一种原油电脱盐脱水器的制作方法

专利名称：一种原油电脱盐脱水器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于石油化工行业的原油电脱盐脱水设备。
背景技术：
中国专利CN2159833Y公开了一种鼠笼式电极组合件和原油水平流动的电脱盐脱水装置和工艺。油水混合料从电脱盐脱水器罐体的油水混合料入口端进入罐体内，通过分配板水平流动，依次通过弱电场区、过渡电场区和强电场区。聚结水滴以抛物线轨迹沉降到罐底，脱盐脱水后的原油从位于电脱盐脱水器罐体净化原油出口端的集油管抽出。这种电脱盐脱水器采用的是单层电极，可用于罐径较小、处理量较小的电脱盐脱水装置。由于采用了原油水平流动方式，使原油流动方向与水滴沉降方向垂直，从而基本消除了原油流动对水滴沉降产生的不利影响。这种电脱盐脱水器的主要缺点是由于油水混合料在进入强电场区之前不仅经过了弱电场区，而且还经过了过渡电场区，使进入强电场区的油水混合料中水的含量大量减少。从水滴聚结力与原油含水量的关系可以看出(参见下文)，在这种情况下，将使强电场区的电聚结作用弱化，甚至完全消失，因此会严重影响原油的电脱盐脱水效率。此外，电脱盐脱水器罐体中形成环形电场，电场强度径向分布的不均匀性，也将影响原油的脱盐脱水效果。由于电场基本施加到电脱盐脱水器罐体的全部内部空间，因此电脱盐脱水装置的电耗会明显增加。
CN1298922A所公开的一种电脱盐脱水器，采用横断面呈圆环形的多层电极；电极组合件中相邻两层电极之间的间距从顶部到底部逐渐由小到大，使电场强度从上到下由强变弱。原油也是采用水平流动方式。这种电脱盐脱水器可用于罐径较大、处理量较大的电脱盐脱水装置，但其所形成的环形电场也存在电场强度径向分布不均匀的问题，影响到原油的电脱盐脱水效果。由于环形电场几乎充满了电脱盐脱水器罐体内的全部空间，因此其电耗也比较高。CN1298922A所公开的这种电脱盐脱水器，在实际应用中也设有弱电场区、过渡电场区和强电场区(油水混合料依次通过这三个电场区)，对原油电脱盐脱水效率也有明显不利的影响。
中国专利CN2177723Y公开的一种电脱盐脱水装置，电极板平面与电脱盐脱水器罐体的轴向相垂直，正、负电极板相间布置。通过电路控制，垂直电极板之间形成半波直流强电场，而电极板的下端部与油水界面之间形成交流弱电场。油水混合料通过位于电脱盐脱水器罐体底部水相中的进料分配器进入电脱盐脱水器罐体中，并迅速上升，通过油水界面进入弱电场区，然后再进入强电场区。在电场的作用下，油水混合料中的含盐小水滴聚结成大水滴，并从原油中沉降出来，进入电脱盐脱水器罐体底部的连续水相，再从罐底排出；净化原油则通过位于电脱盐脱水器罐体顶部的集合器从罐顶排出装置。半波电场的采用，使电脱盐脱水装置的电耗有所下降，但电脱盐脱水器罐体内原油由下向上的流动方式会影响水滴的沉降，强电场前弱电场的采用也会弱化强电场的电聚结作用，从而影响原油的电脱盐脱水效率。此外，该装置采取罐底水相进料，会影响电脱盐脱水器的排水水质。
美国专利USP4209374提出了一种采用水平设置的多层平面型电极板的强电场进料的电脱盐脱水技术。电极板分别通电，电极板之间都形成强电场；进料分配器把油水混合料直接送入每一个强电场，或把油水混合料先送入最下层电场，再将最下层电场未完全脱盐脱水的油水混合料作为进料送入下一级电场。净化原油从位于电脱盐脱水器罐体上部的出油口抽出，水从位于电脱盐脱水器罐体下部的出水口抽出。这种电脱盐脱水过程采用强电场进料，有利于油水混合料中水滴的聚结，但其由下向上的原油流动方向对水滴的沉降有阻滞作用。
美国专利USP4374724和USP4511452提出了多级电脱盐脱水设备。所述设备包括一个卧式电脱盐脱水器罐体，其内有水平设置的多层平面型电极板，电极板的长度和宽度与其所处位置罐体的长度和宽度基本相等，相邻两层电极板之间都形成强电场。油水混合料通过位于电脱盐脱水器罐体径向一边的第一级进料分配器进入最下层电场，水平流动通过最下层电场的原油通过位于罐体内与上述进料分配器相对一边的集油器从罐体抽出，再经混合器与新鲜水混合后作为下一级电场的进料，通过与第一级进料分配器位于罐体同一边的第二级进料分配器进入下一级电场；如此循环通过若干级电场。净化原油通过位于罐体上部的集油器从罐顶抽出，水从位于罐体底部的出水口抽出。这种技术的问题是进料分配器设在罐体内部的侧面，净化原油集油器设在罐体内部的上部。罐体内从上到下油水混合料的含水量由低变高；位于下层电场中的油水混合料，随着油水分离，低含水量油水混合料会穿过上层电极板进入上层电场，位于上层电场中的高含水量油水混合料也会穿过下层电极板进入下层电场。因此，很难在上下各个电场之间形成真正意义上的多级电脱盐脱水。

