УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
DEVICE FOR SEPARATION WATER-OIL EMULSIONS IN ELECTRIC FIELD

Устройство для разделения водонефтяных эмульсий в электрическом поле может быть использовано во многих отраслях промышленности для разделения эмульсий типа вода в масле, особенно в нефтегазовом комплексе для обезвоживания стойких водонефтяных эмульсий.
Известен «ELECTRICAL TREATER» [Patented Dec. 29, 1931 1,838,926 HARMON F. FISHER, ELECTRICAL TREATER, Application filed June 23, 1927, Serial Ho. 200,877, Renewed September 29, 1931], выполненный в виде вертикального аппарата, в котором в горизонтальной перегородке установлено несколько внешних электродов, выполненных в форме труб Вентури. Роль центральных электродов выполняют трубы, заканчивающиеся форсунками. По этим трубам из форсунок сухая нефть распределяется потоками вниз, омывает трубы снаружи, препятствует образованию структур из капель воды, содержащейся в инжектируемой нефти, и предотвращает короткое замыкание электродов. Система электродов собрана в перегородке, установленной в направляющей обечайке, закрытой сверху коническим экраном и подвешенной на изоляторах над направляющим конусным экраном.
Недостатки заключаются в том, что вертикальный цилиндрический корпус эффективно осуществляет обезвоживание водонефтяной эмульсии в небольших количествах и у вертикальных электродегидраторов производительность с единицы объема меньше, чем у горизонтальных. Кроме того, вертикальное расположение электродегидраторов затрудняет обслуживание, ремонт и замену элементов оборудования.
Кроме того, известен патент «SEPARATION OF EMULSIONS WITH ELECTRIC FIELD» (разделение эмульсий в электрическом поле) [United States Patent 4308127 Prestridge et al. Dec. 29, 1981 Inventors: Floyd L. Prestridge, Mounds, Okla.; Ronald L, Longwell, Boise, Id. Assignee: Combustion Engineering, Inc., Windsor, Conn. Appl. No.: 230,227 Filed: Feb. 2, 1981 Related U.S. Application Data Continuation-in-part of Ser. No. 130,878, Mar. 17, 1980. Int. CI.2 B01D 17/06; C10G 33/02 U.S. CI 204/302; 204/188], сограсно которому в цилиндрический горизонтальный корпус по двум трубопроводам подводятся равные количества водонефтяной эмульсии. Поступающая эмульсия равномерно распределяется по длине горизонтального корпуса трубами, закрепленными в плоских, вертикальных, установленных параллельно оси корпуса, заземленных электродах. Установленные параллельно оси корпуса заземленные электроды отделены от системы электродов, установленной перпендикулярно оси корпуса, диэлектрическим экраном. Поступающая по заземленным трубам эмульсия попадает в неоднородное поле с напряженностью, уменьшающейся в направлении движения жидкости, между плоскими, установленными перпендикулярно оси корпуса, вертикальными электродами разной величины.
Из известных наиболее близким по технической сущности является авторское свидетельство «Горизонтальный электродегидратор» [а.с. 1813485 (СССР), кл. В01D 17/06, опубл. в Б.И. 1993, №17, Л.А. Дритов, К.В.Таранцев, Л.М. Раззорилов], в котором в цилиндрическом корпусе две системы расходящихся плоских электродов, выполненных из листового металла, объединены в три горизонтальных пакета, установлены в диэлектрических держателях веерообразно, расходясь под углом 10-20°. Электроды электрически изолированы диэлектрическими пластинами, закрепленными между ними. Центральные электроды в пакетах соединены с источником тока, внешние через корпус заземлены.
Недостаток заключается в том, что в предлагаемой конструкции не полностью используется течение водонефтяной эмульсии для предотвращения образования структур из капель воды, приводящих к короткому замыканию электродов.
