专利名称：一种单路进料超声波—电脱盐联合的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种原油破乳脱水脱盐的方法，特别是涉及一种超声波-电脱盐联合的方法。
背景技术：
原油破乳是油田脱水和炼油厂脱盐的技术关键。多年来，原油破乳技术的研究大多只限于化学破乳剂的研究上，对不同种类的原油有较大的局限性，而且破乳剂的应用具有诸多的生产与环保问题导致生产成本上升，造成电脱盐排水的COD值和排水含油值上升，直接影响炼油厂水处理的正常进行和处理后污水的达标排放。近年来，随着超声波技术在原油破乳中的应用，出现了超声波破乳与电场脱盐联合的脱盐脱水装置，用于满足生产的要求。通常的原油电脱盐罐进料为多路进料，至少为一分二的两路进料，多者由一分二， 再二分四，再四分八的八路进料等，其多路进料设置的目的是为了保持原油进卧式的电脱盐罐时进料均衡，防止短路进料或沟流，保证电脱盐罐操作平稳。2003年3月12日公开的公告号为CN2539559Y实用新型专利，原油超声波-电场联合脱盐装置，生产过程中需要控制超声波的声强一般不大于0. 5W/cm2，为了不同的生产条件，可以设置两个以上的超声波作用区串联，来满足不同的生产要求，但是，对于原油处理量较大的炼油厂，仅仅通过超声波作用区的串联，不能满足控制超声波的声强一般不大于 0. 5ff/cm2的技术要求。2005年3月9日公开的公开号CN 1589947A的发明专利申请，顺流和逆流超声波联合作用使油水乳化物破乳的方法及装置，在实施例1中提到“根据不同的生产情况，为了延长流动状态下的原油的超声波作用时间，可以设置两个以上的超声波作用区串联或并联，用来满足不同的含水含盐的生产要求。”该发明是对前述原油超声波-电场联合脱盐装置的实用新型有所改进，对于单路进料的大处理量的电脱盐罐的超声波破乳技术的实施缺乏实施方案。随着新型电脱盐技术的发展，一端单路进料的电脱盐罐在生产中应用，超声波_电脱盐组合技术采用的超声波作用区设备也需要设计为单台设备，且需要设计成容积较大的压力容器，超声波作用区的设计也需要由管式结构改为罐式结构，存在的问题是超声波作用区内超声波的分布不均勻，易于造成原油与水的乳化或破乳效果不佳等问题，而且超声波作用区设备造价大幅升高，也不便于施工安装，在生产操作中也不利于控制。发明一种适合一端单路进料的电脱盐罐配套的超声波破乳设备，用以满足一端单路进料电脱盐罐的生产需要。
发明内容
本发明的目的是针对现有超声波-电场联合装置，提出一种单路进料超声波-电脱盐联合的方法及装置，在电脱盐单罐处理量较大且原油电脱盐罐为单路进料方式时，解决了超声波作用区内超声波的分布不均勻或超声波声强大于规定参数而导致乳化或破乳效果不佳的问题，提供的超声波作用区的压力容器设备造价较低、便于施工安装、也便于生产操作控制，增强超声波破乳与电脱盐联合作用的脱水和脱盐效果，实现电脱盐罐单路大处理量时与超声波破乳联合作用的工业应用。本发明一种单路进料超声波_电脱盐联合的方法，包括电脱盐罐、超声波作用区， 其特征在于原油进电脱盐罐的方式为单路进料，在原油进电脱盐罐的管路上设置单路进料并联式超声波作用区，该单路进料并联式超声波作用区至少由1个单个超声波作用区并联，原油流过并联式超声波作用区并均勻分配于单个超声波作用区，在超声波的作用下破乳后，原油进入电脱盐罐进行重力沉降和/或电场分离。本发明单路进料超声波作用区由1个以上的单个超声波作用区并联而成，产生的超声波作用于进电脱盐罐前的原油与水的混合乳化物，产生破乳作用，延长了油水乳化物超声波作用的时间，使油水乳化物充分破乳。用于并联的单个超声波作用区的超声波最好以均勻的声强传播，超声波的强度在 0. 1-0. 5w/cm2范围，优选的超声波强度在0. 2-0. 3w/cm2范围。