发明内容
本发明主要用以同时解决上述现有的各种原油电脱盐脱水器分别存在的如下技术问题油水混合料依次通过弱电场区、过渡电场区和强电场区而使强电场区的电聚结作用弱化，影响并降低了原油的电脱盐脱水效率；电脱盐脱水器罐体内原油由下向上流动，从而阻滞原油中水滴的沉降，降低了油水分离效率；采用强电场直接进料的多级电脱盐脱水设备，各级电场间存在不同含盐含水量油水混合料的返混；采用鼠笼式电极组合件或横断面呈圆环形的多层电极的电极组合件的电脱盐脱水器，所形成的环形电场的电场强度径向分布不均匀，影响原油的电脱盐脱水效果，且电耗较高。
为解决上述问题，本发明提出的技术构思是原油电脱盐脱水器采用强电场直接进料、罐体内原油沿罐体的轴向水平流动、强电场采用匀强电场。为此采用了具有上述技术构思的如下两种技术方案一种原油电脱盐脱水器，包括一个卧式圆筒型罐体，罐体的一端为油水混合料入口端，另一端为净化原油出口端，罐体净化原油出口端的顶部设有出油管，其特征在于罐体内从油水混合料入口端起沿罐体的轴向依次设有进料分配器和强电场聚结区，强电场聚结区设有至少二层与罐体的轴向平行的平面型电极板，各层电极板之间相互平行，所述进料分配器相对于强电场聚结区内所有相邻两层电极板之间的空间分别相应地设有喷口。
一种原油电脱盐脱水器，包括一个卧式圆筒型罐体，罐体的一端为油水混合料入口端，另一端为净化原油出口端，罐体净化原油出口端的顶部设有出油管，其特征在于罐体内从油水混合料入口端起沿罐体的轴向设有进料分配器和强电场聚结区，强电场聚结区设有至少二层与罐体的轴向垂直的平面型电极板，各层电极板之间相互平行，所述进料分配器相对于强电场聚结区内所有相邻两层电极板之间的空间分别相应地设有喷口。
上述两种技术方案，原油电脱盐脱水器罐体内均从油水混合料入口端起沿罐体的轴向设有进料分配器和强电场聚结区，并在罐体净化原油出口端的顶部设置出油管；强电场聚结区内均设有相互平行的平面型电极板。所设进料分配器在操作过程中，均可将油水混合料直接喷入强电场聚结区内所有相邻两层电极板之间所形成的匀强的强电场中，从而实现强电场直接进料。并且，上述两种原油电脱盐脱水器的结构均可保证其在操作过程中原油沿罐体的轴向水平流动。所以，上述两种技术方案属于一个总的发明构思。
本发明所述的强电场，是原油电脱盐脱水领域常用的术语，是相对于弱电场而言的。在石油化工行业的原油电脱盐脱水工艺中，油水混合料的含水量一般为3～10体积％(注本发明说明书中，用体积％表示体积百分含量)，现有的原油电脱盐脱水器弱电场的电场强度一般为200～500伏特/厘米，强电场的电场强度一般为600～1500伏特/厘米；在同一原油电脱盐脱水器中，强电场的电场强度一般是弱电场电场强度的2倍。对于本发明的原油电脱盐脱水器而言，强电场的电场强度一般为600～4000伏特/厘米。
采用本发明，可同时取得如下的有益效果(1)本发明的原油电脱盐脱水器内设有强电场聚结区，在操作过程中，油水混合料由进料分配器直接进入强电场聚结区内所有相邻两层电极板之间所形成的强电场中。现有的采用弱电场(包括过渡电场)—强电场进料方式(也可简称为弱电场进料方式)的原油电脱盐脱水器(如CN2159833Y、CNl298922A、CN2177723Y所述)，经弱电场后再进入强电场的油水混合料中的含水量，一般比直接进入强电场中的油水混合料的含水量减少85体积％以上。从水滴聚结力与原油含水量的关系 (即F正比于x的三分之四次方，式中F为油水混合料中水滴在电场作用下的聚结力，x为油水混合料中水的体积百分含量)可以看出，采用本发明，一般可使油水混合料中的水滴在强电场中的电聚结力较上述现有的电脱盐脱水器提高10倍以上(如含水量为7体积％的油水混合料直接进入强电场时，水滴的聚结力是含水量为1体积％的油水混合料进入强电场时水滴聚结力的16倍，是含水量为0.4体积％的油水混合料进入强电场时水滴聚结力的45倍)，因此可以使油水混合料中的水滴聚结速度、聚结效果和沉降分离速度明显提高，从而提高原油的电脱盐脱水效率；(2)本发明的原油电脱盐脱水器的结构，可保证其在操作过程中原油沿罐体的轴向水平流动；这将在具体实施方式
中结合附图进行说明。与采用下进上出的原油流动方式的电脱盐脱水器(如CN2177723Y、USP4209374所述)相比，消除了上升原油对沉降水滴的阻滞作用，有利于水滴的沉降分离。此外，本发明的原油电脱盐脱水器还能够消除USP4374724和USP4511452所述采用强电场直接进料的多级电脱盐脱水设备所存在的各级电场间油水混合料的返混问题；(3)在本发明的一些具体实施方式