Предлагаемое изобретение направлено на реализацию конструкции в горизонтальном корпусе для получения практически любой производительности за счет увеличения длины аппарата при том же диаметре, на применение неоднородного поля для повышения интенсивности обработки и степени обезвоживания нефти, а также на использование направленного течения потоков рабочих жидкостей для предотвращения образования структур из капель воды, приводящих к короткому замыканию электродов.
Техническим результатом является повышение интенсивности обработки и степени обезвоживания нефти при практически любой производительности устройства.
Это достигается тем, что в устройстве для разделения водонефтяных эмульсий в электрическом поле, содержащем в цилиндрическом корпусе две системы электродов, выполненных из металла, объединенных в горизонтальные пакеты, установлены в диэлектрических держателях, центральные электроды в пакетах соединены с источником тока, внешние электроды через корпус заземлены, согласно предлагаемому изобретению внешние электроды, выполненные из листового металла, объединены в пакеты, подвешенные на изоляторах, электрически изолированы диэлектрическим, гидрофильным покрытием, они сверху вниз сходятся с образованием конфузора, далее расположены параллельно друг другу, здесь установлены форсунки, а затем расходятся с образованием диффузора, центральные электроды выполнены из вертикальных стержней, подвешенных к трубам коллектора распределения сухой нефти, выполненным из диэлектрического материала, и заканчивающихся форсунками для подачи сухой нефти, электроды подключены к трансформатору через выпрямители. После обработки в электрическом поле водонефтяная эмульсия проходит между осадительными полками.
Введение новых элементов и связей между ними обеспечивает решение поставленной задачи.
На фиг.1 схематически изображен общий вид устройства для разделения эмульсии несмешивающихся жидкостей в электрическом поле.
Устройство (фиг.1) содержит:
1 - корпус;
2 - коллектора исходной эмульсии;
3 - коллектор сбора воды;
4 - отбойные пластины;
5 - граница раздела жидкостей;
6 - коллектор сбора сухой нефти;
7 - контактный узел.
На фиг.2 схематически изображена конструкция контактного узла устройства для разделения эмульсии несмешивающихся жидкостей в электрическом поле.
Контактный узел (фиг.2) включает:
8 - осадительные полки из гидрофильного диэлектрика;
9 - диффузорные части внешних электродов;
10 - вертикальные части внешних электродов;
11 - конфузорные части внешних электродов;
12 - коллектор распределения сухой нефти на форсунки;
13 - диэлектрический экран;
14 - изоляторы подвески внешнего электрода;
15 - трубы коллектора распределения сухой нефти;
16 - форсунка;
17 - изоляторы подвески центральных электродов;
18 - центральный электрод;
19 - осадительные части внешних электродов;
20 - металлические осадительные полки с гидрофильным покрытием.
На фиг.3 схематически изображена структура потоков в устройстве для разделения эмульсии несмешивающихся жидкостей в электрическом поле.
На фиг.3 показаны потоки:
I - вход исходной водонефтяной эмульсии;
II - от коллекторов распределения исходной водонефтяной эмульсии вдоль стенок корпуса;
III и IV - сырая нефть, инжектируемая в рабочее пространство между электродами;
V - сухая нефть к коллектору сбора сухой нефти;
VI - выход нефти из коллектора сбора сухой нефти;
VII - возврат части потока нефти от коллектора сбора сухой нефти на форсунки коллектора распределения сухой нефти;
VIII - капли воды, стекающие по осадительной поверхности внешнего электрода и по осадительным полкам;
XI - крупные капли воды, осаждающиеся в слой воды;
X - выход воды из коллектора сбора воды.
При этом в нижней части горизонтального цилиндрического корпуса 1, ниже границы раздела жидкостей, расположены два распределительных коллектора 2. Отверстия в трубах коллектора выполнены на их нижних полуокружностях, а отбойные пластины 4 расположены под нижней образующей коллектора. Отверстия, выполненные на нижней полуокружности коллекторов 2, с одной стороны, и отбойные пластины 4 направляют потоки водонефтяной эмульсии вдоль стенок аппарата.
