专利名称：高频脉冲原油电脱水装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种用于油田原油脱水的高频脉冲原油电脱水装置，在三次采出液处理技术方面尚未发现相关技术。
原油脱水是原油加工过程中的的一个重要环节，目前各油田多采用电——化学脱水方法，所加电压为50HZ的交流或直流高压，供电方式一般有交流脱水、直流脱水和交——直流脱水。
随着油田进入高含水期开采阶段，大部分油区综合含水高达90％，三次采油技术作为提高采收率的有效手段，在油田已开始应用且具有广泛的前景。但“三采”使用的大量驱油剂，使采出液的组成和油水乳化状态极为复杂，乳化液粘度大、颗粒细微，破乳、沉降都很困难，且油品的绝缘性能变差，常使电脱水器极板间产生短路现象，常规电脱水已不能满足生产的需要。如果三次采出液油水处理工艺技术得不到很好解决，其将成为制约三次采油技术推广及老油田稳产上产的关键。
本发明的目的是提供一种能处理三次采出液的高频脉冲原油电脱水装置。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的本发明由三相电源、整流电路、IGBT变换电路、辅助电路、保护电路、PWM驱动电路、高频变压器、高频整流器，和高频电脱水器组成。其特征在于三相电源经整流电路整流进IGBT变换电路变换形成高频脉冲，同时辅助电路提供控制电源至保护电路，通过PWM驱动电路来保护和控制IGBT的输出脉冲宽度和占空比。再经高频变压器升压后至高频整流器整流后形成高频高压脉冲，其脉冲经高压防爆接口及高压绝缘棒引入高频电脱水器电极板上，在高频电脱水器内形成高频脉冲电场；高压防爆接口为高频整流器的高压输出线与电脱水器的连接部分用防爆套筒把聚四氟乙烯绝缘棒封闭，再用耐压不锈钢编织软管把防爆套筒与高频整流器输出电缆的接线盒连接起来，不锈钢编织软管与电缆之间用聚四氟乙烯支持，且充满变压器油，提高绝缘性能；高频电脱水器内设三层平挂式电极，中层电极接地，上下两层电极接高频变压整流器的高压输出端。
高频脉冲脱水与常规脱水的比较从乳状液的电性能可知，任何乳状液都有其临界击穿电场强度，当外加的电场强度超出其临界击穿电场强度时，乳状液会发生短路，电场消失后，短路会消失，不同性质的乳状液其临界击穿电场强度及短路形成时间和短路消失时间也不同。特别是三次采出液临界击穿电压低，短路消失时间长，用常规电脱水器很难送电，且经常造成脱水器电极间短路，对原油脱水非常不利。
高频电脱水器的输入电压为高频脉冲，通过调整高频脉冲的频率和占空比，使高频脉冲输出时间(脉冲宽度)小于短路形成时间，高频脉冲的间隔时间大于短路消失时间。也就是说，乳状液短路形成之前，高频脉冲就消失了，乳状液短路消失，绝缘性能恢复后再发下一个脉冲。高频脉冲脱水与常规交、直流脱水相比，最大的优点是在处理较高含水、绝缘性能较差的乳状液特别是三次采出液时，可以保证脱水器内电场的稳定，从而提高原油脱水效果。
为了进一步公开本发明的技术方案下面结合说明书附图通过实例详细阐述
图1-高频脉冲原油电脱水装置工作原理框2-高频脉冲原油电脱水装置电路原理3-高频脉冲原油电脱水装置电路连接示意图高频脉冲原油电脱水装置工作原理如图1、2、3所示三相电源1经整流电路2整流后至IGBT变换电路3变换形成高频脉冲。同时辅助电路4提供的控制电源至保护电路5通过PWM驱动电路6来保护和控制IGBT的输出脉冲宽度和占空比。高频脉冲经高频变压器7升压后至高频整流器8整流后形成高频高压脉冲，高频高压脉冲经高压防爆接口及高压绝缘棒引入高频电脱水器电极板上在电脱水器内形成高频脉冲电场进行脱水。