中，强电场聚结区与电脱盐脱水器罐体的净化原油出口端之间沿罐体的轴向设有沉降分离区。设置沉降分离区，可使不能在强电场聚结区中沉降分离的小水滴在沉降分离区继续以抛物线轨迹与原油分离。在电脱盐脱水器罐体内径较大、油水界面至罐顶距离较大(例如大于500毫米)时，还可在沉降分离区内设置多层与水平面平行的接水板。在沉降分离区内设置接水板，可使在强电场聚结区中电聚结后的原油中水滴的最大沉降距离大幅度缩短(不设接水板时，水滴的最大沉降距离是从罐顶到罐底水相之间的距离；设置接水板时，水滴的最大沉降距离为相邻两层接水板之间的距离)。与现有的原油为水平流动的原油电脱盐脱水设备(如CN2159833Y、CNl298922A所述)相比，在相同条件下，为水滴沉降所提供的必要的原油水平流动行程大幅度缩短，也即为水滴沉降所提供的必要的电脱盐脱水器的罐容大幅度减小。总之，本发明原油电脱盐脱水器中沉降分离区的设置，可以进一步提高电脱盐脱水器罐体中油水分离的效率，从而缩短电脱盐脱水器罐体中物料(包括原油、水和油水混合料)的停留时间，提高原油的电脱盐脱水效果和单位体积罐容的原油加工能力，降低加工单位重量原油的设备投资和操作成本。
本发明的原油电脱盐脱水器由于同时具备上述三方面的优点，使之在同等条件下，其电脱盐脱水效率比现有的各种电脱盐脱水设备有明显提高。由于水滴聚结速度快、聚结效果好，强电场聚结区原油中水滴的平均粒径比采用弱电场进料方式时电场中分散水滴的平均粒径大，使电场中油水混合料的电导率明显下降。同时，油水混合料在本发明原油电脱盐脱水器强电场中的停留时间也比在采用弱电场进料方式的电脱盐脱水器的弱电场和强电场中油水混合料的总停留时间短得多。因此，本发明原油电脱盐脱水器的电耗可明显降低。另外，本发明原油电脱盐脱水器强电场聚结区内的各层电极板之间相互平行，相邻两层电极板之间形成匀强电场，消除了CN2159833Y和CN1298922A所述的电脱盐脱水器因形成环形电场而使电场强度径向分布不均匀的问题，有利于提高原油的电脱盐脱水效果。还有，采用本发明的进料分配器和强电场直接进料方式，可避免现有的原油电脱盐脱水器(如CN2177723Y所述)采用罐底水相进料而对水相的扰动，使原油电脱盐脱水器的排水含油量和化学耗氧量等降低，从而可降低污水处理费用。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。


图1是本发明的一种罐体带两个水包、设有一组与罐体的轴向平行的电极板和一个进料分配器的原油电脱盐脱水器的轴向剖视图。
图2是本发明的一种罐体不带水包、设有一组与罐体的轴向平行的电极板和一个进料分配器的原油电脱盐脱水器的轴向剖视图。
图3是本发明的一种罐体带两个水包、设有两组与罐体的轴向平行的电极板和两个进料分配器的原油电脱盐脱水器的轴向剖视图。
图4是本发明的一种罐体带两个水包、设有一组与罐体的轴向垂直的电极板和一个进料分配器的原油电脱盐脱水器的轴向剖视图。
图5是图1中的A-A向剖视图，示意了电极板与水平面平行设置的情况。
图6是图1中的A-A向剖视图，示意了电极板与水平面垂直设置的情况。
图7是图1中的A-A向剖视图，示意了电极板与水平面成任意角度设置的情况。
图8是图4中的E-E向剖视图，电极板为圆形，与罐体的轴向垂直设置。
图9是一种与罐体的轴向垂直设置的弓形电极板及其在罐体内设置的示意图。
图10是图2中的C-C向剖视图，示意了电极板与水平面平行设置的情况。
图11是图2中的C-C向剖视图，示意了电极板与水平面垂直设置的情况。
图12是图2中的C-C向剖视图，示意了电极板与水平面成任意角度设置的情况。
图13是图1中的B-B向剖视图，示出沉降分离区内与水平面平行设置的接水板。
图14是图2中的D-D向剖视图，示出沉降分离区内与水平面平行设置的接水板。
图15是图1中的A-A向剖视图，示出采用一种多层喷头式进料分配器时该进料分配器的整体结构及其同与水平面平行设置的多层电极板之间的配置。
图16是图2中的C-C向剖视图，示出采用一种多孔管式进料分配器时该进料分配器的整体结构及其同与水平面平行设置的多层电极板之间的配置。
图17是图1中的I部放大图，进料分配器为多层喷头式。
图18是图1中的I部放大图，进料分配器为多孔管式。
图19是图1中的II部放大图，示出接水板上设置的降液管的详细结构。
图20是图4中的III部放大图，示出圆盘式进料分配器的分配圆盘及所设小孔形喷口的详细结构。
图21是图20中分配圆盘的F向视图。
具体实施例方式
如图1所示，是本发明的一种原油电脱盐脱水器。它包括一个卧式圆筒型罐体1，罐体1的一端为油水混合料入口端(以下简称为入口端)，另一端为净化原油出口端(以下简称为出口端)。罐体1的底部带有两个水包12，水包12的底部分别设有出水管13。在罐体1内，从入口端起沿罐体1的轴向依次设有进料分配器4、强电场聚结区5和沉降分离区7，罐体1出口端的顶部设有出油管10。罐体1的出口端还设有挡板11和集油室9。
