一种小型动态电脱水实验教学装置

本发明涉及教学教具领域，具体为一种小型动态电脱水实验教学装置。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

《油气集输》重点讲授油气田地面工程的基础理论和工艺技术，是油气储运工程专业的核心课程。油气集输课程主要内容包括油气集输流程、油气水分离、原油脱水、原油稳定等内容，该课程要解决油气田地面工程现场存在的实际问题，需要以理论联系实际的方式完成教学内容。

其中，电脱水是油气集输课程的一个重要内容，教材内的电脱水装置示意图和现场专业实习过程中见到的电脱水器均不能直观的展示出电脱水装置的内部结构，导致学生缺乏对电脱水器结构的直观理解，难以实现理想的教学效果。

技术实现要素：

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种小型动态电脱水实验教学装置，将电脱水实验装置内部做到可视化，帮助学生了解电脱水装置的设计方法、结构及脱水原理，在实验中学生可以根据该装置自主改变一些实验参数，借此观察参数改变后的电脱水过程，使学生掌握电脱水的基本原理和电脱水器的基本结构。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种小型动态电脱水实验教学装置，包括固定在支架顶部空间的电脱水器，电脱水器通过出油管与固定在支架上的油泵入口连接，油泵出口与混合器的第一入口连接；电脱水器通过底部的出水管与固定在支架上的水泵入口连接，水泵出口与混合器的第二入口连接；混合器的出口通过进液管连接至电脱水器的底部；油泵、水泵分别与控制器连接。

电脱水器内侧顶部设有平行布置的顶层电极板和底层电极板，电脱水器内侧底部设有绝缘极板，与控制器连接的高压电源分别与顶层电极板和底层电极板连接实现供电。

电脱水器内侧顶部设有集油槽，集油槽连接出油管，出油管上布置油出口控制阀和油取样阀，油出口控制阀和油取样阀位于电脱水器与支架之间的空间中。

出油管包括平行段和垂直段，平行段与电脱水器轴线平行，垂直段位于平行段一侧。

平行段由集油槽布设至电脱水器一端，与垂直段的高点连接，垂直段的低点位于电脱水器一端的底部，垂直段低点的出油口引出至油箱。

出油管依次经过油出口控制阀和含水分析仪到达油箱，油箱位于支架上，油箱的出口与油泵的入口连接。

油箱中设置加热器，加热器通过与其连接的温控器实现温度控制。

电脱水器内侧底部设有出水管，出水管布置水出口控制阀和水取样阀，水出口控制阀和水取样阀位于电脱水器与支架之间的空间中。

出水管依次经过水出口控制阀和含油分析仪达到水箱，水箱位于支架上，水箱的出口与水泵的入口连接。

混合器包括位于底部的两个入口，油泵的出口与混合器的第一入口连接，水泵的出口与混合器的第二入口连接，混合器的出口通过进液管连接至电脱水器内侧底部；进液管上具有进液阀和加药阀。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

装置在油水分离和油水混合之间反复循环，能够反复演示电脱水工艺的基本原理和过程，循环过程中的各项参数由计算机记录，使学生掌握电脱水的基本原理和电脱水器的基本结构。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明一个或多个实施例提供的整体流程示意图；

图2是本发明一个或多个实施例提供的整体结构示意图；

图中：1-顶层电极板，2-底层电极板，4-油出口控制阀，5-油取样阀，6-水出口控制阀，7-含水分析仪，8-水取样阀，9-含油分析仪，10-水箱，11-油箱，12-油流量计，13-水流量计，14-混合器，15-出油管，16-绝缘极板，17-出水管，18-加药阀，19-进液管，20-水泵，21-油泵，22-带刹车的万向轮，23-油水界面检测仪。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

电脱水是利用电场破乳作用，使原油中的水分离、沉降并脱除的工艺技术，是《油气集输》课程中的一个重要内容。以下实施例提出了一种小型动态电脱水实验教学装置的结构型式，使学生掌握电脱水的基本原理和电脱水器的基本结构。

实施例一：

如图1-2所示，一种小型动态电脱水实验教学装置，包括固定在支架顶部空间的电脱水器，电脱水器通过出油管15与固定在支架上的油泵21入口连接，油泵21出口与混合器14的第一入口连接；电脱水器通过底部的出水管17与固定在支架上的水泵20入口连接，水泵20出口与混合器14的第二入口连接；混合器14的出口通过进液管19连接至电脱水器的底部。