用于并联的单个超声波作用区的两端分别安装至少1个超声波换能器，产生与原油流动方向同向或反向的顺流和逆流的超声波作用方式，在超声波辐射的方向上，超声波作用区的反射面不能设置为曲面结构(例如曲面的封头类结构型式)，以防止产生超声波的聚焦和叠加，超声波的聚焦和叠加会导致油水乳化，较好的实施方案是超声波作用区设置为管道式结构。构成单路进料并联式超声波作用区的每个超声波作用区结构形式保持一致。构成单路进料并联式超声波作用区的每个超声波作用区的容积基本相同。构成单路进料并联式超声波作用区的每个超声波作用区相互连接的方式保持一致。本发明的单路进料超声波作用区由1个以上的单个超声波作用区以管道式连接方式构成，单个超声波作用区相互间可以管道式焊接方式相连，形成单路进料并联式超声波作用区。本发明的单路进料超声波作用区由1个以上的单个超声波作用区以管道式连接方式构成，单个超声波作用区相互间可以管道式法兰连接方式相连，形成单路进料并联式超声波作用区。本发明的单路进料超声波作用区通过管路副线接入电脱盐罐前的管道上，在关闭主线阀门、打开副线阀门时，原油与水的混合物可通过单路进料并联式超声波作用区。本发明的单路进料超声波作用区也可以不通过副线接入而直接接入管路，原油与水的混合物可直接通过单路进料并联式超声波作用区。本发明的单路进料超声波_电脱盐联合的方法及装置，其超声波作用区进口通过 1个管道式物料分配器分配物料，起到物料分配的作用，实现物料尽可能相对均勻的流过每个超声波作用区。本发明的单路进料超声波破乳的方法及装置，其超声波作用区出口通过1个管道式物料分配器分配物料，起到物料分配的作用，实现物料尽可能相对均勻的流过每个超声波作用区。构成单路进料并联式超声波作用区的每个超声波作用区数量由电脱盐罐的原油处理量确定，可以由1个单个超声波作用区构成，也可以由2个相同的单个超声波作用区构成，也可以由3个相同的单个超声波作用区构成等等。控制单路并联式超声波作用区的超声波强度在0. 1-0. 5w/cm2范围内，优选的超声波强度在0. 2-0. 3w/cm2范围内。一般的，原油处理量小于150万吨/年的电脱盐罐，可采用单个超声波作用区，单个超声波作用区采用焊接或法兰连接方式直接与原油管路相连，不需要设置进出口分配器。
一般的，原油处理量150-500万吨/年的电脱盐罐，可采用2个单个超声波作用区并联，设置进出口管道式物料分配器。一般的，原油处理量500-1500万吨/年的电脱盐罐，可采用4_6个单个超声波作用区并联，设置进出口管道式物料分配器。为保证超声波的强度在0. 1-0. 5w/cm2范围，优选的超声波强度在0. 2-0. 3w/cm2范围，可调节超声波处理器的输出功率，达到技术要求一致性和最佳的破乳脱盐效果。单路进料并联式超声波作用区可以安装在电脱盐系统中至少1级以上。单路进料并联式超声波作用区可以选择在一级电脱盐前的油水混合后的管路上安装。单路进料并联式超声波作用区可以选择在一级电脱盐罐前的油水混合后的管路上安装，同时，也在二级电脱盐罐前的油水混合后的管路上安装。单路进料并联式超声波作用区可以选择在一级、二级、三级等各级电脱盐前的油水混合后的管路上均安装。本发明可按照不同种类原油性质和脱盐脱水指标的不同要求，选择一级或多级的单路进料并联式超声波破乳方案。本发明单路进料超声波_电脱盐联合的方法不限电脱盐的级数。本发明单路进料超声波_电脱盐联合的方法不限并联超声波作用区的级数，至少由1级单路进料并联式超声波作用区组成。本发明的单路进料电脱盐-超声波联合的方法及装置中，单个超声波作用区为管道式结构，每个管道的两端各安装至少一个超声波换能器，分别产生与油水流动方向同向的顺流超声波和反向的逆流超声波，超声波换能器与超声波发生器通过超声波功率线相连。超声波作用区为管道式结构，管道可以是直管，也可以是变径管，优选变径管，该变径管既可以是两端直径大，中间直径小，也可以是两端直径小，中间直径大，也可以是一端直径大，一端直径小等各种形式。