高频脉冲静电—超声联合聚结破乳电脱水器
阅读说明：本技术 高频脉冲静电—超声联合聚结破乳电脱水器 (High-frequency pulse electrostatic-ultrasonic combined coalescence demulsification electric dehydrator ) 是由 孙治谦 孙进慧 王振波 李强 朱丽云 刘兆增 于 2020-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种高频脉冲静电—超声联合聚结破乳电脱水器,其脱水效果好、运行电耗减少、破乳剂消耗减少、废水处理成本低,并且运行周期长,包括罐体,所述罐体内安装有布油管、冲砂管和集油管,所述罐体的下壁面上还设置有穿透罐体内外的原油入油管、出水管和冲砂入管,所述罐体的上壁面上设置有穿透罐体内外的原油出油管；所述冲砂管设置于罐体底部,所述布油管设置于罐体下半部且位于所述冲砂管上方,所述集油管设置于罐体顶部,其借助包覆绝缘材料的折板式电极板提升水滴聚结速率,同时利用超声波换能器破坏油水乳状液的界面膜厚度,防止因厚度过大导电性增强致使的电极板间短路现象。(The invention provides a high-frequency pulse static-ultrasonic combined coalescence demulsification electric dehydrator which has the advantages of good dehydration effect, reduced operation power consumption, reduced demulsifier consumption, low wastewater treatment cost and long operation period, and comprises a tank body, wherein an oil distribution pipe, a sand washing pipe and an oil collecting pipe are arranged in the tank body, a crude oil inlet pipe, a water outlet pipe and a sand washing inlet pipe which penetrate through the inside and the outside of the tank body are also arranged on the lower wall surface of the tank body, and a crude oil outlet pipe which penetrates through the inside and the outside of the tank body is arranged on the upper wall surface of the tank body; the sand washing pipe is arranged at the bottom of the tank body, the oil distribution pipe is arranged at the lower half part of the tank body and is positioned above the sand washing pipe, the oil collection pipe is arranged at the top of the tank body, the coalescence rate of water drops is improved by means of a folded plate type electrode plate coated with an insulating material, and meanwhile, the thickness of an interface film of the oil-water emulsion is damaged by the ultrasonic transducer, so that the phenomenon of short circuit between the electrode plates caused by the fact that the conductivity is enhanced due to overlarge thickness.)
技术领域
本发明属于石油化工设备领域、原油电脱水设备领域，具体涉及一种高频脉冲静电—超声联合聚结破乳电脱水器。
背景技术
