一种原油电脱盐脱水装备的制作方法

1.本发明涉及原油电脱盐脱水领域，更具体地说，涉及一种原油电脱盐脱水装备。


背景技术：

2.原油电脱盐脱水装备是炼油和石油化工企业的重要设备，是减少石油化工装备结垢、腐蚀，预防催化剂中毒的有效保障。电脱盐脱水装备的运行效果关系到石油化工和炼油企业全厂装置平稳运行、安全生产和经济效益。由于当前对原油含盐含水脱后指标日益严格，迫切需要开发新的脱盐脱水技术以应对行业需求，超声波强化破乳、脉冲电源和电脱盐罐内件优化是具有代表性的技术手段。
3.电脱盐是利用电场力对原油乳化液进行破乳，使水滴相互聚结进而沉降的工艺过程，因此破乳和聚结是电脱盐脱水过程最关键的两个因素。
4.超声波强化破乳是一种物理破乳方法，其原理是使用超声波辐射原油乳化液，使之产生超声效应(搅拌、碰撞、聚集、空化、加热、负压等)，破坏油水界面，在少加或不加破乳剂时，促进乳化液破乳。
5.超声波强化破乳的作用机理目前尚未有确切理论解释，比较受认同的有以下几种：
6.1)超声波的机械振动促使小水滴发生位移、碰撞、聚结，形成较大水滴，使原油中的石蜡、胶质、沥青等乳化剂分散均匀，增加其溶解度，降低油水界面的机械强度；
7.2)超声波的空化效应产生强大的冲击力使乳化液中部分长链石蜡烃、沥青质断裂，降低污油黏度，减小水滴在碰撞聚合沉降过程中的摩擦阻力；
8.3)超声波的共振效应在超声频率与微水滴自振频率一致时，产生共振，进一步加剧水滴运动、碰撞、合并生成直径较大的水滴。
9.超声波辅助破乳的影响因素包括：超声波声强、频率和作用时间。
10.声强是在垂直于超声传播方向上单位面积单位时间内通过的能量。声强越大，其传递的能量就越大，微液滴的运动速度随之加快，微液滴之间的碰撞几率增大，从而提高脱水效率。但当声强超过空化阈值，其对微液滴的破碎作用将显著增大，加剧油水乳化，脱水效果下降。声度的衰减与声波频率的平方成正比，超声波频率越高，声强衰减就越快，破乳声场就越不均匀，破乳效果就越差。作用时间液也是影响超声波破乳效果的重要参数。随作用时间增加，脱后含水率先减小，后小幅升高，这表明作用时间存在最优值，不是简单的线性关系。
11.脉冲电源在提供高压电场电源的同时，通过控制脉冲频率和占空比(即脉冲输出时间与脉冲周期之比)，使电脱罐内不会发生电极间的短路现象(脉冲高压可以通过选择适当的脉冲频率，在短路形成前使脉冲电场处于间歇期，适当的时间再施加下一次脉冲，这样就可以避免短路造成的危害，使电场强度在脉冲输出时始终保持高状态。)，也不易发生电场使液滴分散形成更小粒径液滴的现象。
12.脉冲电场的破乳机理是原油中的小水滴在电场作用下聚结之前，液滴首先排列成
链，脱盐脱水罐中有大量的链生成，以进行水滴的聚结。这些链不能太长，否则链产生传导电流，以致形成短路导致能量的泄露；同时，链也不能过短，其长短应恰好能使链中的水滴在所加的电场力下发生聚结。对于脉冲电场，在最佳频率时，水滴在电场峰值被完全极化，液滴间的力最大，有最大概率的相互碰撞，水滴聚结显著，从而达到良好的脱水效率。
13.脉冲电场主要以脉冲幅度、脉冲宽度和脉冲频率三个参数影响原油脱盐脱水效果。
14.脉冲幅度是指脉冲电压的峰值。当电场强度超过水滴的张力时，水滴将会发生电分散现象，电脱盐脱水效果随之降低。脉冲宽度对聚结也存在影响。脉宽过小，脱水能量过低，水滴间的聚结作用力小，聚结效果差；脉宽过大，电能容易通过水链损耗，致使电脱水能耗增大，也影响脱水效果，脉冲宽度存在最优范围。电场中的水滴处在不停振动的状态，当脉冲频率与水滴振动频率接近时，即产生共振。在共振作用下，油水界面膜的机械强度大为削弱，界面膜易破碎，水滴聚结效果好。弱脉冲频率过低或过高，均会抑制水滴聚结，电脱盐脱水效率随之降低。
15.自上世纪90年代，美国petrolite公司通过改变电极板内部构型从而开发出高速电脱盐技术以来，电脱盐罐内多电场设计受到业界关注，如何通过更优的内件设计和配套工艺提高单罐原油处理量和处理效率，成为电脱盐设计的重要技术方向。