管道的截面也可以是各种形状，如圆形、方形等。管道式超声波作用区与油水管线连接，可以焊接或法兰连接等多种连接方式。与现有技术相比，本发明的方法提供一种能够产生均勻声强的超声波作用区，超声波的强度在0. 1-0. 5w/cm2范围，优选的超声波强度在0. 2-0. 3w/cm2范围，保证了脱盐和脱水的效果。经工业试验表明，与单纯的电脱盐方法相比，通过这种单路进料并联式超声波破乳_电脱盐联合的方法及装置，取得良好的脱盐脱水效果原油脱后含盐可由5-10mg/L 降低到l_3mg/L ；脱后原油含水由原来的0. 2-0. 3%降低到0. 1-0. 2%;可完全代替破乳剂， 电脱盐总排水COD值与电脱盐总排水含油均降低50%以上，实施后环保效益明显。本发明可用于炼厂原油加工过程中的原油电脱盐工艺中，本发明也可用于油田原油的电脱水工艺中。
本发明可依据电脱盐原油处理量的不同设置不同的并联方案。本发明可按照不同种类原油性质和脱盐脱水指标的不同要求，选择一级或多级的单路进料并联式超声波破乳方案。本发明单路进料超声波_电脱盐的方法及装置不限电脱盐的级数。本发明单路进料超声波-电脱盐的方法及装置至少由1级单路进料并联式超声波作用区组成。
图1是本发明的典型的控制工艺流程示意图。图2是本发明500万吨/年两级单路进料超声波_两级电脱盐流程图。图3是本发明150万吨/年一级单路进料超声波_两级电脱盐流程图。图4是本发明150万吨/年两级单路进料超声波_两级电脱盐流程图。图5是本发明500万吨/年一级单路进料超声波_两级电脱盐的一脱脱盐效果。图6是本发明500万吨/年一级单路进料超声波_两级电脱盐的二脱脱盐效果。图7是本发明本发明150万吨/年一级单路进料超声波_ 二级电脱盐二脱脱盐效果(含盐量趋势)。图8是本发明本发明150万吨/年一级单路进料超声波_ 二级级电脱盐二脱脱水效果(含水趋势)。图中1、脱前原油，2、一级注水，3、一级静态混合器，4、一级混合阀，5、单路进料并联式超声波作用区，6、超声波换能器，7、进口管道式物料分配器，8、单个超声波作用区，9、 出口管道式物料分配器，10、超声波控制柜，11、中央控制室的DCS控制系统，12、一级电脱盐罐，13、二级注水，14、二级静态混合器，15、二级混合阀，16、二级电脱盐罐，17、二级脱后原油。
具体实施例方式实施例1单路进料超声波_电脱盐联合在一级电脱盐的实施方案图1所示，脱前原油1与一级注水2经一级静态混合器3混合，再经一级混合阀4 混合，通过管路副线经由进口管道式物料分配器7进入单路进料并联式超声波作用区5，单路进料并联式超声波作用区5由多个相同的单个超声波作用区8构成，单个超声波作用区 8两端分别安装有超声波换能器6，超声波换能器6与超声波控制柜10中的超声波控制器连接，超声波控制柜10中的超声波控制器通过中央控制室的DCS控制系统11控制超声波输出与显示。图1所示，原油与水高强度混合形成的乳化物通过单路进料并联式超声波作用区 5破乳后，经由出口管道式物料分配器9引出，再由一级电脱盐罐12的一端进入一级电脱盐罐，油水乳化物在重力作用下沉降分离，或在重力沉降和高压电场共同作用下分离，实现一级脱水_脱盐，一级脱水_脱盐后的含盐污水从罐底排出。一级脱水_脱盐后的原油从罐顶导出后，与二级注水13通过二级静态混合器14混合后，再经二级混合阀15混合，进入二级电脱盐罐16，在高压电场与重力的作用下油水分离，二级含盐污水由罐底排出，二级脱后原油17由罐顶导出。图1中电脱盐罐原油进料形式为电脱盐罐的一端的单路进料。图1中单路进料并联式超声波作用区5为管道式结构，单路进料并联式超声波作用区5由1个以上的相同结构尺寸的单个超声波作用区8、进口管道式物料分配器7、出口管道式物料分配器9构成。图1中进口管道式物料分配器7、出口管道式物料分配器9与单个超声波作用区8 可以通过焊接的方式连接，也可以由法兰连接。