随着原油脱水技术存在的越来越多的问题和需求的日益严峻，国内外学者所提出的改变电极布局、改变脱水电源的供电形式等方法来改进现有的乳化液电脱水技术，仅仅是通过减少水滴破裂和加大水滴形变的方式，来提高原油乳化液的电脱水效率，但是各种方案解决旧问题的同时持续产生了一些新问题。
在不混溶的液体介质中，液滴之间或液滴与自身本体相之间的聚结分三个阶段进行。第一阶段，液滴彼此接近并被连续相的薄膜隔开；第二阶段液膜变薄以减小界面面积；第三阶段液膜融合，液滴完成聚并。传统的电脱水器设计和相关研究大多数都集中于促进聚结过程的第三阶段。然而，随着国内油田进入中后期的深度开采，原油的性质日益劣化，原油脱水脱盐难度增加，原有的成熟技术出现问题，脱后原油超标、操作波动、排水带油等问题突出，国内外也有越来越多的学者将目光集中到水滴聚结的第一阶段和第二阶段，研究了超声波等因素对油水界面薄膜的影响，然而在电脱水器设计方面，应用相关原理的电脱水器比较罕见。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：利用高频脉冲静电—超声联合聚结破乳，提供一种脱水效果好、运行电耗减少、破乳剂消耗减少、废水处理成本低，并且运行周期长的高效电脱水器，其借助包覆绝缘材料的折板式电极板提升水滴聚结速率，同时利用超声波换能器破坏油水乳状液的界面膜厚度，防止因厚度过大导电性增强致使的电极板间短路现象。
本发明采用的技术方案是：高频脉冲静电—超声联合聚结破乳电脱水器，其特征在于：包括罐体，所述罐体内安装有布油管、冲砂管和集油管，所述罐体的下壁面上还设置有穿透罐体内外的原油入油管、出水管和冲砂入管，所述罐体的上壁面上设置有穿透罐体内外的原油出油管；所述冲砂管设置于罐体底部，所述布油管设置于罐体下半部且位于所述冲砂管上方，所述集油管设置于罐体顶部，所述原油入油管与所述布油管连通，所述冲砂入管与所述冲砂管连通，所述原油出油管与所述集油管连通；
所述布油管与集油管之间设置有电极板组件和超声换能器，所述电极板组件包括折板式电极和直板式电极，所述折板式电极和直板式电极水平式交替排布，所述超声换能器位于所述电极板组件的一侧。
所述集油管呈H型横向设置于罐体的顶部，所述集油管表面均布多个集油孔，所述集油孔朝向上方倾斜的设置；
所述布油管呈H型横向设置于罐体下半部，其表面均布多个布油孔，所述布油孔朝向下方倾斜的设置；
所述冲砂管横向设置于罐体底部，其表面朝向下方伸出有多个冲砂嘴，所述冲砂嘴用于采用水流冲击罐体底部淤积的泥沙，促使泥沙和积水通过所述罐体底部的出水管排出。
所述超声换能器为压电陶瓷超声波换能器，其发生轴线与电极板方向同轴；所述超声换能器的换能器端采用喇叭形开口，使超声波发射的范围控制在折板式电极的通道中。
所述折板式电极和直板式电极表面均包覆有一层疏水绝缘材料，其可以阻止电极短路，并减缓荷电水滴的滞留，阻止垮电场的发生，也能抑制荷电水滴附着在电极上，水滴一旦附着在电极上，使电势差集中在绝缘层上，削弱建立在乳状液上的电场，同时协同超声换能器的搅拌、碰撞、聚集、空化、负压等一系列超声效应，破坏油水界面膜，进一步防止电极板间产生短路。
本发明的高频脉冲静电—超声联合聚结破乳电脱水器，利用折板式电极产生的介电泳力会使水滴向外围运动，促进水滴与电极接触，水滴与电极接触后会发生电荷转移，荷电水滴在电场作用下向流道中央运动，由于不同水滴荷电量、粒径差异导致电泳速度不同，同时水滴在超声波的作用下产生共振位移，促进水滴碰撞；而在水滴碰撞聚结时，超声换能器产生的超声波能量辐射到原油乳状液中，使之产生一系列超声效应，如搅拌、碰撞、聚集、空化、负压等，破坏油水界面膜，防止因油水乳状液的界面膜厚度增大、稳定性、导电性增强导致的电脱水器电极板短路。
本发明的优点在于：
1、所述折板式电极使电极表面积增大，水滴与电极接触荷电几率更高；同时利用折板结构将超声换能器的超声波主动引导反射、折射在水平式分布的电极板之间，使超声波按照水平方向传播，避免了超声波在整个罐体内的反射、折射，减轻了二次乳化；
2、超声波产生的共振位移效应和强非均匀电场产生的介电泳力和电泳力联合聚结乳状液中细小水滴，有效地提升水滴的聚结速率，增大本发明电脱水器的处理量；
3、电极板表面的绝缘包覆材料以及超声波换能器的破乳效果协同作用，防止电极板间产生短路现象。
附图说明
图1是本发明高频脉冲静电—超声联合聚结破乳电脱水器整体结构示意图；
图2是本发明高频脉冲静电—超声联合聚结破乳电脱水器的折板式电极结构示意图；
图中：1、底座，2、人孔，3、罐体，4、压力表口，5、原油出油管，6、电极接线口，7、油水界面仪口，8、集油管，9、折板式电极，10、直板式电极，11、超声换能器，12、布油管，13、冲砂管，14、原油入油管，15、冲砂入管，16、出水管，17、冲砂嘴，18、疏水绝缘材料。
具体实施方式
