本发明涉及原油破乳领域，具体涉及一种多级串并混联式原油破乳油水分离装置。
背景技术：
在石油采收过程中，原油的破乳对原油开采、集输和加工都极其重要。目前，随着油田不断的深化开采，我国的大部分油田都已经进入了中后期，国内各油田为了提高采收率，通常采用注水与三次采油的开发方式。一次采油采出的乳化原油多是油包水乳化原油，注水和三次采油(尤其是碱驱、表面活性剂驱)采出的乳化原油多是水包油乳化原油，注水使采出液含水率不断上升，而高含水原油对原油生产和原油输送及运输均有很大的危害。故随着原油不断开采以及各种增产措施的应用，原油采出液的成分越来越复杂，稳定性也越来越高；因此，原油破乳脱水问题显得越来越重要。虽然目前原油乳状液破乳方法比较多，包括物理方法、化学方法、电磁场法、膜法破乳、微波破乳、微生物法等多种方法，但经济高效的油水破乳分离方法仍然是大家积极寻求的解决方案。
目前国内大量使用的传统油水破乳方法均存在不同的技术问题，如市场上的如重力沉降脱水、旋流分离脱水法及超声波法等物理方法存在设备复杂、能耗严重、造价过高等问题；如投加破乳剂、电脱水法等化学方法存在处理过程耗材成本过高、后期油品添加剂残留超标等问题，严重制约设备的推广和原油处理单位的应用。针对这些情况，国内各地也在积极研究新的原油脱水技术、开发新型的原油脱水工艺和生产装置，但还存在很多问题：一方面在技术稳定性存在问题，受不同产地原油的组分差异影响，原油破乳脱水效果稳定性较差；另一方面就是所设计的生产设备在原理上可实现，但在实际生产过程进行原油脱水时能耗过高，经济效率过低，不宜作为原油脱水批量生产设备使用。
技术实现要素：
本发明基于高频振动的原油破乳物理处理方法进行油水分离、达到原油脱水目的，为克服背景技术中所述的各种不足而提供的一种低成本、小体积、高产量且能满足原油含水量国家标准要求的高效原油脱水油水分离装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：
本发明多级串并混联式原油破乳油水分离装置，包括设备底座、振动装置、动力单元和电控系统。其中振动装置由进料口、进料油水分离管、中间油水分离管、出料油水分离管、出料口、激振轴以及串联固定在激振轴上的激振器组成。所述各油水分离管内部装有振动介质。其中进料口设置在进料油水分离管上，出料口设置在出料油水分离管上，中间油水分离管上游与进料油水分离管连通，下游与出料油水分离管连通。进料油水分离管、中间油水分离管和出料油水分离管均固定于振动支架上；所述相互连通的油水分离管之间的连接管路上均设置有分流器，以实现在单路串联工作回路或双路并联工作回路两种工作方式之间的切换。所述动力单元包括输出轴，所述输出轴与激振轴之间由柔性连接单元连接。所述激振轴与振动支架同轴固定安装，且相对振动支架可旋转地安装。
进一步地，所述中间油水分离管的数量可以是一个，也可以是多个，优选为1-4。
进一步地，所述油水分离管平行设置，油水分离管的两端通过焊接或法兰连接在振动支架侧板上。
进一步地，所述振动介质的作用是用于对原油施加振动的作用力，可以是金属或者非金属条、棒、金属优选为不锈钢，非金属优选为PE或PVC。
进一步地，所述油水分离管的直径范围为5-50CM，长度为0.3-2米，振动介质的长度为油水分离管的0.3-1倍。
进一步地，所述分流器为连接各个油水分离管的管路，在管路上可以设置由电控系统控制的自动电控阀门，既可以用来调节各个油水分离管内的流量，也可以通过关闭或者打开来实现单路或者多路的工作状态。
进一步地，为了阻隔振动装置产生的振动力，防止振动传递到设备底座引起设备损坏，在振动装置下部的振动支架的底板与设备底座之间还安装有双列减振元件，双列减振元件的中心轴线之间的夹角α范围为0～10°。