支架底部装有带刹车的万向轮22，便于移动且节省实验室空间；此外，还便于与其他实验设备(如分离器、沉降罐等)相连，呈现整个油气田地面处理工艺。

电脱水器内部空间顶部设有平行布置的顶层电极板1和底层电极板2，电脱水器内部空间底部设有绝缘极板16；电脱水器根据现场实际的脱水器尺寸经流动相似进行设计；电脱水器内部分为顶部空间和底部空间，由高压电源3供电的顶层电极板1和底层电极板2位于顶部空间内，绝缘极板16位于底部空间内。高压电源3可以调节电压和频率控制极板间的电场，由此可以实验场强和频率对脱水效果的影响。

电脱水器内侧顶部设有集油槽，集油槽连接出油管15，出油管15包括平行段和垂直段；平行段与电脱水器轴线平行，垂直段位于支架一侧；平行段由集油槽开始布设至电脱水器一端，与垂直段的高点连接经过电脱水器一端的底部出油口引出。

出油管15上布置油出口控制阀4和油取样阀5，油出口控制阀4和油取样阀5位于电脱水器与支架之间的空间。

出油管15依次经过油出口控制阀4和含水分析仪7到达油箱11，油箱11位于支架上，油箱11的出口与油泵21的入口连接。

油箱11中设置加热器，加热温度由温控器控制，便于研究温度对脱水效果的影响。

电脱水器内侧底部设有出水管17，出水管17布置水出口控制阀6和水取样阀8，水出口控制阀6和水取样阀8位于电脱水器与支架之间的空间。

出水管17依次经过水出口控制阀6和含油分析仪9达到水箱10，水箱10位于支架上，水箱10的出口与水泵20的入口连接。

混合器14的两个入口位于底部，油泵21出口与混合器14的第一入口连接，水泵20出口与混合器14的第二入口连接，混合器14的出口通过进液管19连接至电脱水器内侧底部。

进液管19上具有进液阀和加药阀18，进液阀通过自身开度的改变控制进入电脱水器的油水混合物，加药阀18与加药装置连接，通过自身开度的改变控制进入电脱水器的药液(破乳剂)量，便于研究破乳剂对脱水效果的影响。

电脱水器中设油水界面检测仪23，用于监测电脱水器中油水界面的高度，通过控制水出口控制阀6的开度，便于研究油水混合物在电脱水器内部的停留时间对油水分离效果的影响。

电脱水器内部完成油水混合物的油水分离，分离后的油与水分别进入油箱和水箱，经油泵与水泵提升后，经进油管、进水管进入混合器混合后返回电脱水器中，整个装置可以循环演示电脱水工艺流程，可以反复演示电脱水的过程。

电脱水器、出油管15、出水管17和进液管19均为透明材料，例如有机玻璃，便于学生清晰、直观的看到电脱水器内部构造和电脱水的工艺流程。

油泵、水泵分别与变频器连接，由变频器控制转速，油泵、水泵的出口管线上装有油流量计12和水流量计13，通过各自的变频器改变油泵、水泵的转速，从而改变油泵、水泵输出的油量与水量，从而改变油水比和总液量，以此实验不同的含水量和停留时间对脱水效果的影响。

油水界面检测仪23、油流量计12，水流量计13、含水分析仪7、含油分析仪9、温控器均与计算机连接，使得整个装置的参数，包括流量、温度、油水界面高度和含水率、含油率等都可以通过数据采集程序由计算机自动采集记录；泵的转速和调节阀的开度、高压电源的电压及频率、温控器的温度等都可以由计算机控制，实现实验过程的全自动化。

装置的原理如下：

整个实验装置开启时，油箱11里的油和水箱10里的水分别由相应的油泵21、水泵20抽出，计量流量后进入混合器14，在混合器中充分混合之后经由进液管19进入电脱水器中进行脱水。

油水混合液进入装置后，水滴在顶层电极板1和底层电极板2产生电场的作用下发生聚结、沉降，与电极板相连的高压电源3可以确保电极之间保持高压电场。

脱水完毕后，脱除的水经由脱水器底部的出水管17回到水箱10，出水管上安装含油分析仪9，通过就地显示，可以直观的看出本装置的脱水效果；通过远传，可以在计算机上显示实验数据，实现实验数据的采集，同时设有取样阀8，可以取样化验水中含油；上层的油则通过出油管15回到油箱11，出油管15上安装有含水分析仪7，通过就地显示，可以直观的看出本装置的脱水效果；通过远传，可以在计算机上显示实验数据，实现实验数据的采集，出油管15设有取样阀5，可取样化验油中含水。通过油中含水和水中含油的结果可以评价脱水器在各种操作条件下的脱水效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。