Аппарат для разрушения водонефтяной эмульсии в электрическом поле

 

Изобретение относится к устройствам для разрушения водонефтяной эмульсии в электрическом поле, оно может быть использовано в нефтяной, нефтехимической и машиностроительной отраслях промышленности. Аппарат содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками и электродную систему, выполненную в виде электропроводных элементов, закрепленных в диэлектрических обоймах 6, установленных перпендикулярно к оси корпуса и прижатых друг к другу. Токопроводящие элементы электродов могут быть выполнены в виде: рядов параллельных струн, рядов параллельных пластин, установленных перпендикулярно к оси обоймы или под углом к ней, концентрических колец из проволоки или полосы, спирали из проволоки или полосы, рядов параллельных струн или пластин, или концентрических колец из проволоки или полосы с разным шагом между электропроводными элементами в различных обоймах. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к устройствам для обработки нефтяной эмульсии с применением электрического поля и может быть использовано в нефтяной, нефтехимической промышленности, преимущественно для разрушения устойчивых высокообводненных эмульсий типа "вода в масле".

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является аппарат для разрушения водонефтяных эмульсий в электрическом поле, содержащий корпус с патрубками ввода и вывода эмульсии и электродную систему.

При работе на высокообводненных эмульсиях и эмульсиях с большим содержанием механических примесей между высокопотенциальными электродами образуются токопроводящие цепочки, что приводит к межэлектродным пробоям. Другим недостатком указанного аппарата является сложность эксплуатации из-за применения высокого напряжения и высоковольтных источников тока.

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности аппарата при работе на высокообводненных эмульсиях и эмульсиях с большим содержанием механических примесей, а также упрощение эксплуатации за счет использования сетевого напряжения.

С этой целью в аппарате для разрушения водонефтяной эмульсии в электрическом поле, включающем корпус с патрубками ввода и вывода эмульсии и размещенную в нем электродную систему, электродная система выполнена в виде обойм из диэлектрика, внутри которых размещены токопроводящие элементы, при этом обоймы установлены перпендикулярно к оси корпуса и прижаты одна к другой, а их токопроводящие элементы поочередно присоединены к разным фазам электросети; токопроводящие элементы электродов могут быть выполнены в виде рядов параллельных струн, другим вариантом является выполнение токопроводящих элементов электродов в виде рядов параллельных пластин, установленных перпендикулярно или под углом к оси обоймы.

Предлагаемое решение существенно повышает эффективность и надежность работы устройства на высокообводненных эмульсиях и эмульсиях с большим содержанием механических примесей по следующим причинам: наличие электрического поля в объеме эмульсии существенно повышает скорость процесса межкапельной коалесценции; наличие электрического поля вблизи струн увеличивает в десятки раз эффективность осаждения капель на струнах; использование сетевого напряжения без применения повышающего трансформатора упрощает конструкцию и повышает надежность и безопасность ее работы.

Кроме того, за счет использования сетевого напряжения вместо высоковольтного упрощается эксплуатация аппарата. Следовательно, данное изобретение удовлетворяет критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого аппарата; на фиг. 2, 3 и 4 представлены соответственно сечения по А-А, по Б-Б, по В-В на фиг. 1; на фиг. 5-8 - варианты выполнения токопроводящих элементов (на фиг. 5 и 6 - примеры выполнения токопроводящих элементов электродов в виде рядов параллельных пластин, установленных перпендикулярно к плоскости обоймы и под углом к ней, соответственно; на фиг. 7 и 9 представлен пример выполнения токопроводящих элементов электродов в виде концентрических колец из проволоки (фиг. 7) и полосы (фиг. 9) изобретения. На фиг. 8 и 10 представлен пример выполнения токопроводящих элементов электродов в виде спирали из проволоки и полосы соответственно.

Аппарат содержит корпус 1, во входной 2 и выходной 3 камерах которого размещены входной 4 и выходной 5 патрубки. В корпусе размещена электродная система, выполненная в виде обоймы 6 из диэлектрика, внутри которых размещены токопроводящие элементы 7, при этом обоймы установлены перпендикулярно к оси корпуса и прижаты друг к другу. Токопроводящие элементы смежных обойм присоединены к разным фазам электросети. Каждая обойма оснащена двумя лепестковыми клапанами 8 и 9, один из которых выполнен из диэлектрика, а другой - из электропроводного материала, например из пружинной стали, а обоймы установлены таким образом, что против диэлектрического клапана обоймы размещен токопроводящий клапан соседней. Сквозь отверстия клапанов проходят токоведущие стержни 10 и 11, присоединенные к разным фазам электросети с помощью проходных изоляторов 12. Корпус со стороны крыши снабжен упором 13, к которому прижаты обоймы.