进一步地，动力单元为电机，激振器为偏心轮，振动频率为10-500zH；减振原件为减振弹簧，柔性连接单元由挠性扭矩传动材料与安装法兰组成，振动装置上的振动支架与各油水分离管为一体式结构。
本发明利用激振器所产生的激励作用驱动振动装置产生振动，再经过振动介质作用于原油，通过对原油进行振动作用，实现原油破乳油水分离，原油破乳后的平均含水率最低可达到0.5％以下。
另外，本发明可以通过分流器快速实现分离管路的串并联切换，实现不同实际工况下的不同作业效果。
同时，本发明可对原油乳化液中留存的硬度较高的如动植物残骸化石等杂质进行物理作用粉碎，处理后的原油中固体粒径细度高达微米级并且在原油乳化液中分布均匀，故在工作过程中也无需考虑杂质堵塞管道。
基于此工作特性，本发明的破乳装置大大提高了破乳效率，无需配套原油乳化液过滤等预处理设备，大大简化了原油脱水处理的工艺流程、并降低了原油处理的设备投入成本及脱盐脱水的生产成本，大大减少了原油乳化液油水分离处理的费用。该装置结构紧凑、占地面积小，可以很方便的运输及安装。可广泛用于实际采油厂不同含水量的原油破乳油水分离需要。
附图说明
图1是本发明实施方式一的正面示意图；
图2是本发明实施方式一的侧面示意图；
图3是本发明实施方式二的正面示意图；
图4是本发明实施方式二的侧面示意图；
图5是本发明实施方式三的正面示意图；
图6是本发明实施方式三的侧面示意图；
图7是本发明实施方式四的正面示意图；
图8是本发明实施方式四的侧面示意图；
图9是本发明动力单元、柔性连接单元、激振轴、激振器的连接示意图；
图中：1、设备底座，2、动力单元，3、柔性连接单元，31、挠性扭矩传动材料，32、安装法兰，4、振动装置，5、进料油水分离管，6、激振轴，7、减振元件，8、激振器，9、振动支架，10、进料口，11、分流器，12、振动介质，13、出料油水分离管，14、出料口，15、输出轴，16、电控系统，17、中间油水分离管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1、2、9，本发明实施方式一的技术方案具体如下：在设备底座1与振动支架9之间沿油水分离管5、13、17的长度方向固定有两列减振元件7，减振原件7为减振弹簧，用于降低振动装置产生的振动力，防止振动传递到设备底座引起设备损坏。在位于振动支架9的底座下方、垂直于油水分离管5、13、17轴心线的平行面上，减振单元7的中心轴线之间的夹角α∈(0，10)。振动支架9安装于设备底座1上。
如图2所示，振动装置4具有一根进料油水分离管5、一根中间油水分离管17、和一根出料油水分离管13，内部安装有振动介质12的油水分离管5、13、17呈三角形固定于振动支架9上。图2中三角形各边之间的夹角β角角度调节范围为β∈(40°，80°)。激振轴6与振动支架9同轴安装，且激振轴6可相对振动支架9旋转，在激振轴6上安装有两组激振器8，两组激振器之间的安装相位角可以根据不同需要进行设定。动力单元输出轴15与激振轴6由柔性连接单元3连接，驱动激振轴6带动激振器8工作。
如图9所示，所述柔性连接单元3由挠性扭矩传动材料31与安装法兰32，组成，动力单元2为电机，激振器8为偏心轮。
本装置工作时，动力单元2通过输出轴15驱动激振轴6带动激振器8产生激振作用，最终使包括振动支架9、进料油水分离管5、中间油水分离管17、出料油水分离管13、分流器11、激振轴6的一体式结构振动装置4相对设备底座1做整体高频振动。原油连续从进料口10进入，经进料油水分离管5做一级破乳后经分流器11分流导引至后续的中间油水分离管13内进行第二级原油破乳，再经出料油水分离管13进行第三级原油破乳，实现油水分离后由出料口14连续排出，实现原油破乳油水分离的整个生产过程。工作过程中，可根据产量要求和精度要求通过电控系统16实时对原油流量、激振转速和振动频率等参数进行相应调整。