技术实现要素：

16.1.要解决的技术问题
17.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种原油电脱盐脱水装备，它可以实现通过超声波和破乳剂协同作用，可提高破乳剂作用效率，减少破乳剂用量，同时实现控制的智能化和系统节能化。
18.2.技术方案
19.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
20.一种原油电脱盐脱水装备，包括：
21.混合设施，所述混合设施包括静态混合器和混合阀，用于将原油乳化液、注入的净化水、注入的破乳剂、注入的脱金属剂等进行充分混合，为下一步破乳奠定基础；
22.超声波辅助破乳设施，所述超声波辅助破乳设施包括振荡器、激振器、功率放大器和换能器，用于将输入的电源转化成一定频率的超声波输入原油乳化液，对乳化液进行破乳，提高乳化液破乳效果，实现不用或少用破乳剂；
23.脉冲电源，包括可控硅触发器和变压器，用于将低压电源升压为高压脉冲电源；
24.电脱盐脱水罐，所述电脱盐脱水罐为一金属制卧式或立式压力容器，内部包含有特殊设计的多电场内件，用于将脉冲电源产生的高压电引入电脱盐脱水罐内，形成高压电场，以利于原油乳化液中微水滴聚结、沉降；
25.循环注水系统，包括注水泵、循环注水泵及配套调节阀、流量计，用于对原油乳化液进行注水和循环注水；
26.plc控制系统，包括配电柜、接线柜及控制程序，用于采集来自电脱盐脱水内的全部仪表信号，根据设定的控制逻辑程序，自动执行相关工艺操作；
27.其他配套设备、仪表、管道等设施，至少包括电脱盐脱水系统内工艺要求的必备的
仪表、管道、和配套设备，用于实现整个电脱盐脱水系统的运行。
28.进一步的，所述电脱盐脱水罐下部进油管路上设置有下部电场原油流量计和上部电场原油流量调节阀，用于调节电脱盐脱水罐内部上下两个电场的原油流量，所述电脱盐脱水罐顶部设置有下部电场脉冲电源和上部电场脉冲电源，分别给所述电脱盐脱水罐内部上下两个电场提供电源，用于形成高压脉冲电场。
29.进一步的，所述电脱盐脱水罐顶部还设置有油水界位仪，用于指示电脱盐脱水罐内部油水界位。
30.进一步的，所述超声波辅助破乳设施直管段内设施有多个换能器，每个所述换能器均配置相对独立的控制设施，多个所述换能器依次排列在破乳剂辅助破乳设施内部。
31.进一步的，所述脉冲电源的控制方式设置有自动恢复、恒压运行、恒流模式和远程控制。
32.进一步的，所述装备可以是单级电脱盐脱水、可以是两级电脱盐脱水，也可以是三级电脱盐脱水。
33.3.有益效果
34.相比于现有技术，本发明的优点在于：
35.超声波强化破乳的有益效果如下：
36.(1)由于超声波良好的传导性，适用于各种类型的乳化液；
37.(2)对三次采油的水包油型乳化原油、老化油等因化学成分及乳化原因复杂而难以破乳的乳化液，超声波强化可取得较好破乳效果；
38.(3)可降低破乳温度，降低能耗；
39.(4)超声波和破乳剂协同作用，可提高破乳剂作用效率，减少破乳剂用量。
40.脉冲电源形成的脉冲电场的有益效果如下：
41.(1)避免短路；
42.(2)提高脱水效率；
43.(3)节省电耗(间歇供电方式，缩短了通电时间)；
44.(4)稳定操作(微电脑控制，实现电压补偿，由可控硅控制输出脉冲电压有效避免因电流增大而产生电压的降低)。
45.多电场的优势在于可用同一台电脱盐脱水罐提升原油处理量或适应油品重质化、劣质化。
46.控制系统的优势在于可在一个plc内集成电脱盐脱水系统的全部工艺参数信号和控制逻辑，自动化的控制电脱盐脱水系统运行，实现控制的智能化和系统节能化。
附图说明
47.图1为本发明的系统工艺流程结构示意图；
48.图2为本发明的超声波产生原理结构示意图。