图1中单路进料并联式超声波作用区对于单路进料的大处理量的电脱盐罐，实现了管道式结构设计，避免了设计成罐式结构，解决了超声波作用区内超声波的分布不均勻， 易于造成原油与水的乳化或破乳效果达不到的问题，解决了超声波_电脱盐联合时超声波声强大于规定参数而导致乳化或破乳效果不佳的问题，超声波作用区设备造价较低，既便于施工安装，也便于操作控制，实现了单路进料超声波破乳_电脱盐联合的理想应用效果， 可达到较好的脱盐脱水效果。图1中，超声波控制柜10中的超声波控制器由电源供给能量，超声波控制器供给换能器6能量，由换能器6将电能转换为超声波的机械振动能量，通过超声波作用区8将超声能量传递给原油与水的乳化物。超声波的声强可选择一般不大于0. 8w/cm2,优选不大于0. 5w/cm2。一般情况下，超声波的频率选择对油水脱盐脱水的效果影响不大，频率较高，超声波容易衰减。因此一般采用0. l-50Khz的超声波比较适宜。根据不同的生产情况，可以分别在多级电脱盐罐前设置1个以上的单路进料并联式超声波作用区，用来满足不同的含水含盐的生产要求。一般的，150万吨/年以下处理量的电脱盐罐设计进料为一分二的形式，可设置在分支管路前的主管路上安装1个单个超声波作用区5，构成单路进料并联式超声波作用区。一般的，150-500万吨/年之间处理量的的电脱盐罐设计进料为一分二或二分四的形式，可设置在主管路分支后的2个支管路上安装2个单个超声波作用区5，构成单路进料并联式超声波作用区。一般的，500-1200万吨/年之间处理量的的电脱盐罐设计进料为二分四或四分八的形式，可设置在主管路分支后的4个支管路上安装4-6个单个超声波作用区5，构成单路进料并联式超声波作用区。为保证超声波的强度在0. 1-0. 5w/cm2范围，优选的超声波强度在0. 2-0. 3w/cm2范围，可调节超声波处理器的输出功率，达到技术要求一致性和最佳的破乳脱盐效果。根据原油的密度、乳化程度的不同，可以分别在一、二、三级电脱盐罐前设置1个以上的单路并联式超声波作用区，用来满足不同的的生产要求。根据原油的密度、乳化程度的不同，可以分别在多级电脱盐罐前设置多个的单路并联式超声波作用区，用来满足不同的的生产要求。本发明的单路进料超声波作用区避免了设计成罐式结构，超声波作用区设备造价较低，既便于施工安装，也便于操作控制，实现了超声波破乳——电脱盐联合的理想应用效果，可达到较好的脱盐脱水效果。实施例2
某500万吨/年原油处理量的单路进料超声波_电脱盐联合在一级电脱盐的实施一级单路进料超声波_电脱盐联合实施前后效果比较。某500万吨/年处理量的炼油厂一端进料的两级电脱盐，通过管路副线接入一级单路进料并联式超声波作用区，在一级电脱盐实施单路进料并联式超声波破乳，单路进料并联式超声波作用区由3个相同结构尺寸的单个超声波作用区构成，脱前原油通过一级静态混合器后，再通过一级混合阀，单路进料并联式超声波破乳通过管道式分配器接入一级电脱盐罐前，超声波参数的控制由炼油厂中央控制室DCS集中控制，DCS通过控制柜中的超声波控制器控制超声波作用区两端超声波换能器。 以图1为例，500万吨/年原油处理量的单路进料超声波_电脱盐联合在一级电脱盐的实施，与该发明实施前的单纯的电脱盐效果对比标定。500万吨/年原油处理量的单路进料并联式超声波破乳在一级电脱盐的实施后，一级脱后含盐的标定结果如图5所示， 二级脱后含盐如图6所示。由图5可见，单路进料超声波_电脱盐联合在一级电脱盐的实施前，一级电脱盐脱后含盐在6_20mg/L之间，明显偏高；单路进料超声波-电脱盐联合在一级电脱盐的实施后， 一级电脱盐脱后含盐在3mg/L以下，明显降低。由图6可见，单路进料超声波_电脱盐联合在一级电脱盐的实施前，二级电脱盐脱后含盐一般在3mg/L左右，保证3mg/L以下的指标要求比较难以达到；应用单路进料超声波-电脱盐联合在一级电脱盐后，二级脱后含盐在1. 