具体按图3示意来说，图中的10是指图1中1～6所示的电路，将其插接组成高频电源发生器10；图中的11是指图1中的7～8所示的高频变压器和高频整流器，将其组合形成高频变压整流器11。三相电源经图3中高频电源发生器10的处理变成高频脉冲至高频变压整流器11变成高频高压脉冲，由高频变压整流器11引出电缆13经高压防爆接口及高压绝缘棒15引至高频脱水器9’内的电极板16上。所谓高压防爆接口是指用高压防爆套筒14把聚四氟乙烯绝缘棒封闭，再用耐压不锈钢丝编织的软管12把高压防爆套筒14与高频变压整流器11的高压输出电缆13的接线盒连接起来，不锈钢编织软管12与高压电缆13之间用聚四氟乙烯支撑，且充满变压器油，提高绝缘性能。
下面再对本发明的每个技术关键部位作详细阐明1、高频电源发生器输出功率5-50kVA，输出电压0-380V，输出频率为1000-2500HZ(无级调节)，波形为矩方波。并设有过热保护、过电压保护、缺相保护和过电流保护，通过对占空比的自动调节，电源发生器在最大电流时恒流输出。
高频电源发生器的开关元件采用绝缘栅双极晶体管(缩写IGBT)，是近年来发展起来的新一代电力半导体器件。它具有工作速度快、输入阻抗高、热稳定性能好、驱动简单、阻断电压高、载流能力强等优点，是最具有发展前景的电力半导体器件之一。
高频电源发生器主要由三相硅整流电路、变频主电路、驱动电路、脉宽调制电路、脉冲升压电路组成。脉宽调制电路能够调整脉冲输出频率。电路结构原理图见附图1。
2、高频变压整流器输出功率5-50kVA，输出电压20-35kV(可调)，输出频率为1000-2500HZ(无级调节)，波形为矩方波。
高频变压整流器由变压器和整流器两部分组成。高频变压器的高压绕组和低压绕组分别由二个分体线包组成，加大了层间和匝间的绝缘层厚度，整流器由二个反向并联的二极管组成，且变压器在充油时做抽真空处理，以提高绝缘强度。
3、高压防爆接口及高压绝缘棒额定压力1.0MP、额定温度160℃、额定电压100kV。
高压防爆接口为脱水变压整流器的高压出线与电脱水器的连接部分，采用充油防爆结构。用耐压1.0MPa的防爆套筒把聚四氟乙烯绝缘棒封闭，用耐压1.6MPa的不锈钢编织软管把防爆套筒与脱水变压整流器高压出线接线盒连接起来，高压电缆固定在不锈钢编织软管的中部，高压电缆用聚四氟乙烯支撑件支撑，以免高压电缆与不锈钢编织软管内壁接触。在这个密闭系统中充满变压器油，加强高压电缆的绝缘。高压出线系统能承受高于电脱水器的工作压力，当脱水绝缘棒过电压击穿时，不会发生油气泄漏，能避免火灾事故的发生。
高压绝缘棒由聚四氟乙烯绝缘材料制成，它具有耐温高160℃、耐击穿电压高等特点160kV，且安装检修极为方便。
高压防爆接口及高压绝缘棒的结构见附图34、高频电脱水器额定压力1.0MP、额定温度160℃。
(1)高频电脱水器的结构电脱水器内设三层电极，中层电极接地，上下两层电极接高频变压整流器的高压端。接线方式见附图3。电极组采用三层平挂电极，绝缘吊挂采用聚四氟乙烯材料，聚四氟乙烯材料具有耐高温、耐腐蚀、绝缘性能好等特点。
