供了一种构造合理，能尽可能 大地扩大超声波作用区域，使超声破乳的效率和效果得到明显提高的乳化液 超声波破乳装置。
木发明解决上述技术问题所采用的技术方案是 一种乳化液超声波破乳装置，包括腔体，具有输入口，用于与上游的乳化液输入管线相连接，以及 输出口，用于向下游输出作用过的乳化液，其特征是所述的输入口及输出 口在腔体上呈上、下或者下、上配对设置，即输入口设置在接近腔体下端， 相应的输出口就设置在接近腔体上端，反之亦然。腔体在垂直于乳化液流动 方向上的截面积大于输入、输出管道的截面积；在腔体的壁上通过法兰安装 至少一个超声波发生装置，超声波发生装置的工具头为糖葫芦状，设置在腔 体内。
本发明所述超声波发生装置的棒体工具头凸出部位的横截面、工具头的 前端发射面与电声换能器的横截面的尺度相当，即它们之间的差别，如直径
的差别不超过1/3，所谓的横截面是指垂直于棒体纵向的截面。棒体深入腔 体内的长度为棒体内超声波波长^的0.75-8.75倍。在本发明所述的技术方 案中，采用了现有的超声振动系统，电声换能器为压电陶瓷或磁致伸縮方式， 除了沿轴线由工具头前端面发射的前向超声波外，还有环绕工具头棒体向四 周发射的横向和纵向超声波，实现了对腔体内乳化液的三维立体超声波作用， 与现有超声波破乳装置的一维或二维作用相比，乳化液的破乳效率得到了明 显提咼。
本发明所述腔体的设置可以保证输入腔体的乳化液充分被新的乳化液置 换而不形成积液或静止区，其中，优选方案为输入口在上，输出口在下的配 置，这样可以取得最优的置换效果。在该方案中，为了解决超声作用部长期 工作，在腔体的上部形成积气的问题,在所述腔体的上部或者在原油输入管道 上，增加了一个排气口及其相应的控制阀门，用于将积气排空或者排入集气系 统，避免积气对超声作用产生不利影响。
在输入口在下、输出口在上的配置时，考虑到构成乳化液的油、水比重
不同，容易形成积水的问题，可以在腔体的下部增加一个排液口，用于排出 腔体底部的积液，避免对后续来液的影响。
本发明超声波装置在腔体上的布局，应使腔体内超声波的作用区域尽可 能大，强度尽可能地均匀。
在利用超声波实现对油水乳化液的破乳过程中，釆用本发明方案所提供 的作用腔体，可以巧妙地利用不同组份的乳化液所形成的比重差异，在重力 的作用下，实现被作用乳化液在作用腔体内的均衡流动，解决了现有技术容易在腔体内形成"静止区"，影响超声作用效果的问题。同时，本发明技术方 案，采用了糖葫芦状的超声振动系统，充分利用浸入乳化液中的超声波工具 头前端面发射地前向超声波和从棒的侧面向四周发射的超声波，实现了对乳 化液的三维照射，尽可能地扩大了腔体内超声波的作用区域，提高了超声破 乳的效率和效果。


下面结合附图对本发明进行详细描述
图1是本发明的一种结构示意图，其腔体为立式或塔式结构，乳化液输 入口在上，输出口在下。
图2是本发明的另一种结构示意图，其腔体为立式或塔式结构，乳化液 输入口接近腔体的底部，输出口在腔体的上部。
图3是本发明的又一种结构示意图，其腔体为卧式结构，乳化液输入口 在下，输出口在上。
图4是本发明的另一种结构示意图，其腔体管道式结构，乳化液输入口 在腔体的上部，输出口在腔体的下部。
图5是本发明的一种工具头为糖葫芦状的超声波发生装置。
图中的标号是l.超声波作用腔体，2.乳化液输入口， 3.乳化液输出口，