强电场聚结区5设有多层(至少二层)与罐体1的轴向平行的平面型电极板6，各层电极板6之间相互平行。图1中，电极板6与水平面平行设置，参见图1和图5。各层电极板6采用沉降水滴可穿透的结构，如用金属棒或金属管制成的隔栅。各层电极板6用绝缘支撑及绝缘吊挂固定在电脱盐脱水器的罐体1内(图中未示出)。高压电通过高压电引入装置引入罐体1内，按要求与各层电极板6连接(图中未示出)。本发明，用于处理含水量为3～10体积％的油水混合料，要求强电场聚结区5内所有相邻两层电极板6之间的电场强度一般为600～4000伏特/厘米，较佳的电场强度为700～1500伏特/厘米。本发明所指的“强电场”，即具有上述数值范围电场强度的电场。由于各层电极板之间相互平行，相邻两层电极板之间形成的电场均为匀强电场。电极板6之间形成的电场可以是交流电场，也可以是直流电场。电极板6可以全部通电，也可以部分通电、部分接地；部分通电、部分接地时，相邻的两层电极板必须是一个通电、一个接地。本发明说明书中所述的“强电场聚结区”，即是指由设于其内的各层电极板以及所有相邻两层电极板之间所形成的强电场所构成的区域。所设电极板6的层数，则是由原油电脱盐脱水器罐体内径的大小、变压器输出电压的高低和强电场聚结区内相邻两层电极板之间的电场强度的设计值来决定的，取决于具体的操作过程；但至少应设置二层电极板。
如图1所示，进料分配器4可采用多层喷头式进料分配器或多孔管式进料分配器，参见图15、图16、图17和图18。进料分配器4相对于强电场聚结区5内所有相邻两层电极板6之间的空间分别相应地设有多层喷口401(一般来说，每相邻两层的电极板之间设置一层喷口)，每层喷口可设置多个喷口。喷口401均位于相邻两层电极板6之间(参见图17、图18)，使油水混合料能经喷口401沿罐体1的轴向喷入所有相邻两层电极板6之间所形成的强电场中。上述进料分配器可由现有的同类进料分配器改装而成。另外，不限于使用上述两种进料分配器，还可以使用工业上常用的其它类型的进料分配器；只要进料分配器能经其喷口将油水混合料沿电脱盐脱水器罐体的轴向喷入强电场聚结区内所有相邻两层电极板之间所形成的强电场中即可。
图1中，进料分配器4与进料管3相连，进料管3上设有混合器2。混合器2可以是混合阀、静态混合器或组合式混合器。
如图1所示的原油电脱盐脱水器，在沉降分离区7内设置有多层与水平面平行的平面型接水板8，各层接水板8上均设有若干降液管801。图13进一步示出了上述接水板8在与罐体1的轴向垂直的罐体横截面上的结构与设置情况。参见图1和图19，降液管801是在接水板8上开孔的下方设置的一段短管。在强电场聚结区5后设沉降分离区7，可使不能在强电场聚结区中沉降分离的小水滴在沉降分离区继续以抛物线轨迹与原油分离。在电脱盐脱水器罐体内径较大、油水界面至罐顶距离较大(例如大于500毫米)时，一般还应在沉降分离区内设置上述的接水板。如前文所述，在沉降分离区7内设置接水板8，可使在强电场聚结区5中电聚结后的原油中水滴的最大沉降距离大幅度缩短。接水板8可采用材质为液体不能透过的平面型金属板或非金属板制作。在沉降分离区7内，各层接水板8应当与水平面平行设置。所设接水板8的层数，是由原油电脱盐脱水器罐体的内径和相邻两层接水板之间的距离决定的；相邻两层接水板之间的距离一般为100～2000毫米，较佳的距离为200～500毫米。各层接水板8可以采用焊接、螺栓连接等常用的方法固定到罐体1上。
图1所示的原油电脱盐脱水器，其操作过程是这样的原油和水经过混合器2混合后形成油水混合料，经过进料管3进入电脱盐脱水器罐体1内的进料分配器4，进料分配器4经其喷口将油水混合料沿罐体1的轴向直接喷入强电场聚结区5内所有相邻两层电极板6之间所形成的强电场中。在强电场的作用下，油水混合料中的小水滴迅速聚结。原油从强电场聚结区5流出后，沿罐体1的轴向水平流动，通过沉降分离区7。从沉降分离区7流出的与水滴完全分离后的净化原油(净化原油指达到脱盐脱水指标的原油)进入集油室9，并通过出油管10排出罐体1。在强电场聚结区5，部分水滴按抛物线轨迹直接沉降至罐底水相中。被原油带入沉降分离区7的水滴也按抛物线轨迹继续沉降至各层接水板8，在各层接水板8上形成水相。上层接水板上的水相以水流或大水滴的形式通过降液管801流到其下一层的接水板上，如此通过降液管逐层下降，最后通过最下一层接水板上的降液管流入罐底水相。图1中，罐底水相位于罐体1底部的两个水包12内，附图标记14表示油水界面。两个水包12内的罐底水分别通过设于水包底部的出水管13排出罐体。