在电脱水器的下部和上部分别设有进油分配器、出油收集器。进油分配器、出油收集器的作用是使脱水器内的流场稳定，以保证水滴在电脱水器内充分聚结、沉降分离；使含水原油均匀地进入电脱水器，脱水后的原油均匀平稳地流出电脱水器。
(2)电脱水器内电场梯度的调整方法a.电脱水器内电极间的距离自下而上间距逐渐缩小，电场强度逐渐增强进入电脱水器的含水原油先进入弱电场进行脱水，在弱电场中可脱除较大的水滴，同时，原油的电导率将逐渐降低，原油不断的往脱水器上部流动，进入更强的电场中，以脱出更小的水滴。
b.通过调整高频变压整流器高压输出端的电压等级，调整电脱水器内的电场强度。
c.通过高频脉冲电源自动调整电脱水器内的电场强度。
(3)电脱水器的油水界面控制由于电脱水器内的油水界面往往不是清晰界面，存在很厚的乳化层，乳化层的厚度从十几厘米到几十厘米，乳化层上部和下部密度相差无几，所以传统的差压式和浮子式界面检测装置很难长期可靠运行，另外乳化层在电学特性上存在一个较明显的导电与绝缘的分层，而非电学方法不易分辨。因此在电脱水器顶部设有射频导纳界油水界面控制装置安装，该界面仪由一个射频导纳界面变送器和刚性传感器组成，带电脱水专用保护器，传感器上部加高压电场保护极。射频导纳油水界面仪能很好地解决这个问题，并能实现自动放水。
高频脉冲电脱水技术在技术上是成熟的，在生产上是可行的。复合驱采出液经高频电脱水器处理后的原油含水≤2％、污水含油≤1000mg/L，达到了“原油电脱水设计规范”(SY/T0045-1999)的要求。
权利要求
1.一种高频脉冲原油电脱水装置，由三相电源、整流电路、IGBT变换电路、辅助电路、保护电路、PWM驱动电路、高频变压器、高频整流器和高频电脱水器组成，其特征在于三相电源经整流电路整流进IGBT变换电路变换形成高频脉冲，同时辅助电路提供控制电源至保护电路，通过PWM驱动电路来保护和控制IGBT的输出脉冲宽度和占空比，再经高频变压器升压后至高频整流器整流后形成高频高压脉冲，其脉冲经高压防爆接口及高压绝缘棒引入高频电脱水器电极板上，在高频电脱水器内形成高频脉冲电场。
2.根据权利书要求1所述的高频脉冲原油电脱水装置，其特征在于高压防爆接口为高频整流器的高压输出线与电脱水器的连接部分用防爆套筒把聚四氟乙烯绝缘棒封闭，再用耐压不锈钢编织软管把防爆套筒与高频整流器输出电缆的接线盒连接起来，不锈钢编织软管与电缆之间用聚四氟乙烯支持，且充满变压器油，提高绝缘性能。
3.根据权利书要求1所述的高频脉冲原油电脱水装置，其特征在于电脱水器内设三层平挂式电极，中层电极接地，上下两层电极接高频变压整流器的高压输出端。
全文摘要
一种高频脉冲原油电脱水装置,由三相电源、整流电路、IGBT变换电路、辅助电路、保护电路、PWM驱动电路、高频变压器、高频整流器,和高频电脱水器组成。其特征在于三相电源经整流电路整流进IGBT变换电路变换形成高频脉冲,同时辅助电路提供控制电源至保护电路,通过PWM驱动电路来保护和控制IGBT的输出脉冲宽度和占空比。再经高频变压器升压后至高频整流器整流后形成高频高压脉冲,其脉冲经高压防爆接口及高压绝缘棒引入高频电脱水器电极板上,在高频电脱水器内形成高频脉冲电场。
文档编号C10G33/02GK1358824SQ0111497
公开日2002年7月17日 申请日期2001年5月25日 优先权日2001年5月25日
发明者赵忠杰, 张忠良, 王凤巢, 刘东杰, 张建, 纪国庆 申请人:中国石化胜利油田有限公司规划设计研究院