5mg/L左右，保证达到了 3mg/L以下的行业指标要求。通过标定可以看出，500万吨/年原油处理量的单路进料超声波_电脱盐联合在一级电脱盐实施后，可完全代替破乳剂，一级脱后原油含盐与二级脱后原油含盐降低50%以上，脱后含盐明显降低，可以实现原油深度脱盐的目的。通过标定，500万吨/年原油处理量的单路进料超声波-电脱盐联合在一级电脱盐的实施后，可完全代替破乳剂，电脱盐总排水COD值与电脱盐总排水含油均降低50%以上， 实施后环保效益明显。实施例3500万吨/年原油处理量的单路进料超声波_电脱盐联合在两级电脱盐的实施效果两级单路进料超声波_电脱盐联合与一级单路进料超声波破乳的两级电脱盐实施效果比较。如图2，某500万吨/年原油处理量的单路进料的电脱盐，在一级、二级电脱盐罐前分别通过管路副线引入单路进料并联式超声波作用区。脱前原油通过一级静态混合器后， 再通过一级混合阀，单路进料并联式超声波区通过管道式分配器接入一级电脱盐罐前，单路进料并联式超声波作用区由3个相同结构尺寸的单个超声波作用区构成；一级脱后原油通过二级静态混合器后，再通过二级混合阀，单路进料并联式超声波区通过管道式分配器接入二级电脱盐罐前，单路进料并联式超声波作用区由3个相同结构尺寸的单个超声波作用区构成。两级超声波参数的控制由中央控制室DCS集中控制，DCS通过控制柜中的超声波控制器控制超声波作用区两端超声波换能器，
两级单路进料超声波_电脱盐联合与一级单路进料超声波破乳的两级电脱盐实施效果相比较，两级单路进料超声波-电脱盐联合的二级电脱盐脱后含盐值降低20%左右，电脱盐操作更稳定。实施例4150万吨/年原油处理量的单路进料超声波_电脱盐联合在一级电脱盐的实施如图3所示，原油处理量150万吨/年以下的两级电脱盐，可选择在一级电脱盐罐前设置1个超声波作用区，超声波作用区通过管路法兰连接或焊接接入，超声波作用区通过管路副线接入，可关闭主线阀门、打开副线阀门后，原油与水的混合物通过超声波作用区，在超声波作用区受到超声波的破乳作用，原油与水的乳化物破乳后，进入一级电脱盐罐，在高压电场的作用下油水分离，然后，水由罐底排出，一级脱后原油有罐顶排出。一级脱后原油再与水混合后，进入二级电脱盐罐脱盐脱水。如图7所示，某厂150万吨/年原油处理量的单路进料超声波_电脱盐联合在一级电脱盐实施后，超声波破乳可完全替代破乳剂，在原油脱前含盐基本相当的情况下，原油二级脱后含盐由原来的平均4. 6mg/L降至平均3mg/L以下，强化脱盐的作用明显。如图8所示，某厂150万吨/年原油处理量的单路进料超声波_电脱盐联合在一级电脱盐实施后，超声波破乳可完全替代破乳剂，原油二级脱后含水由原来平均0.2%以上降至平均0. 2%以下，强化脱水效果明显。
权利要求
1.一种单路进料超声波_电脱盐联合的方法，包括电脱盐罐、超声波作用区，其特征在于原油进电脱盐罐的方式为单路进料，在原油进电脱盐罐的管路上设置单路进料并联式超声波作用区，该单路进料并联式超声波作用区至少由1个单个超声波作用区并联，原油流过并联式超声波作用区并均勻分配于单个超声波作用区，在超声波的作用下破乳后，原油进入电脱盐罐进行重力沉降和/或电场分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用于单路进料并联式超声波作用区的单个超声波作用区的两端分别安装至少1个超声波换能器，产生与原油流动方向同向的顺流超声波和反向的逆流超声波，在超声波辐射的方向上，超声波作用区的反射面不能设置为曲面结构，以防止产生超声波的聚焦和叠加，防止导致油水乳化。