ЭЛЕКТРОДЕГИДРАТОР

Полезная модель относится к электродегидраторам для обезвоживания и обессоливания нефти и может использоваться при ее подготовке в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности.
Известен электродегидратор, внутри корпуса которого установлены горизонтальные электроды, сборники нефти и воды и трубчатый коллектор ввода сырья, снабженный V-образными отбойными пластинами (А.с. СССР №613771, В01Д 17/06, опубл. 05.07.78 г., бюл. №25).
Недостатками этого электродегидратора являются низкая эффективность, нестабильность его работы и высокое энергопотребление, вызванные неуправляемым формированием проводящих цепочек из капель воды между электродами, которые приводят к перегрузкам высоковольтного трансформатора, его аварийным отключениям и невозможности стабильного поддержания значений напряженности электрического поля, необходимых для эффективной деэмульсации нефти.
Наиболее близким к заявляемому является электродегидратор, включающий корпус, систему ввода и распределения сырья, штуцеры вывода нефти и воды, высоковольтные источники питания и вертикальные параллельные решетчатые электроды, каждый из которых смещен относительно соседнего по высоте (пат. RU 106131 U1, В01Д 17/06, опуб. 10.07.2011 г., бюл. №19).
Наиболее существенными недостатками этого электродегидратора являются относительно низкая эффективность, не позволяющая обеспечивать необходимую глубину обезвоживания и обессоливания нефти, и невысокая производительность. Указанные недостатки обусловлены следующими причинами:
1) неоптимальной конфигурацией электрического поля, не учитывающей динамики и взаимовлияния одновременно протекающих процессов укрупнения диспергированных в нефти капель воды и их гравитационного осаждения;
2) недостаточным временем нахождения (обработки) эмульсии в электрическом поле;
3) технологически нерациональным нижним вводом сырья в аппарат, при котором восходящий поток нефти препятствует быстрому осаждению водяных капель и эффективному отделению воды.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности процесса электродеэмульсации нефти и производительности электродегидратора.
Указанная задача решается тем, что в электродегидраторе, включающем заземленный корпус, систему ввода сырья, штуцер вывода нефти, штуцер сброса воды, высоковольтный источник питания, узел ввода высокого напряжения и электроды, электроды выполнены в виде вертикальных, параллельных и чередующихся потенциальных и заземленных решеток, причем расстояние между соседними электродами постепенно уменьшается вдоль оси аппарата в направлении горизонтального движения эмульсии, а высота потенциальных электродов постепенно увеличивается в том же направлении.
При этом отношение расстояния между первой в направлении движения эмульсии парой электродов к расстоянию между последней парой составляет от 2,6 до 3,5, а отношение высоты последнего в том же направлении потенциального электрода к первому потенциальному составляет от 1,2 до 1,4.
Кроме того, электродегидратор снабжен системой торцевого распределенного ввода сырья, обеспечивающей горизонтальное равномерное движение жидкости в аппарате.
Отличительными признаками предлагаемого электродегидратора являются электродная система с постепенным уменьшением расстояния между соседними электродами вдоль оси аппарата в направлении горизонтального движения сырья и постепенным увеличением высоты потенциальных электродов в том же направлении в совокупности с торцевым распределенным вводом сырья. Такое выполнение системы электродов вместе с реализацией равномерного горизонтального движения сырья в аппарате создает технологически оптимальное сочетание электрического и гидродинамического режимов процесса деэмульсации и позволяет повысить его эффективность и увеличить производительность электродегидратора.
Сущность полезной модели поясняется Фиг.1-3.
На Фиг.1 схематически показан продольный разрез электродегидратора, где: 1 - заземленный корпус; 2 - штуцер ввода сырья; 3 - устройство торцевого ввода и распределения сырья; 4 - штуцер вывода нефти; 5 - штуцер сброса дренажной воды; 6 и 7 - соответственно потенциальные и заземленные электродные решетки; 8 - подвесные изоляторы; 9 - высоковольтный источник питания; 10 - узел ввода высокого напряжения; 11 - поддерживающие балки.
На Фиг.2 показано сечение А-А Фиг.1, где: 1 - заземленный корпус; 6 - потенциальная электродная решетка; 8 - подвесные изоляторы; 11 - поддерживающие балки.
На Фиг.3 показаны силы, действующие на каплю воды в нефти: а - в электродегидраторе - прототипе с нижним вводом сырья и восходящим потоком эмульсии; б - в предлагаемом электродегидраторе. Здесь:  - Стоксова сила вязкого сопротивления потока нефти;  - эффективная «седиментационная» сила (геометрическая сумма гравитационной и выталкивающей сил);  - результирующая сила, определяющая направление и скорость движения капли.