49.图中标号说明：
50.1、一级静态混合器；2、一级混合阀；3、一级混合差压变送器；4、一级超声波辅助破乳设施；5、一级下部电场原油流量计；6、一级上部电场原油流量调节阀；7、一级电脱盐脱水罐；8、一级下部电场脉冲电源；9、一级上部电场脉冲电源；10、一级油水界位仪；11、一级油
水界位调节阀；12、二级静态混合器；13、二级混合阀；14、二级混合差压变送器；15、二级超声波辅助破乳设施；16、二级下部电场原油流量计；17、二级上部电场原油流量调节阀；18、二级电脱盐脱水罐；19、二级下部电场脉冲电源；20、二级上部电场脉冲电源；21、二级油水界位仪；22、二级油水界位调节阀；23、注水泵；24、注水/排水换热器；25、循环注水泵；26、二级注水流量计；27、二级注水流量调节阀；28、一级注水流量计；29、一级注水流量调节阀；30、反冲洗水泵；31、开关阀一；32、开关阀二。
具体实施方式
51.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。
52.实施例：
53.请参阅图1-2，一种原油电脱盐脱水装备，具体工作流程如下(以两级为例)：
54.原油乳化液自装置外来，依次经过一级静态混合器1和一级混合阀2进行混合(与水、破乳剂、脱金属剂)，一级混合差压变送器3指示混合过程差压，经充分混合的原油乳化液经过一级超声波辅助破乳设施4进行超声波破乳，经超声破破乳后的原油乳化液分两路进入一级电脱盐脱水罐7，其中下部进油管路上设置有一级下部电场原油流量计5和一级上部电场原油流量调节阀6，用于调节一级电脱盐脱水罐7内部上下两个电场的原油流量，一级电脱盐脱水罐7顶部设置有一级下部电场脉冲电源8和一级上部电场脉冲电源 9，分别给一级电脱盐脱水罐7内部上下两个电场提供电源，用于形成高压脉冲电场。一级电脱盐脱水罐7顶部还设置有一级油水界位仪10，用于指示一级电脱盐脱水罐7内部油水界位。经电场聚结脱盐脱水后形成的含盐污水在一级电脱盐脱水罐7底部排出罐外，经一级油水界位调节阀11调节液位后去注水/排水换热器24。经电场聚结脱盐脱水后的原油自一级电脱盐脱水罐7顶部离开一级电脱盐脱水系统去二级电脱盐脱水系统，依次经过二级静态混合器12和二级混合阀13进行混合(与水、破乳剂、脱金属剂)，二级混合差压变送器14指示混合过程差压，经充分混合的原油乳化液经过二级超声波辅助破乳设施15进行超声波破乳，经超声破破乳后的原油乳化液分两路进入二级电脱盐脱水罐18，其中下部进油管路上设置有二级下部电场原油流量计16 和二级上部电场原油流量调节阀17，用于调节二级电脱盐脱水罐18内部上下两个电场的原油流量，二级电脱盐脱水罐18顶部设置有二级下部电场脉冲电源19和二级上部电场脉冲电源20，分别给二级电脱盐脱水罐18内部上下两个电场提供电源，用于形成高压脉冲电场。二级电脱盐脱水罐18顶部还设置有二级油水界位仪21，用于指示二级电脱盐脱水罐18内部油水界位。经电场聚结脱盐脱水后形成的含盐污水在二级电脱盐脱水罐18底部排出罐外，经二级油水界位调节阀22调节液位后一级电脱盐脱水混合设施前或去注水/排水换热器24。经电场聚结脱盐脱水后的原油自二级电脱盐脱水罐18顶部离开二级电脱盐脱水系统去后续处理设施。
55.注水和循环注水系统是这样运行的：净化水自装置外来，经注水泵23加压后，去注水/排水换热器24和来自一级电脱盐脱水罐7的电脱排水进行换热，换热至一定温度后，电脱排水去污水处理设施，换热后的注水经二级注水流量计26和二级注水流量调节阀27调节