图1所示的原油电脱盐脱水器，可有一些结构以及相应的操作过程上的变化，说明如下。图1所示原油电脱盐脱水器的沉降分离区7内，各层接水板8上可以不设置降液管，而是设置若干降液孔；降液孔是在各层接水板8上开设的开孔。操作过程中，上层接水板上的水相同样以水流或大水滴的形式通过降液孔流到其下一层的接水板上，如此通过降液孔逐层下降，最后通过最下一层接水板上的降液孔流入罐底水相。上述接水板8上所设降液管801横截面的形状和降液孔的形状，可以是圆形、方形等多种形状。
在油水混合料含水量较低时(如低于3体积％)，各层接水板8上还可以不设置降液管和降液孔。此时各层接水板8仅仅由材质为液体不能透过的平面型金属或非金属板组成，同样需要与水平面平行设置。操作过程中，水滴沉降至各层接水板，并在各层接水板上形成水相；然后再以水流或大水滴的形式从各层接水板沿罐体轴向的两个端部向下流至罐底水相。
在原油电脱盐脱水器罐体内径较小、油水界面至罐顶距离较小(例如小于500毫米)时，沉降分离区7内可不设置接水板。此时沉降分离区仅仅是电脱盐脱水器罐体内的一段空间，其内无接水板等内构件。由强电场聚结区流出的、不能在强电场聚结区中沉降分离的小水滴，同样能在此沉降分离区继续以抛物线轨迹与原油分离，并沉降至罐底水相。
如果在强电场聚结区水滴聚结沉降分离后，原油中的盐、水含量能够达到要求时，也可以不设沉降分离区。此时由强电场聚结区5流出的与水滴完全分离后的净化原油进入集油室9，并通过出油管10排出罐体1。
还可以不设置挡板11和集油室9。此时由强电场聚结区5或沉降分离区7流出的与水滴完全分离后的净化原油，直接由设于罐体1出口端顶部的出油管10排出罐体1。
图1所示的原油电脱盐脱水器，强电场聚结区5所设的平面型电极板6与罐体1的轴向平行，并且与水平面平行设置，各层电极板6之间相互平行。除此之外，电极板6还可以沿与罐体1的轴向平行的方向与水平面垂直设置，或除与水平面平行和垂直设置外与水平面成其它任意角度设置，各层电极板6之间仍相互平行。若从图1中的A-A向剖视，其设置方式分别如图6、图7所示。电极板6采用上述两种设置时，进料分配器4需从如图15所示的同与水平面平行设置的电极板相配置的位置随各层电极板一起绕罐体轴向旋转，使其各层喷口分别相对于所有相邻两层电极板之间的空间，并均位于相邻两层电极板之间，以将油水混合料经喷口沿罐体的轴向喷入所有相邻两层电极板之间所形成的强电场中(图略)。电极板6采用如图6、图7所示的两种设置方式的原油电脱盐脱水器，其余结构和操作过程以及结构和相应的操作过程的变化，与上述电极板6与水平面平行设置的原油电脱盐脱水器相同。图5、图6和图7中，均未示出进料分配器、进料管等部件。
原油电脱盐脱水器罐体底部设置水包，主要是为了增加罐体的有效容积，因此可以设置水包，也可以不设水包；设置水包时可以设置一个，也可以设置多个。图1所示的原油电脱盐脱水器，罐体1的底部带有两个水包12，罐底水相位于水包12内，油水界面14也位于水包12内。此时罐体1的下部没有水相，强电场聚结区5内的各层电极板6和沉降分离区7内的各层接水板8以及进料分配器4可以分别在其所处的罐体1的轴向位置自罐体1的罐顶至罐底的空间布置；参见图1、图5、图6、图7、图13和图15。
图2所示本发明的一种原油电脱盐脱水器，结构与图1所示的原油电脱盐脱水器类似；主要差别是罐体1的底部不带水包，出水管13直接连接于罐体1的底部。操作过程中，罐体1下部的罐底水直接通过出水管13排出罐体。油水界面14位于罐体1的下部，油水界面以下为罐底水相。此时，其强电场聚结区5内的各层电极板6和沉降分离区7内的各层接水板8以及进料分配器4均应分别在其所处的罐体1的轴向位置自罐体1的罐顶至油水界面14之上的空间布置，简而言之就是置于油水界面14之上；参见图2、图10、图11、图12、图14和图16。图2中，强电场聚结区5内的各层电极板6均为相互平行的平面型电极板，与罐体1的轴向平行；可以与水平面平行设置(参见图10)、与水平面垂直设置(参见图11)，或除与水平面平行和垂直设置外与水平面成其它任意角度设置(参见图12)。图10、图11和图12中，均未示出进料分配器、进料管等部件。图14表明了图2所示原油电脱盐脱水器的沉降分离区7内的接水板8在与罐体1的轴向垂直的罐体横截面上的结构与设置情况，图16进一步表明了图2中进料分配器4的整体结构及其同与水平面平行设置的多层电极板6之间的配置。进料分配器4为多孔管式进料分配器(也可以使用多层喷头式进料分配器或其它类型的进料分配器)，也置于油水界面14之上。进料分配器4与强电场聚结区5内多层电极板6之间的配置，例如进料分配器在相邻两层电极板之间的喷口的设置，以及喷口将油水混合料喷入相邻两层电极板之间的强电场中的方式，均与图1所示原油电脱盐脱水器相对应的情况类同。图16中，进料分配器4的各层喷口401与水平面平行设置。而在图11、图12所示的电极板与水平面垂直设置或与水平面成其它任意角度设置的情况下，应对进料分配器各层喷口的设置方向进行相应的改变，使每层喷口也随各层电极板一起与水平面垂直设置或与水平面成其它任意角度设置，以使其分别相对于所有相邻两层电极板之间的空间。