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于单路进料并联式超声波作用区通过管路副线接入电脱盐罐前的管道上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于单路进料超声波作用区直接接入电脱盐罐前的管道上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于单路进料并联式超声波作用区进口通过1 个管道式物料分配器分配物料，出口通过1个管道式物料分配器分配物料进入电脱盐罐。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于单路进料并联式超声波作用区由1个以上相同的单个超声波作用区并联。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于单路进料并联式超声波作用区可以选择在一级、二级、三级等各级电脱盐前的油水混合后的管路上安装。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于单路进料并联式超声波作用区为管道式结构并与油水管线相连接，单个超声波作用区为直管式的管道式结构。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于单路进料并联式超声波作用区为管道式结构并与油水管线相连接，单个超声波作用区为变径管状的管道式结构。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用于单路进料并联式超声波作用区的单个超声波作用区的超声波以均勻的声强传播，超声波的强度在0. 1-0. 5ff/cm2范围。
11.一种使用于权利要求1-10之一所述单路进料超声波_电脱盐联合方法的装置，其特征在于包括电脱盐罐、超声波作用区，其特征在于原油进电脱盐罐的方式为单路进料， 在原油进电脱盐罐的管路上设置单路进料并联式超声波作用区，该单路进料并联式超声波作用区至少由1个单个超声波作用区并联。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于所述单个超声波作用区的两端分别安装至少一个超声波换能器，产生与原油流动方向同向的顺流超声波和反向的逆流超声波。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于单路进料并联式超声波作用区进口设置 1个管道式物料分配器分配物料，出口设置1个管道式物料分配器分配物料进入电脱盐罐。
14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于单路进料并联式超声波作用区由1个以上结构相同、容积相同和连接方式相同的的单个超声波作用区并联。
15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于单路进料并联式超声波作用区安装在一级、二级、三级等各级电脱盐前的油水混合后的管路上。
全文摘要
本发明一种单路进料超声波-电脱盐联合的方法及装置，包括电脱盐罐、超声波作用区，其特征在于原油进电脱盐罐的方式为单路进料，在原油进电脱盐罐的管路上设置单路进料并联式超声波作用区，该单路进料并联式超声波作用区至少由1个单个超声波作用区并联，原油流过并联式超声波作用区并均匀分配于单个超声波作用区，在超声波的作用下破乳后，原油进入电脱盐罐进行重力沉降和/或电场分离。本发明可用于炼油厂原油电脱盐工艺中，也可用于油田原油沉降脱水或电脱水工艺中。
文档编号C10G32/02GK102451577SQ201010516979
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者刘爱华, 崔云梓, 常文之, 张红宇, 徐兴忠, 王业君, 王建华, 苟社全, 许金山, 达建文 申请人:中国石油化工股份有限公司