下面将结合本发明专利实施例中的附图，对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专利的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明专利的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明专利保护的范围。
在本发明专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明专利保护范围的限制。
图1是本发明高频脉冲静电—超声联合聚结破乳电脱水器整体结构示意图，本发明的高频脉冲静电—超声联合聚结破乳电脱水器，包括罐体3，所述罐体内安装有布油管12、冲砂管13和集油管8，所述罐体3的下壁面上还设置有穿透罐体内外的原油入油管14、出水管16和冲砂入管15，所述罐体3的上壁面上设置有穿透罐体内外的原油出油管5；所述冲砂管13设置于罐体3底部，所述布油管12设置于罐体下半部且位于所述冲砂管13上方，所述集油管8设置于罐体3顶部，所述原油入油管14与所述布油管12连通，所述冲砂入管15与所述冲砂管13连通，所述原油出油管5与所述集油管8连通；
所述布油管12与集油管8之间设置有电极板组件和超声换能器11，所述电极板组件包括折板式电极9和直板式电极10，所述折板式电极9和直板式电极10水平式交替排布，所述超声换能器11位于所述电极板组件的一侧。所述超声换能器为压电陶瓷超声波换能器，其发生轴线与电极板组件延伸方向同轴；所述超声换能器的换能器端采用喇叭形、方形或圆形开口，使超声波发射的范围控制在折板式电极的通道中。
所述折板式电极9和直板式电极10表面均包覆有一层疏水绝缘材料18，如图2所示，是本发明高频脉冲静电—超声联合聚结破乳电脱水器的折板式电极结构示意图，其可以阻止电极板之间短路，并减缓荷电水滴的滞留，阻止垮电场的发生，也能抑制荷电水滴附着在电极上，水滴一旦附着在电极上，使电势差集中在绝缘层上，削弱建立在乳状液上的电场，同时协同超声换能器的搅拌、碰撞、聚集、空化、负压等一系列超声效应，破坏油水界面膜，进一步防止电极板间产生短路。
本实施例中，所述罐体3为卧式罐体，所述电极板组件包括三层直板式电极和两层折板式电极，所述折板式电极9和直板式电极10交替排布，且均沿水平方向延伸。
所述集油管8呈H型横向设置于罐体3的顶部，所述集油管8表面均布多个集油孔，所述集油孔朝向上方倾斜的设置；所述布油管12呈H型横向设置于罐体3下半部，其表面均布多个布油孔，所述布油孔朝向下方倾斜的设置；所述冲砂管13横向设置于罐体3底部，其表面朝向下方伸出有多个冲砂嘴17，所述冲砂嘴17用于采用水流冲击罐体3底部淤积的泥沙，促使泥沙和积水通过所述罐体底部的出水管16排出。
本实施例中，所述罐体3的顶部还设置有压力表口4、电极接线口6和油水界面仪口7，所述压力表口4和油水界面仪口7用于安装压力表和油水界面仪，所述电极接线口6用于为电极板组件供电的线路接入。
本发明工作原理与工作过程简单介绍如下：待处理的含水原油从原油入油管14进入电脱水器，经过布油管12的分散和缓冲作用，原油呈竖直方向进入罐体3，原油向上流过电极板组件，超声换能器11将超声波能量辐射到原油乳状液中，使之产生一系列超声效应，如搅拌、碰撞、聚集、空化、加热、负压等，从而达到破坏油水界面膜。同时直板式电极与折板式电极之间的不均匀电场产生的介电泳力使水滴向流道外围运动，粒径不同的水滴介电泳速度不同，加上超声频率组合产生频率协同作用，不同超声频率能与不同粒径范围的水滴产生共振，加大水滴碰撞几率，促进不同粒径水滴聚结，折板形状使得表面积增大，水滴与电极接触荷电几率更高，折板表面包覆一层绝缘疏水层，既能防止长水链导通电极造成垮电场，也能抑制电荷附着在电极上，导致电势差集中在绝缘层上，使乳状液中电场削弱，同时超声换能器的超声波削弱了油水乳状液的界面膜的导电性，水滴在重力作用下向下运动，通过出水管16排出，分离出来的油相通过集油管8收集后从原油出油管5排出。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明专利的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明专利进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明专利的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明专利技术方案的精神，其均应涵盖在本发明专利请求保护的技术方案范围当中。
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