图2所示的原油电脱盐脱水器其余未提及的结构和原油电脱盐脱水器的操作过程，以及结构和相应操作过程的变化，均与图1所示的原油电脱盐脱水器及其变化相同，可参照相应有关的说明。
图1所示的原油电脱盐脱水器，强电场聚结区5内设置一组电极板。而图3所示的一种原油电脱盐脱水器，在强电场聚结区5内设置了两组电极板6，每组电极板的设置均与图1所示的原油电脱盐脱水器的情况相同。两组电极板从罐体1的入口端起沿罐体1的轴向依次布置，并沿此方向各设有一个进料分配器4。在操作过程中，两个进料分配器4同时经其喷口将油水混合料沿电脱盐脱水器罐体1的轴向分别直接喷入强电场聚结区5内两组电极板中的所有相邻两层电极板6之间所形成的强电场中。图3所示原油电脱盐脱水器其余未提及的结构和电脱盐脱水器的操作过程，以及结构和相应操作过程的变化，均与图1所示的原油电脱盐脱水器及其变化相同，可参照有关的说明。在原油处理量比较大的情况下，可采用图3所示的原油电脱盐脱水器。
图1～图3所示的原油电脱盐脱水器，由于其进料分配器4和出油管10从罐体1的入口端至出口端设置(其中出油管10设于罐体1出口端的顶部)，因而在操作过程中，可使原油沿罐体1的轴向水平流动。
图1～图3所示的原油电脱盐脱水器，强电场聚结区内的电极板均与罐体的轴向平行；而图4所示的一种原油电脱盐脱水器，强电场聚结区内的电极板与罐体的轴向垂直设置，参见图4。这种原油电脱盐脱水器，同样包括一个卧式圆筒型罐体1，罐体1的一端为油水混合料入口端，另一端为净化原油出口端。罐体1的底部带有两个水包12，水包12的底部分别设有出水管13。在罐体1内，从入口端起沿罐体1的轴向设有进料分配器4、强电场聚结区5和沉降分离区7，罐体1出口端的顶部设有出油管10。其沉降分离区7如同图1所示的原油电脱盐脱水器，设置有多层与水平面平行的平面型接水板8，各层接水板8上均设有若干降液管801。
图4所示的原油电脱盐脱水器，强电场聚结区5设有多层(至少二层)与罐体1的轴向垂直的平面型电极板6，各层电极板6之间相互平行。电极板同样采用沉降水滴可穿透的结构。各层电极板6的固定方法、与高压电装置的连接、通电和/或接地方式、电极板6的设置层数、相邻两层电极板6之间的电场强度等内容，与图1所示的原油电脱盐脱水器类同，可参照有关的说明。
图4所示的原油电脱盐脱水器，进料分配器4为圆盘式进料分配器，与各层电极板6的中心同轴线布置。进料分配器4相对于强电场聚结区5内所有相邻两层电极板6之间的空间分别相应地设有多个与电极板6平行的分配圆盘402，每个分配圆盘402的外圆周上设有多个喷口401(喷口为小孔形)；所有喷口401均位于相邻两层电极板6之间，使油水混合料能经喷口401沿与电极板6平行的方向喷入所有相邻两层电极板6之间所形成的强电场中。圆盘式进料分配器4及其分配圆盘402的结构以及与电极板6之间的配置参见图4、图20和图21。图20以及图21所示的圆盘式进料分配器的分配圆盘，每个分配圆盘402的外圆周上设置的是多个小孔形喷口401；其结构与美国专利USP4209374所述的一种球形脱盐器所用的“环形盒”进料分配器(绕其外圆周带有小孔)相似，可参见该专利图4及有关说明。除可设置小孔形的喷口外，还可以绕每个分配圆盘的外圆周开设狭缝，形成环缝形喷口(图略)；环缝形喷口也位于相邻两层电极板之间，同样可用于将油水混合料沿与电极板平行的方向喷入所有相邻两层电极板之间所形成的强电场中。另外，不限于使用上述的圆盘式进料分配器，还可以使用具有与之同等功能的其它结构的进料分配器。将油水混合料分配到电极板之间的进料分配器技术，对本领域来说是公知的技术。进料分配器的结构可有多种形式，所属技术领域的技术人员可方便地加以选取。本发明图示的几种进料分配器，不应理解为是对本发明的限制。
图4所示的原油电脱盐脱水器的罐体1如同图1所示的原油电脱盐脱水器，罐体1的底部带有两个水包12，罐底水相位于水包12内，油水界面14也位于水包12内。此时罐体1的下部没有水相，强电场聚结区5内的各层电极板6和沉降分离区7内的各层接水板8可以分别在其所处的罐体1的轴向位置自罐体1的罐顶至罐底的空间布置，参见图4和图8以及图13。由图8可见，在与罐体1的轴向垂直的罐体横截面上，电极板6的形状为圆形，圆盘式进料分配器4与圆形电极板6的中心(即其圆心)同轴线布置。