4.排液管，5.控制阀，6.超声波发生装置，601.电声换能器，602.传振杆(或 称变幅杆)，603.工具头(或称探头)，604.工具头前端面，605.支撑法兰，7. 信号电缆，8.超声波电源，9.安装法兰，IO.排气口， ll.排气阀
具体实施例方式
下面结合附图通过实施例对本发明做进一步的描述。 实施例1:
如图1所示，本实施例所采用的一种乳化液超声波破乳装置，包括一个 立式或塔式的腔体1，排气口 IO及其相应的排气阀11设置与腔体1的顶部， 乳化液的输入口 2位于立式腔体的上部，乳化液的输出口 3设置于腔体的下 部，用于对腔内液体进行作用的是或柱状超声振动系统，依据腔体l的形状 和体积，依次将至少一套超声振动系统6均布于腔体的顶部及侧面，以便使腔内的乳化液获得最大的均匀作用区域。腔内的乳化液在自上而下缓慢运动 过程中，受到由至少一个超声波装置发出的全方向超声波的照射，作用时间 延长。超声波系统所使用的电声换能器601在垂直于超声波传播方向(纵向)
的横向直径为50mm，工具头603的棒体中间的凸出部位的横截面直径与前 端面604的直径均为52mm，或棒体从支撑法兰605开始，深入腔体内的长 度大致为1.75入。
本发明技术方案，采用了糖葫芦状的超声振动系统，充分利用浸入乳化 液中的超声波工具头前端面发射地前向超声波和从棒的侧面向四周发射的超 声波，实现了对乳化液的三维照射，尽可能地扩大了腔体内超声波的作用区 域，图5为糖葫芦状超声振动系统。
实施例2:
如图2所示，本实施例所采用的一种超声波的破乳装置，包括一个立式 或塔式的腔体l，乳化液的输入口 2设置在接近腔体的下部，乳化液的输出 口3设置于腔体1的上部，为了避免长时间工作后，在腔体的底部会有脱出 水的积聚，在腔体的最底端还设有一排液管4及相应的控制阀5，用于将乳 化液中比重相对大的那部分积液排出，在腔体的壁上通过法兰9至少安装有 一套的超声振动系统，超声振动系统的换能器部601的横向最大尺度(对角) 为57mm，工具头603的棒体中间的凸出部位的横截面直径与前端面604的 直径大致为53mm;或棒体从支撑法兰605开始，深入腔体内的长度大致为 6.25 A ，其中A为棒体内超声波的波长。
实施例3:
如图3所示，本实施例所釆用的一种超声波破乳装置，包括一个卧式的 腔体l，腔体的直径远大于输入和输出管线的直径， 一般大于2倍。乳化液 的输入口 2设置在接近腔体的下部，乳化液的输出口 3设置于腔体的上部， 进入腔体的乳化液在缓慢流动过程中，受到安装在腔体侧面的超声波发生装 置发出的全方向超声波的照射而破乳，为了避免长时间工作后，在腔体的底 部会有脱出水的积聚，在腔体的底部还设有一排水管4及相应的控制阀5， 用于将乳化液中比重相对较大的那部分积液排出，在腔体的壁上通过法兰9 至少安装有一套的超声振动系统，超声振动系统的换能器部601的横向最大 尺度(对角)为45mm，工具头的棒体前端面604的直径大致为45mm;或棒体从支撑法兰605开始，深入腔体内的长度大致为3.25入，其中入为超声
波的波长。
实施例4:
如图4，本实施例所采用的一种超声波破乳装置，其腔体l采用卧式结 构，排气口 IO及其相应的排气阀11设置与腔体1的顶部，腔体的上部设有 用于将乳化液输入的输入口 2，其下部设有用于将乳化液输出的输出口 3，在 这种条件下，乳化液的流动中形成积聚现象不明显，可以将至少一套足够长 的超声振动系统6通过法兰9直接装在管状腔体的侧壁上，对流动的乳化液 进行均匀照射，超声振动系统的规格与实施例2大体一致。