Аппарат работает следующим образом.

Исходную эмульсию подают во входную камеру 2 через штуцер 4. Разрушение эмульсии осуществляется в электрическом поле, существующем между токопроводящими элементами 7 соседних обойм 6 за счет интенсивного укрупнения капель под действием электрического поля. Обработанную эмульсию выводят через штуцер 5 в выводной камере 3 и направляют в аппараты для отделения воды.

При обработке высокообводненных эмульсий величина электрического тока ограничена малой общей площадью электродов и невысоким напряжением, подаваемым на электроды. Расстояния между токопроводящими элементами в обойме и токопроводящими элементами смежных обойм определяются из условия ограничения мощности, потребляемой аппаратом при работе на эмульсиях с обводненностью до 60%, и зависят от величины сетевого напряжения. Так, при увеличении напряжения от 220 до 380 В, расстояние между электродами соседних обойм увеличивается в 1,73 раза.

Струны соседних обойм смещены относительно одна другой так, чтобы поперечное сечение аппарата, в конечном счете, было полностью перекрыто струнами. Такое расположение струн в обоймах обеспечивает повышение эффективности работы аппарата во всем диапазоне изменения дискретности капельной жидкости.

Диаметр струн, или толщина пластин, выбирается из условия обеспечения напряженности поля вблизи струн 1-2 кВ/см при работе на эмульсиях с обводненностью менее 0,5% . Это позволяет обеспечить эффективный захват капель струнами и при разрушении малоконцентрированных эмульсий.

При наличии значительного количества солей и высокой обводненности обрабатываемой эмульсии вместо струн используются пластины, что существенно увеличивает время электролитического разрушения электродов, следовательно, повышает надежность их работы.

Если аппарат имеет круглое поперечное сечение, то для обеспечения более равномерного распределения поля по сечению аппарата, токопроводящие элементы в обоймах выполняются в виде концентрических колец из проволоки или полосы.

Такая конструкция токопроводящих элементов обеспечивает высокую эффективность обработки малоконцентрированных эмульсий.

Конструкция токопроводящих элементов электродов в виде спирали из проволоки или полосы существенно упрощает процесс изготовления электродов.

Для каждой величины напряженности электрического поля существует критический размер капли, выше которого капли укрупняться не могут. При снижении напряженности поля критический размер капли увеличивается. Для увеличения критического размера капель и обеспечения высокой скорости их укрупнения необходимо уменьшать величину напряженности поля по мере укрупнения необходимо уменьшить величину напряженности поля по мере укрупнения капель. Этого можно достичь за счет изменения расстояния между токопроводящими элементами в соседних обоймах.

Испытания проводились на лабораторной установке с различными системами элементов.

В качестве эмульсии использовалась эмульсия нафталакской нефти с соленой водой при обводненности от 5 до 50%, с содержанием механических примесей до 1%.

Без применения электрического поля расслоения эмульсии не наблюдалось в течение 3 сут. При обработке эмульсии в электрическом поле в течение 15-20 с после двухчасового отстоя отделялось от 50 до 90% воды в зависимости от исходной обводненности.

Формула изобретения

1. АППАРАТ ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ, включающий корпус с патрубками ввода и вывода эмульсии и размещенную в нем электродную систему, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности в работе на высокообводненных эмульсиях и эмульсиях с большим содержанием механических примесей, а также упрощения эксплуатации за счет использования сетевого напряжения, электродная система выполнена в виде обойм из диэлектрика, внутри которых размещены токопроводящие элементы, при этом обоймы установлены перпендикулярно оси корпуса и прижаты одна к другой, а их токопроводящие элементы поочередно присоединены к разным фазам электросети.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что токопроводящие элементы выполнены в виде рядов параллельных струн.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что токопроводящие элементы выполнены в виде ряда параллельных пластин, установленных перпендикулярно плоскости обоймы или под углом к ней.

4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что токопроводящие элементы выполнены в виде концентрических колец из проволоки или полосы.

5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что токопроводящие элементы выполнены в виде спирали из проволоки или полосы.

6. Аппарат по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что соседние обоймы выполнены с разным шагом между токопроводящими элементами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10