图4所示的原油电脱盐脱水器，其操作过程是这样的原油和水经过混合器2混合后形成油水混合料，经过进料管3进入电脱盐脱水器罐体1内的圆盘式进料分配器4，圆盘式进料分配器4经其每个分配圆盘402外圆周上的多个小孔形喷口401将油水混合料沿与电极板6平行的方向直接喷入强电场聚结区5内所有相邻两层电极板6之间所形成的强电场中。在强电场的作用下，油水混合料中的小水滴迅速聚结。原油从强电场聚结区5流出后，沿罐体1的轴向水平流动，通过沉降分离区7。从沉降分离区7流出的与水滴完全分离后的净化原油通过设于罐体1出口端顶部的出油管10排出罐体1。在强电场聚结区5，部分水滴按抛物线轨迹直接沉降至罐底水相中。被原油带入沉降分离区7的水滴继续沉降至各层接水板8并在其上形成水相，各层接水板8上的水相通过降液管801逐层下降，最后流入位于两个水包12内的罐底水相，水包12内的罐底水通过出水管13排出罐体；上述沉降分离区的水滴沉降过程以及罐底水排水过程与图1所示的原油电脱盐脱水器完全相同。需要说明的是，图4所示的原油电脱盐脱水器，其圆盘式进料分配器4是沿与电极板6平行的方向喷射油水混合料的，喷射方向与罐体1的轴向垂直；但由于其圆盘式进料分配器4和出油管10从罐体1的入口端至出口端设置(其中出油管10设于罐体1出口端的顶部)，因而在操作过程中，油水混合料进入相邻两层电极板6之间的强电场后，水滴聚结沉降，原油流动方向逐渐变成沿罐体1的轴向水平流动，如图4中的箭头所示。另外，图4所示的原油电脱盐脱水器与图1所示的原油电脱盐脱水器的主要不同，在于强电场聚结区内电极板的形状和设置、进料分配器的结构及其与电极板的配置；其余未提及的结构及其变化均与图1所示的原油电脱盐脱水器及其变化相同。
图4所示的原油电脱盐脱水器也可如图2所示的原油电脱盐脱水器，其罐体1的底部不设水包，而是将出水管13直接连接于罐体1的底部。操作过程中，罐体1下部的罐底水直接通过出水管13排出罐体。油水界面14位于罐体1的下部，油水界面以下为罐底水相。此时，其强电场聚结区5内的各层电极板6和沉降分离区7内的各层接水板8以及圆盘式进料分配器4也均应设于油水界面14之上。这种结构的原油电脱盐脱水器的附图省略，仅在图9中示出了其所用的电极板和电极板在罐体内的设置情况。由图9可见，在与罐体1的轴向垂直的罐体横截面上，强电场聚结区内电极板6的形状为弓形；弓形电极板6与罐体1的轴向垂直设置，置于油水界面14之上。进料分配器4仍采用图4所示的圆盘式进料分配器，与各层弓形电极板6的中心(即弓形高度的中点)同轴线布置。圆盘式进料分配器与各层电极板之间其它的配置，例如分配圆盘及其喷口在相邻两层电极板之间的设置，以及喷口将油水混合料喷入相邻两层电极板之间的强电场中的方式，还有电极板的结构和电极板相互平行设置等方面的内容，与上述图4所示的原油电脱盐脱水器类同，可参照有关的说明。沉降分离区内的接水板设于油水界面之上，设置方式与图2、图14所示的相同。对这种原油电脱盐脱水器其余结构以及操作过程的说明从略。
以上结合附图对本发明原油电脱盐脱水器的结构和操作过程进行了详细说明。但本发明的原油电脱盐脱水器并不限于图示的几种具体的结构形式以及说明书中所述的一些结构形式的变化，而是还可以合理地进行其它各种可能的部件结构或其组合方式的变化，以满足各种具体的操作要求。例如，对于图2和图4所示的原油电脱盐脱水器，也可以象图3所示的原油电脱盐脱水器那样，在强电场聚结区设置两组电极板，并分别设置两个进料分配器，以满足原油处理量比较大的操作。图2～图4所示的原油电脱盐脱水器，在强电场聚结区与罐体的出口端之间沿罐体的轴向都设置有沉降分离区；但按照对图1所示原油电脱盐脱水器所作的说明，这些原油电脱盐脱水器也都可以不设沉降分离区。设置沉降分离区时，其内是否设置接水板、接水板的结构和设置方式，以及原油由强电场聚结区流出进入沉降分离区后油中水滴在沉降分离区的沉降过程等方面，均可产生与图1所示的原油电脱盐脱水器基本相同的变化，可参照有关的说明。图2～图4所示的原油电脱盐脱水器，也可以如图1所示的原油电脱盐脱水器一样，在罐体的出口端设置挡板和集油室。至于本发明的各种原油电脱盐脱水器罐体出口端是否设置挡板和集油室，还有罐体底部是否设置水包、设置水包的数量等内容，以及由此而产生的原油电脱盐脱水器结构、部件布置和操作过程上的变化，均属本领域的技术人员所熟知的、或根据本发明说明书中的有关说明而易于理解的内容。以上只是对本发明原油电脱盐脱水器结构形式的变化进行了一些举例说明，并不排除采用本发明说明书提及的各种形状、结构、数量的部件、运用本技术领域的技术常识或本发明的启示进行其它各种合理的组合而得到其它的结构形式变化的原油电脱盐脱水器。
