ЭЛЕКТРОДЕГИДРАТОР
ELECTRIC DEHYDRATOR

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для обезвоживания и обессоливания нефти и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.
Известны электродегидраторы, содержащие корпус, электроды, штуцера для вывода продуктов и ввода сырья, а также присоединенные к вводу сырья распределительные устройства, представляющие собой трубчатые коллекторы различных конструкций [Логинов В.И. Обезвоживание и обессоливание нефтей. - М.: Химия, 1979 г. - 216 с.].
В процессе обессоливания и обезвоживания нефти в подогретую нефть добавляют пресную воду и полученную эмульсию подают в нижнюю часть электродегидратора через распределительное устройство. За счет разности плотностей нефти и воды в электродегидраторе происходит отстаивание и разделение эмульсии. В нижней части образуется слой воды, в верхней части слой нефти, а между ними образуется промежуточный эмульсионный слой с относительно высоким содержанием воды. В верхней части в слое нефти расположены два электрода, на которые подается высокое переменное напряжение. Под действием переменного напряжения происходит сближение и слияние мелких капель воды в более крупные, что способствует их отстаиванию. Корпус электродегидратора заземлен или присоединен к нулевой фазе, поэтому переменное электрическое поле возникает не только между электродами, но и между электродами и корпусом, а также между электродами и слоем воды. Толщина промежуточного эмульсионного слоя влияет на производительность электродегидратора. При увеличении его толщины может происходить электрический пробой. С другой стороны, силы притяжения между каплями воды зависят от расстояния между ними, поэтому процесс слияние капель в пределах промежуточного эмульсионного слоя протекает достаточно интенсивно. На эффективность работы электродегидратора влияет качество распределения поступающей жидкости. При неравномерном распределении в нефтяном слое возникают вертикальные потоки, которые существенно влияют на эффективность отстаивания. Распределительные устройства в виде трубчатых коллекторов имеют ряд недостатков. Сложная и разветвленная система труб создает сложности при монтаже и последующем обслуживании. При истечении жидкости через отверстия в трубах, по длине труб коллектора происходит падение давления и возникает неравномерное истечение жидкости. Для более равномерного истечения создают больший перепад давления за счет уменьшения числа отверстий и их диаметра. Уменьшение числа отверстий снижает качество распределения жидкости, а уменьшение диаметра приводит к увеличению скорости истечения жидкости и повышает вероятность их засорения. Увеличение скорости жидкости турбулизует потоки в электродегидраторе и отрицательно влияет на процесс отстаивания. При высокой скорости истечения жидкости происходит дробление капель нефти, мелкие капли медленнее поднимаются и коагулируют, что увеличивает толщину промежуточного эмульсионного слоя типа «нефть в воде».
Известны электродегидраторы содержащие корпус, электроды, штуцера для вывода продуктов и ввода сырья, а также распределительные устройства, представляющие собой открытые снизу и перфорированные сверху распределительные короба, присоединенные к трубам подачи сырья и соединенные между собой распределительными трубами [Логинов В.И. Обезвоживание и обессоливание нефтей. - М.: Химия, 1979 г. - 216 с.].
Основным достоинством таких распределительных устройств является то, что перепад давления на отверстиях невелик и зависит от высоты слоя нефти в коробе, которая по длине короба является практически постоянной. Поэтому обеспечивается практически одинаковая и сравнительно низкая скорость истечения жидкости через отверстия. Конструкция имеет недостатки. Размеры коробов определяются требованиями монтажа через люк-лазы, поэтому требуется установить достаточно большое количество коробов и соединить их распределительными трубами. Короба должны быть достаточно прочными, что предполагает сравнительно высокую материалоемкость. Для обеспечения равномерности распределения жидкости по коробам распределительных труб должно быть достаточно много, они должны иметь достаточно большой диаметр и должна быть достаточно большой высота слоя нефти ниже распределительных труб. Распределительное устройство имеет низкий диапазон рабочих нагрузок. Диапазон рабочих нагрузок определяется соотношением между минимальной и максимальной высотой слоя нефти в коробе. При увеличении расхода и повышении плотности нефти увеличивается высота слоя нефти в коробах, и максимальная производительность ограничивается высотой короба. При снижении расхода и плотности нефти высота слоя нефти уменьшается, и минимальная производительность определяется работоспособностью распределительных труб. Отметим, что расход жидкости, протекающей через отверстия, пропорционален квадрату перепада давления, то есть, например, при увеличении расхода в два раза высота слоя нефти в коробах увеличивается в четыре раза. Таким образом, для обеспечения широкого диапазона рабочих нагрузок, короба должны иметь сравнительно большую высоту. Но высота коробов ограничивается размерами люк лазов, кроме того, увеличение высоты коробов уменьшает расстояние между границей раздела фаз и электродами, что может приводить к электрическому пробою. Отметим, что в нижней части коробов имеется граница раздела фаз между нефтью и водой и в коробах происходит частичное отстаивание воды. Сравнительно крупные капли воды отделяются, что приводит к уменьшению содержания воды в нефти, уменьшению высоты промежуточного эмульсионного слоя и увеличению максимальной производительности. Но площадь отстаивания в коробах невелика и этот эффект в литературе даже не упоминается.