Электродегидратор (Фиг.1-3) включает заземленный корпус 1, штуцер ввода сырья 2, устройство торцевого ввода и распределения сырья 3, штуцер вывода нефти 4, штуцер сброса дренажной воды 5, систему вертикальных, параллельных, чередующихся потенциальных 6 и заземленных 7 электродных решеток, высоковольтный источник питания 9 и узел ввода высокого напряжения 10. Потенциальные электроды закреплены на поддерживющих балках 11, подвешенных внутри корпуса на изоляторах 8, а заземленные электродные решетки прикреплены непосредственно к корпусу. Электродная система выполнена с постепенным уменьшением расстояния между соседними электродами вдоль оси аппарата в направлении горизонтального движения сырья и постепенным увеличением высоты потенциальных электродов в том же направлении, причем отношение расстояния между первой в направлении движения эмульсии парой электродов к расстоянию между последней парой составляет от 2,6 до 3,5, а отношение высоты последнего в том же направлении потенциального электрода к первому потенциальному составляет от 1,2 до 1,4.
Конфигурация электрических полей в электродегидраторе такова, что между соседними потенциальными и заземленными электродными решетками создается практически однородное поле, а между поверхностью отделившейся электропроводной воды, контактирующей с заземленным корпусом, и нижней кромкой потенциальных электродов создается неоднородное поле относительно невысокой напряженности. Благодаря постепенному уменьшению расстояния между электродами и постепенному увеличению высоты потенциальных электродов в направлении горизонтального движения эмульсии напряженность обоих электрических полей постепенно возрастает в том же направлении.
Заявляемый электродегидратор работает следующим образом. Водонефтяная эмульсия через штуцер ввода сырья 2 поступает в электродегидратор и, проходя через распределитель 3, равномерным горизонтальным потоком движется в аппарате, подвергается обработке электрическим полем, в процессе которой происходят укрупнение капель воды и их гравитационное осаждение. Обезвоженная (обессоленная) нефть выводится через штуцер 4, дренажная вода автоматически сбрасывается через штуцер 5.
Полидисперсная водонефтяная эмульсия сначала поступает в электрическое поле с минимальной напряженностью между первым потенциальным электродом 6 и распределителем 3, одновременно играющим роль и первого заземленного электрода; здесь происходит коалесценция и гравитационное осаждение наиболее крупной фракции капель воды с их доукрупнением в зоне слабого неоднородного поля между нижней кромкой потенциального электрода и поверхностью заземленной воды. Далее эмульсия, в которой в процессе ее горизонтального движения в аппарате содержание воды постепенно уменьшается и в ней остаются капли все меньших размеров, последовательно обрабатывается в однородном и неоднородном электрических полях постепенно возрастающей напряженности, что позволяет, с одной стороны, избежать диспергирования крупных (укрупнившихся) капель воды, с другой - создать оптимальные условия для эффективного укрупнения и осаждения остающихся все более мелких капель. Такая последовательная схема электрообработки в процессе горизонтального движения эмульсии позволяет значительно увеличить время пребывания ее в электрическом поле и повысить за счет этого глубину обезвоживания и обессоливания нефти и производительность аппарата.
Существенное влияние на эффективность процесса деэмульсации оказывает гидродинамический режим в электродегидраторе. На каждую каплю воды, взвешенную в нефти, одновременно действуют три силы:
1) гравитационная сила , пропорциональная плотности воды, объему капли воды и направленная вертикально вниз;
2) выталкивающая сила , пропорциональная плотности нефти, объему капли воды и направленная вертикально вверх;
3) Стоксова сила  вязкого сопротивления нефти, пропорциональная вязкости нефти, скорости ее потока, радиусу капли воды и совпадающая по направлению с вектором скорости потока.
Для данных нефти и воды геометрическая сумма гравитационной и выталкивающей сил  постоянна (назовем ее условно «седиментационной» силой), пропорциональна объему капли воды, разности плотностей воды и нефти и всегда направлена вертикально вниз (Фиг.3), поскольку плотность воды всегда больше плотности нефти.
В электродегидраторе-прототипе (Фиг.3а) векторы Стоксовой и «седиментационной» сил взаимно противоположны, величина (модуль) результирующей силы , определяющей скорость гравитационного осаждения капель воды, равна разности величин этих сил, следовательно даже в нормальном рабочем режиме восходящий поток нефти неизбежно замедляет процесс гравитационного осаждения капель воды. При неблагоприятных же технологических условиях результирующая сила может быть равна нулю или даже быть направлена вертикально вверх, что означает унос той или иной части капель воды потоком нефти и снижение эффективности процесса деэмульсации.
В заявляемой полезной модели (Фиг.3б) вектор Стоксовой силы вязкого сопротивления нефти направлен горизонтально, вектор результирующей силы направлен под углом к горизонту вниз, а ее величина  существенно (кратно) больше, чем в аппарате-прототипе (Фиг.3а), а следовательно, выше скорость отделения воды и глубина обезвоживания и обессоливания нефти при более высокой производительности электродегидратора.
Таким образом, оптимальное сочетание рациональных электрического и гидродинамического режимов деэмульсации в заявляемом аппарате позволяет повысить эффективность процесса обезвоживания и обессоливания нефти и увеличить производительность электродегидратора.