流量后，以特定流量注入二级电脱盐脱水混合设施前。二级电脱排水经循环注水泵25加压后，经一级注水流量计28和一级注水流量调节阀29调节流量后，以特定流量注入一级电脱盐脱水混合设施前。也可以采用注水泵23的注水直接注入一级电脱盐脱水混合设施前，此时，来自循环注水泵25的排水经二级油水界位调节阀22调节界位后直接去注水/排水换热器24，来自净化水自装置外来，经注水泵23加压后，去注水/排水换热器24和来自一级电脱盐脱水罐7和二级电脱盐脱水罐 18的电脱排水进行换热，换热至一定温度后，电脱排水去污水处理设施，换热后的注水一部分经二级注水流量计26和二级注水流量调节阀27调节流量后，以特定流量注入二级电脱盐脱水混合设施前，一部分经一级注水流量计 28和一级注水流量调节阀29调节流量后，以特定流量注入一级电脱盐脱水混合设施前。循环注水时开关阀一31开，开关阀二32关，非循环注水时，开关阀一31关，开关阀二32开，同时一级电脱盐脱水罐7和二级电脱盐脱水罐18可在使用之后，通过净化水自装置外来，经反冲洗水泵30加压，进入其内部进行反冲洗。
56.超声波辅助破乳设施的工作原理如下：超声波辅助破乳设施为一设置在混合设施后、电脱盐脱水罐前的一部分直管段，该直管段内部设施有超声波换能器。超声波发生器将交流220v电压转换成与换能器相匹配的电信号，此电信号经过功率放大器后再经阻抗匹配，驱动换能器将电信号转换为机械振动，由此实现电能与声能的转换。换能器将超声波发生器输出的电能变为机械能，并以机械振动的形式传给原油乳化液，使乳化液产生空化效应，实现超声波辅助破乳。
57.脉冲电源主要由脉冲变压器和控制系统构成，脉冲变压器作为主体设备，由低压防爆接线盒、脉冲变压器主体、防爆高压接线盒等构成。输入电缆经低压防爆接线盒和隔离密封接线柱接入脉冲变压器内部，经过逆变、升压、二次整流后输出。脉冲变压器运行过程：380v工频交流供电首先整流滤波，整流采用可控硅，从而具有了调节控制电压的作用。脉冲电源的关键是谐振变换器(逆变器)，它主要由4支大功率igbt(绝缘栅双极型晶体管)和电感、电容构成，其产生高频的原理类似超声波，由于其产生谐振主要是通过 igbt开、关来实现的，因此就可以通过控制器开、关及间隔时间来实现频率、脉宽、脉冲间隙、占空比的调节和控制。微机控制器是以cpu为核心的脉冲电源控制中心。微机控制器通过安装在脉冲变压器内的检测电路、连续不断的监测脉冲变压器输出电压和输出电流等各项参数，一方面经plc连接中央控制室的操作器(him、ipc、dcs等)，监控、设置系统的工作电压、工作电流、频率、占空比等，另一方面微电脑控制器连接着整流、电压调节系统和逆变控制系统，可以通过远程通讯系统人为地对系统运行特征、参数进行控制和调节，也可以按照预设的程序、参数自动控制脉冲变压器的运行，同时还可以进行故障诊断和报警。
58.plc控制系统(包括脉冲电源控制中心)，其用于采集电脱盐脱水系统全部仪表信号，控制全部电脱盐脱水系统的自动化运行，具体的：
59.电脱盐脱水系统混合差压控制：一级电脱盐脱水系统混合差压控制回路由一级静态混合器1、一级混合阀2和一级混合差压变送器3组成，一般的，电脱盐脱水系统混合差压设定值为50kpa(该值可在plc控制系统调节、设置)，当一级混合差压变送器3测量值高于设定值时，调节一级混合阀2开大直到混合差压达到设定值；当一级混合差压变送器3测量值低于设定值时，调节一级混合阀2关小直到混合差压达到设定值。二级电脱盐脱水系统混合差压控制回路由二级静态混合器12、二级混合阀13和二级混合差压变送器14组成，一般的，
电脱盐脱水器混合差压设定值为50kpa(该值可在plc控制系统调节、设置)，当二级混合差压变送器14测量值高于设定值时，调节二级混合阀13开大直到混合差压达到设定值；当二级混合差压变送器14测量值低于设定值时，调节二级混合阀13关小直到混合差压达到设定值。