Задачей изобретения является повышение производительности электродегидратора, расширение диапазона рабочих нагрузок, повышение эффективности обессоливания и обезвоживания, а также снижение стоимости распределительного устройства.
Технический результат достигается тем, что в известном электродегидраторе, содержащем корпус, электроды, штуцера для вывода продуктов и ввода сырья, распределительные устройства, представляющие собой открытые снизу и перфорированные сверху распределительные короба, присоединенные к трубам подачи сырья, согласно изобретению, короба в рабочем состоянии имеют куполообразную форму и выполнены из гибкого диэлектрического материала, прикрепленного к раме.
В электродегидраторе нефть, содержащая воду, через штуцера ввода сырья и подающие трубы поступает под распределительные короба, выполненные из перфорированного гибкого диэлектрического материала, прикрепленного к раме. За счет разности плотностей нефти и воды, заполняющей нижнюю часть электродегидратора, нефть приподнимает гибкий материал и придает коробу куполообразную форму. Нефть протекает через отверстия в материале, поднимается в воде, достигает границы раздела фаз и попадает в промежуточный эмульсионный слой. Под действием переменного электрического поля в слое нефти и промежуточном эмульсионном слое происходит слияние капель воды и их отстаивание. Обезвоженная и обессоленная нефть и отделившаяся вода выводятся через штуцера вывода продуктов. Размеры распределительных коробов не связаны с размером люк-лазов, так как они выполнены из гибкого материала, а рама может быть выполнена разборной. То есть короба могут занимать большую часть горизонтального сечения аппарата. Короба не имеют распределительных труб и сохраняют работоспособность при малых расходах нефти. При увеличении расхода нефть занимает большую часть купола и увеличивается количество отверстий, через которые протекает нефть. Поэтому, при увеличении расхода, высота слоя нефти возрастает сравнительно медленно и обеспечивается широкий диапазон рабочих нагрузок при небольшой высоте коробов. Кроме того, с увеличением расхода равномерность распределения повышается. При высоком расходе или высокой плотности нефти увеличивается площадь отстаивания под куполом коробов, что позволяет отделить сравнительно крупные капли воды и уменьшить толщину промежуточного эмульсионного слоя. Возможен также режим, при котором верхняя часть купола находится в промежуточном эмульсионном слое. Материл диэлектрический и в этом случае электрическое поле проникает под купол, и интенсивный процесс слияния капель происходит уже под куполом. То, что материл диэлектрический, исключает вероятность электрического пробоя между электродом и куполом короба. Таким образом, повышение производительности обеспечивается за счет уменьшения высоты распределительного устройства, что позволяет работать при большей высоте промежуточного эмульсионного слоя, а также за счет создания дополнительной площади отстаивания, что позволяет отделить часть воды до ее попадания в промежуточный эмульсионный слой. Малая высота слоя нефти под куполом позволяет увеличить диаметр и число отверстий, что обеспечивает снижение скорости истечения нефти и повышает равномерность ее распределения. Равномерное распределение нефти по сечению аппарата положительно влияет на эффективность обезвоживания и обессоливания. Толщина гибкого материала мала, что обеспечивает снижение материалоемкости и стоимости распределительного устройства. Уменьшение количества коробов и отсутствие распределительных труб также снижают стоимость устройства и затраты на его монтаж.
На фигуре изображен электродегидратор.
Электродегидратор имеет корпус 1, электроды 2, штуцера ввода и трубы 3 подачи сырья, штуцер 4 вывода нефти, штуцер 5 вывода воды, распределительные короба 6 куполообразной формы из перфорированного, гибкого, диэлектрического материала, например, из стеклоткани, прикрепленные к раме 7. Нефть, содержащая воду, через штуцера ввода сырья и трубы 3 подачи сырья поступает под распределительные короба 6, выполненные из перфорированного гибкого диэлектрического материала, прикрепленного к раме 7. За счет разности плотностей нефти и воды, нефть приподнимает гибкий материал и придает коробам 6 куполообразную форму. Нефть протекает через отверстия в материале, поднимается в воде, достигает границы раздела фаз и попадает в промежуточный эмульсионный слой. Под действием переменного электрического поля, создаваемого с помощью электродов 2, в слое нефти и промежуточном эмульсионном слое происходит слияние капель воды и их отстаивание. Обезвоженная и обессоленная нефть выводится через штуцер 4 вывода нефти, отделившаяся вода выводится через штуцер 5. Процесс отстаивания происходит также внутри коробов 6, где отстаиваются только капли воды сравнительно крупного размера.