请参阅图3、4，本发明实施方式二的整体结构与实施方式一的相同，下面仅针对两者的不同之处进行描述。如图4所示，振动装置4具有一根进料油水分离管5、两根中间油水分离管17、和一根出料油水分离管13，出料口14设置为两个，其中一个设置在出料油水分离管13上，另一个设置在与出料油水分离管13相邻的中间油水分离管17上，内部安装有振动介质12的油水分离管5、13、17呈四边形固定于振动支架9上。图4中四边形相邻两边之间的夹角β角角度调节范围为β∈(80°，100°)。
本装置工作时，由于振动介质12与进料油水分离管5、中间油水分离管17、出料油水分离管13的约束不同，故其在工作过程中产生的振幅也不相同，这样，振动介质12与进料油水分离管5、中间油水分离管17、出料油水分离管13以及需要进行油水分离的原油形成强烈的“点-线-面”碰撞作用，达到原油破乳效果。
进行四级原油破乳油水分离工作时，原油连续从进料口10进入，经进料油水分离管5做一级破乳，后经分流器11分流导引至后续的中间油水分离管17内进行二级、三级原油破乳，再经出料油水分离管13进行四级原油破乳油水分离，实现油水分离后由出料口14连续排出，实现原油破乳油水分离的整个生产过程。工作过程中，可根据产量要求和精度要求在通过电控系统16实时对原油流量、激振转速和振动频率等参数进行相应调整，也可以通过分流器11将四级串联分离结构切换成双路三级并联分离工作回路，满足工作要求需要。
请参阅图5、6，本发明实施方式三的整体结构与实施方式二的相同，下面仅针对两者的不同之处进行描述。如图6所示，振动装置4具有一根进料油水分离管5、三根中间油水分离管17、和一根出料油水分离管13，出料口14设置为两个，其中一个设置在出料油水分离管13上，另一个设置在与出料油水分离管13相邻的中间油水分离管17上，内部安装有振动介质12的油水分离管5、13、17呈五边形固定于振动支架9上。图6中所示的五边形相邻两边之间的夹角β角角度调节范围为β∈(95°，115°)。
进行五级原油破乳油水分离工作时，原油连续从进料口10进入，经进料油水分离管5做一级破乳，后经分流器11分流导引至后续的中间油水分离管17内进行二级、三级和四级原油破乳，再经出料油水分离管13进行五级原油破乳油水分离，实现油水分离后由出料口14连续排出，实现原油破乳油水分离的整个生产过程。工作过程中，可根据产量要求和精度要求在通过电控系统16实时对原油流量、激振转速和振动频率等参数进行相应调整，也可以通过分流器11将五级串联分离工作回路切换为双路三/四级并联分离工作回路，满足工作要求需要。
请参阅图7、8，本发明实施方式四的整体结构与实施方式三的相同，下面仅针对两者的不同之处进行描述。如图8所示，振动装置4具有一根进料油水分离管5、四根中间油水分离管17、和一根出料油水分离管13，出料口14设置为两个，其中一个设置在出料油水分离管13上，另一个设置在与进料油水分离管5正对的中间油水分离管17上，内部安装有振动介质12的油水分离管5、13、17呈六边形固定于振动支架9上。图6中所示的六边形相邻两边之间的夹角β角角度调节范围为β∈(110°，130°)。
进行六级原油破乳油水分离工作时，原油连续从进料口10进入，经进料油水分离管5做一级破乳，后经分流器11分流导引至后续的中间油水分离管17内进行二级、三级、四级和五级原油破乳，再经出料油水分离管13进行六级原油破乳油水分离，实现油水分离后由出料口14连续排出，实现原油破乳油水分离的整个生产过程。工作过程中，可根据产量要求和精度要求在通过电控系统16实时对原油流量、激振转速和振动频率等参数进行相应调整，也可以通过分流器11将六级串联分离工作回路切换为双路四级并联分离工作回路，满足工作要求需要。
实施例1
本实施例采用如图4所示的破乳装置，即一个进料油水分离管，一个出料油水分离管，两个中间油水分离管。
乳化原油油样的物性性质如下：