Над границей раздела жидкостей 5 расположены металлические осадительные полки 20 с гидрофильным покрытием поверхности и осадительные полки 8 из гидрофильного диэлектрика. Это способствует ускорению процесса коалесценции капель на поверхности полок.
Составной внешний электрод, состоящий из осадительных 19, диффузорных 9, вертикальных 10, конфузорных 11 металлических пластин, подключен к трансформатору переменного тока. Подключение электродов выполнено к повышающему трансформатору через выпрямители. Техническим результатом является использование пульсирующего однонаправленного поля. Осадительные полки 20, выполненные из металла с гидрофильным, диэлектрическим покрытием, осадительные полки 8, выполненные из диэлектрического материала, и граница раздела жидкостей 5 могут рассматриваться как самостоятельные электроды. Это позволяет создать вторичные электрические поля между осадительными полками и границей раздела жидкостей.
Внешние электроды выполнены из пластин 9, 10, 11, 19, роль центральных электродов выполняют стержневые конструкции, подвешенные к трубам коллектора распределения сухой нефти 12, выполненным из диэлектрического материала (например, фторопласта). Под каждой форсункой располагается вертикальный металлический стержень. Все стержни центральных электродов объединены в общую конструкцию, подключаемую к трансформатору.
Работает устройство для разделения эмульсии несмешивающихся жидкостей в электрическом поле следующим образом.
В корпус 1 (фиг.3) через два коллектора 2 подается водонефтяная эмульсия. Отверстия в коллекторах 2 и отбойные пластины 4 направляют поток эмульсии II вдоль стенок корпуса 1. В то же время через коллекторы сухой нефти 12, по трубам, через форсунки 16 в корпус поступает поток сухой нефти. Эти потоки препятствуют образованию структур из капель воды, содержащейся в инжектируемой водонефтяной эмульсии V, и предотвращают короткое замыкание электродов. Потоки сухой нефти и инжектируемой водонефтяной эмульсии IV совместно проходят через пульсирующее однонаправленное электрическое поле. Под действием сил электрического поля происходит разрушение адсорбционных оболочек вокруг капель воды и их коалесценция. В результате капли воды укрупняются и под действием силы тяжести перемещаются вниз. Применение осадительных полок 8, 19 и 20 позволяет существенно уменьшить путь капель воды до осаждения, а следовательно, и время осаждения. Увеличивается нагрузка на единицу объема. Капли воды сливаются на гидрофильной поверхности пластин 8, 19, 20 (поток VIII), стекают вниз (поток IX) и собираются в слое воды, расположенном на дне аппарата.
В корпусе аппарата циркуляция водонефтяной эмульсии осуществляется следующим образом (фиг.3): от коллектора 2 вверх по стенкам корпуса (поток II). Часть потоков в контактный узел 7 (потоки III и IV). В средней части корпуса за счет увеличения площади горизонтального сечения скорость уменьшается и капли перемещаются на осадительные полки 8, 19, 20. Влажная нефть инжектируется в контактный узел, а сухая нефть V отсекается экраном 13 к коллектору сбора нефти 6.
Сухая нефть выводится из корпуса 1 через коллектор 6. На выходе часть потока VII отделяется и возвращается через коллекторы 12, по трубам на форсунки 16 для создания потоков сухой нефти между электродами. Часть потока VI выводится на дальнейшую переработку. Вода выводится из корпуса 1 через коллектор 3 (поток X).
В аппарате можно выделить три рабочие зоны: - отделения крупных капель воды при прохождении в слое воды; - разрушения адсорбционных оболочек и коалесценции капель воды между пластинами электродов; - осаждения капель воды в поле тяжести над осадительными полками.
Предлагаемое устройство позволяет поддерживать устойчивую циркуляцию жидкостей в рабочем объеме устройства; уменьшить турбулентность потоков; использовать трансформатор для создания пульсирующего однонаправленного поля; создать промежуточные электрические поля между осадительными полками; реализовать конструкцию в горизонтальном корпусе, тем самым получить практически любую производительность за счет увеличения длины аппарата при том же диаметре.