60.电脱盐脱水系统油水界位控制：一级电脱盐脱水器油水界位控制回路由一级油水界位仪10和一级油水界位调节阀11组成，一般的，电脱盐脱水器油水界位设定值为70％(该值可在plc控制系统调节、设置)，当一级油水界位仪10测量值高于设定值时，调节一级油水界位调节阀11开大直到油水界位达到设定值；当一级油水界位仪10测量值低于设定值时，调节一级油水界位调节阀11关小直到油水界位达到设定值。二级电脱盐脱水器油水界位控制回路由二级油水界位仪21和二级油水界位调节阀22组成，一般的，电脱盐脱水器油水界位设定值为70％(该值可在plc控制系统调节、设置)，当二级油水界位仪21测量值高于设定值时，调节二级油水界位调节阀22开大直到油水界位达到设定值；当二级油水界位仪21测量值低于设定值时，调节二级油水界位调节阀22关小直到油水界位达到设定值。
61.电脱盐脱水系统下部电场原油流量控制：一级电脱盐脱水系统下部电场原油流量控制回路由一级下部电场原油流量计5和一级上部电场原油流量调节阀6组成，一般的，一级电脱盐脱水器下部电场原油流量设定值为总流量的60％(该值可在plc控制系统调节、设置)，当一级下部电场原油流量计5 测量值高于设定值时，调节一级上部电场原油流量调节阀6开大直到下部电场原油流量达到设定值；当一级下部电场原油流量计5测量值低于设定值时，调节一级上部电场原油流量调节阀6关小下部电场原油流量达到设定值。二级电脱盐脱水系统下部电场原油流量控制回路由二级下部电场原油流量计16 和二级上部电场原油流量调节阀17组成，一般的，二级电脱盐脱水器下部电场原油流量设定值为总流量的60％(该值可在plc控制系统调节、设置)，当二级下部电场原油流量计16测量值高于设定值时，调节二级上部电场原油流量调节阀17开大直到下部电场原油流量达到设定值；当二级下部电场原油流量计16测量值低于设定值时，调节二级上部电场原油流量调节阀17关小下部电场原油流量达到设定值。
62.超声波辅助破乳的控制主要用于控制超声波声强、频率和作用时间。通过改变超声波发生器输入功率将交流220v电压转换成与换能器相匹配的电信号，此电信号经过功率放大器后再经阻抗匹配，驱动换能器将电信号转换为机械振动，由此实现电能与声能的转换。换能器都有一个电的储能元件和一个机械振动系统，从电源输出端来的电振荡信号将引起换能器中电储能元件电场或磁场的变化，这种电场或磁场的变化通过某种效应对换能器的机械振动系统产生一个推动力，使其进入振动状态，从而推动与换能器机械振动系统相接触的介质发生振动，向原油乳化液中辐射超声波。对某一具体的原油品种，通过多次试验尝试，根据输入功率(声强)与破乳效果的关系，确定具体原油的适应的功率和声强。超声波辅助破乳设施直管段内设施有多个换能器，每个换能器均配置相对独立的控制设施，多个换能器依次排列在破乳剂辅助破乳设施内部，通过控制设施电源的通断，确定直管段内同时工作的换能器的数量，以此决定超声波辅助破乳的时间。上述控制和逻辑决断过程在plc中进行设置和实施。
63.脉冲电源的控制方式有如下几种：
64.短路保护：当系统发现电场电流过大，会超过系统设定或额定电流时， cpu指示
mtc模块降低电压，直至停止供电。
65.1)自动恢复：短路状态消除后，系统制动恢复到设定电压。
66.2)恒压运行：在电脱盐/水的实际生产中油品和操作条件经常变化，也就是说加工油品的电导是经常变化的，在设定电压下，只要运行电流不超过脉冲变压器的额定容量，系统便会保持该运行电压不变，实现恒压运行。
67.3)恒流模式：在电脱盐/水的实际生产中油品和操作条件经常变化，也就是说加工油品的电导是经常变化的，在设定电流下，系统会按照设定电流值运行，电压大小会根据电流大小自动调节。
68.4)远程控制：所有运行参数的设置、监视可在电控室内进行。也可实现 dcs在中央控制室进行。
69.本发明采用“超声破乳+脉冲电源+多电场”原油电脱盐脱水集成工艺流程其可以是单级流程、二级流程和三级流程，与二级电脱盐脱水系统相比，单级流程无循环注水系统；三级流程增加了三级排水循环回注二级流程和二级排水循环回注一级的流程。
70.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。