表1油样物性性质分析结果
由表1可以看出，站油样属于轻质低粘中凝原油。实验温度40℃，原油含水体积百分数6.6％。
开启动力单元2，通过输出轴15驱动激振轴6带动激振器8产生激振作用，最终使包括振动支架9、进料油水分离管5、中间油水分离管17、出料油水分离管13、分流器11、激振轴6的一体式结构振动装置4相对设备底座1做整体高频振动。其中，油水分离管的长度为0.5m，直径为8厘米，油水分离管内的振动介质为钢棒，长度为0.4m，振动频率为10Hz。
将油样以进液速度10(L/min)连续从进料口10进入，经进料油水分离管5做一级破乳后经分流器11分流导引至后续的中间油水分离管17内进行第二级原油破乳，再经过分流器11引入另外一个中间油水分离管17进行第三级原油破乳，经出料油水分离管13进行第四级原油破乳，实现油水分离后由出料口14连续排出，得到破乳后的油样。
表2油样机械破乳实验结果1
实施例2
本实施例采用如图4所示的破乳装置，即一个进料油水分离管，一个出料油水分离管，两个中间油水分离管。油样条件与实施例1相同。
开启动力单元2，通过输出轴15驱动激振轴6带动激振器8产生激振作用，最终使包括振动支架9、进料油水分离管5、中间油水分离管17、出料油水分离管13、分流器11、激振轴6的一体式结构振动装置4相对设备底座1做整体高频振动。其中，油水分离管的长度为0.5m，直径为8厘米，油水分离管内的振动介质为钢棒，长度为0.4m，振动频率为20Hz。
将实施例1中的油样以进液速度10(L/min)连续从进料口10进入，经进料油水分离管5做一级破乳后经分流器11分流导引至后续的中间油水分离管17内进行第二级原油破乳，再经过分流器11引入另外一个中间油水分离管17进行第三级原油破乳，经出料油水分离管13进行第四级原油破乳，实现油水分离后由出料口14连续排出，得到破乳后的油样。
表3油样机械破乳实验结果2
实施例3
本实施例采用如图4所示的破乳装置，即一个进料油水分离管，一个出料油水分离管，两个中间油水分离管。油样条件与实施例1相同。
开启动力单元2，通过输出轴15驱动激振轴6带动激振器8产生激振作用，最终使包括振动支架9、进料油水分离管5、中间油水分离管17、出料油水分离管13、分流器11、激振轴6的一体式结构振动装置4相对设备底座1做整体高频振动。其中，油水分离管的长度为0.5m，直径为8厘米，油水分离管内的振动介质为钢棒，长度为0.4m，振动频率为30Hz。
将实施例1油样以进液速度10(L/min)连续从进料口10进入，经进料油水分离管5做一级破乳后经分流器11分流导引至后续的中间油水分离管17内进行第二级原油破乳，再经过分流器11引入另外一个中间油水分离管17进行第三级原油破乳，经出料油水分离管13进行第四级原油破乳，实现油水分离后由出料口14连续排出，得到破乳后的油样。
表4油样机械破乳实验结果3
通过以上三个实施例可以看出，原油破乳效果和脱水量并不是随着振动频率的增加而持续增加，而达到一定频率后获得最佳的油水分离效果，之后随着频率的增加分离效果会逐渐下降。
表5油样不同频率机械破乳效果比较
如表5所示，当振动频率增加到20Hz左右为效果最优的油水分离振动频率。
比较例
将实施例1-3中所采用的原油油样，按着表6中的浓度，加入原油AP型破乳剂，充分搅拌后停留静置。
表6寨子洼站油样破乳剂实验结果
通过实施例1-3与比较例的对比，可以确定，本申请破乳装置的破乳以及油水分离的效果均优于采用破乳剂的效果，尤其是在20Hz左右的频率，效果非常突出。优于破乳剂的使用还需要后续将破乳剂从原油中进行分离，而且在分离的过程中会产生有害的有机物，因此，本申请破乳装置不但效果明显，而且不涉及后续分离以及避免了可能产生的污染。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。