本发明说明书中所述的各种原油电脱盐脱水器，强电场聚结区内各种形状的电极板均采用沉降水滴可穿透结构的平面型电极板(例如用金属棒或金属管制成的隔栅)，各层电极板之间均相互平行，以在相邻两层电极板之间形成匀强的强电场。所述各种原油电脱盐脱水器，电极板与高压电引入装置的连接及其通电和/或接地方式等，均可按常规方式进行，本发明说明书对其进行了简要的举例说明(参见对图1所示电极板与水平面平行设置的原油电脱盐脱水器的说明)。有关高压电引入装置及其与电极板连接电路的附图均省略。
本发明原油电脱盐脱水器的各操作参数，除电场强度与现有采用强电场直接进料的原油电脱盐脱水器(例如USP4209374、USP4374724和USP4511452所述)相同或相似外，其余各操作参数例如温度、注水量、破乳剂应用情况、油水混合强度等，均与现有采用弱电场进料的原油电脱盐脱水器(例如CN2159833Y、CN1298922A和CN2177723Y所述)和现有采用强电场直接进料的原油电脱盐脱水器(例如USP4209374、USP4374724和USP4511452所述)相同或相似。
本发明说明书附图中，图1～图21中所有相同的附图标记均表示相同的部件。图2～图21各图中，所有未说明的附图标记所表示的部件均与图1或其它有关各图中相同附图标记所表示的部件相同。除本发明说明书另有说明外，相同附图标记所表示的相同部件具有基本相同的结构和作用。图1～图21有关附图中，用箭头表示油水混合料由进料分配器喷出的方向或原油流动方向。
本发明的各种原油电脱盐脱水器主要用于石油化工行业的原油电脱盐脱水过程。
权利要求
1.一种原油电脱盐脱水器，包括一个卧式圆筒型罐体(1)，罐体(1)的一端为油水混合料入口端，另一端为净化原油出口端，罐体(1)净化原油出口端的顶部设有出油管(10)，其特征在于罐体(1)内从油水混合料入口端起沿罐体(1)的轴向依次设有进料分配器(4)和强电场聚结区(5)，强电场聚结区(5)设有至少二层与罐体(1)的轴向平行的平面型电极板(6)，各层电极板(6)之间相互平行，所述进料分配器(4)相对于强电场聚结区(5)内所有相邻两层电极板(6)之间的空间分别相应地设有喷口(401)。
2.根据权利要求1所述的原油电脱盐脱水器，其特征在于强电场聚结区(5)与罐体(1)的净化原油出口端之间沿罐体(1)的轴向设有沉降分离区(7)。
3.根据权利要求2所述的原油电脱盐脱水器，其特征在于所述沉降分离区(7)内设有与水平面平行的平面型接水板(8)。
4.根据权利要求3所述的原油电脱盐脱水器，其特征在于接水板(8)上设有降液管(801)或降液孔。
5.一种原油电脱盐脱水器，包括一个卧式圆筒型罐体(1)，罐体(1)的一端为油水混合料入口端，另一端为净化原油出口端，罐体(1)净化原油出口端的顶部设有出油管(10)，其特征在于罐体(1)内从油水混合料入口端起沿罐体(1)的轴向设有进料分配器(4)和强电场聚结区(5)，强电场聚结区(5)设有至少二层与罐体(1)的轴向垂直的平面型电极板(6)，各层电极板(6)之间相互平行，所述进料分配器(4)相对于强电场聚结区(5)内所有相邻两层电极板(6)之间的空间分别相应地设有喷口(401)。
6.根据权利要求5所述的原油电脱盐脱水器，其特征在于强电场聚结区(5)与罐体(1)的净化原油出口端之间沿罐体(1)的轴向设有沉降分离区(7)。
7.根据权利要求6所述的原油电脱盐脱水器，其特征在于所述沉降分离区(7)内设有与水平面平行的平面型接水板(8)。
8.根据权利要求7所述的原油电脱盐脱水器，其特征在于接水板(8)上设有降液管(801)或降液孔。
全文摘要
本发明公开了一种用于石油化工行业的原油电脱盐脱水器，以解决现有电脱盐脱水器所存在的采用弱电场进料而使强电场区的电聚结作用弱化、原油由下向上流动而阻滞水滴沉降等问题；其主要特征在于操作时可采用强电场直接进料和原油水平流动。本发明的电脱盐脱水器，从罐体(1)的油水混合料入口端起沿罐体的轴向设有进料分配器(4)和强电场聚结区(5)，罐体净化原油出口端的顶部设有出油管(10)，强电场聚结区设有至少二层与罐体的轴向平行或垂直的平面型电极板(6)，各层电极板之间相互平行。进料分配器设有喷口，将油水混合料喷入所有相邻两层电极板之间的强电场中。在强电场聚结区与罐体净化原油出口端之间还可设置沉降分离区(7)。
文档编号B01D17/00GK1482212SQ0312626
公开日2004年3月17日 申请日期2003年7月18日 优先权日2003年7月18日
发明者张佩甫 申请人:中国石油化工集团公司, 中国石化集团洛阳石油化工工程公司