另外的优点、目的和实施例将部分地在随后的描述中阐明，并且在检査 下面内容时对于本领域技术人员部分地变得显而易见，或可以从本发明的实 践中得知，本发明的目的和其它优点可通过在书面描述及其权利要求以及附 图中具体指出的结构来实现和获得，以上和以下的详细描述都是示例性和解 释性的，且旨在提供进一步的解释。
以上对本发明实施例的详细说明并非穷尽性的，本发明不应被限制为以
上所公开的精确形式。本领域的技术人员可以理解，在本发明的范围内，可
以进行各种等同的修改和替换，这样的修改和替换应视为被该发明所涵盖。
此外，在此所提供的本发明的原理也可应用于其它领域，而不必局限于油、
水乳化或分离。上述各个实施例的元素可任意组合在一起，以便提供进一步
的实施例。此外，不应将所附权利要求中使用的术语阐释或将本发明限制到
本说明中公开的特定实施例，除非以上详细说明清楚地限定了此术语。因此， 本发明的实际范围应该涵盖所述实施例及根据权利要求实施的所有等同形式。
权利要求
1、一种乳化液超声波破乳装置，包括腔体，具有输入口，用于与上游的乳化液输入管线相连接，以及输出口，用于向下游输出作用过的乳化液，其特征是所述的输入口及输出口在腔体上呈上、下或者下、上配对设置，在腔体的壁上通过法兰安装至少一个超声波发生装置，超声波发生装置的工具头为糖葫芦状，伸入设置在腔体内。
2、 如权利要求1所述乳化液超声波破乳装置，其特征在于所述腔体的 输入口、输出口分别置于腔体的顶部和底部。
3、 根据权利要求2所述的乳化液超声波破乳装置，其特征在于在所述腔体的上部或者输入管道上设有一个排气口及相应的控制阀门，用于将腔体 内的积气排出。
4、 如权利要求1所述的乳化液超声波破乳装置，所述的乳化液的输入 口设置于接近腔体下部的位置，所述的乳化液的输出口置于接近腔体上部的位置。
5、 如权利要求4所述的乳化液超声波破乳装置，其特征在于所述的腔 体的最下部设有一积液排出导管及相应的控制阀，用于排出腔体底部的积液。
6、 如权利要求1所述的乳化液超声波破乳装置，其特征在于所述的超 声波发生装置的棒体工具头凸出部位的横截面、工具头的前端发射面与电声 换能器的横截面尺度相当，深入腔体内的长度为超声波波长A的0.75-8.75 倍。
7、 如权利要求1所述的乳化液超声波破乳装置，其特征在于所述的腔 体为塔式或立式结构。
8、 如权利要求1所述的乳化液超声波破乳装置，其特征在于所述的腔 体为卧式结构。
全文摘要
本发明涉及一种乳化液超声波破乳装置，包括腔体，具有输入口和输出口，所述的输入口及输出口在腔体上呈上、下或者下、上配对设置，即输入口设置在接近腔体下端，相应的输出口就设置在接近腔体上端，反之亦然；在腔体的壁上通过法兰安装至少一个超声波发生装置，超声波发生装置的工具头为糖葫芦状，设置在腔体内。本发明在重力的作用下，实现乳化液在作用腔体内的均衡流动，采用的超声振动系统，充分利用浸入乳化液中的超声波工具头从棒的侧面向四周发射的超声波，尽可能大地扩大了腔体内超声波的作用区域，提高了超声破乳的效率和效果。本发明适应于油水破乳分离。
文档编号C10G33/00GK101564604SQ20091001973
公开日2009年10月28日 申请日期2009年3月19日 优先权日2009年3月19日
发明者孙延佩, 宫志桦, 朱更君, 李安星, 李文琦, 王其明 申请人:威海海和科技有限责任公司