СТЕНДОВЫЙ ЭЛЕКТРОДЕГИДРАТОР

Полезная модель относится к электродегидраторам для исследования процессов обезвоживания и обессоливания нефти и может быть использована в составе специально разработанного стенда в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности, в частности, при проектировании новых или модернизации имеющихся установок подготовки нефти с использованием электродегидраторов.
Известно устройство для разрушения водонефтяной эмульсии, в котором электрическое поле в разрушаемой эмульсии создается между высокопотенциальным электродом, помещенным в эмульсию, и залитым в пространство между стенками корпуса заземленным электролитом (Авторское свидетельство СССР №613770, кл. В01Д 17/06, 1975, опуб. 15.07.91. Бюл. №26). Этому устройству присущ ряд очевидных недостатков, основными из которых являются, во-первых, осуществление процесса деэмульсации в статическом режиме, далеком от поточного режима в промышленном электродегидраторе, во-вторых, узкая область применения, а именно, оценка эффективности того или иного деэмульгатора при электродеэмульсации нефти.
Наиболее близким к предлагаемому аппарату является электродегидратор, включающий корпус, штуцеры ввода сырья, вывода обезвоженной или обессоленной нефти, штуцер дренажа подтоварной воды, чередующиеся композитные высокопотенциальные и заземленные электроды, высоковольтный источник питания (Патент RU 99341 U1, зарегистрирован в Гос. реестре полезных моделей РФ 20.11.2010 г.).
Недостатками этого аппарата являются недостаточно высокая эффективность, невозможность управления законом изменения напряженности электрического поля по высоте электродной зоны, а также высокие энергозатраты при дегидрации нефтей с большим содержанием эмульгированной воды.
Задачей заявленной модели является повышение эффективности работы электродегидратора за счет уменьшения его габаритов, возможности дегидрации высокообводненных нефтей, возможности управления изменением напряженности электрического поля по высоте аппарата, снижение энергозатрат, а также повышение безопасности его эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что электродегидратор, включающий теплоизолированный корпус из гидрофобного диэлектрического материала, штуцер ввода сырья, штуцер вывода обезвоженной/ обессоленной нефти, штуцер дренажа подтоварной воды, оснащен перфорированными композитными электродами. Заземленные электроды соединены по параллельной схеме, а высокое переменное напряжение на высокопотенциальные электроды подается от двух автономных высоковольтных источников питания с независимым плавным регулированием выходного напряжения.
Сущность полезной модели поясняется Фиг. 1-2.
На Фиг. 1 схематически показан вертикальный разрез стендового электродегидратора, где: 1 - теплоизолированный корпус; 2 - штуцер ввода сырья;3 - штуцер вывода обезвоженной/обессоленной нефти; 4 - штуцер дренажа отделившейся подтоварной воды; 5 - заземленные перфорированные композитные электроды; 6 - высокопотенциальные перфорированные композитные электроды; 7 - заземленное металлическое днище; 8 - заземленная металлическая крышка; 9 - теплоизоляция; 10 и 11 - высоковольтные источники питания; 12 и 13 - микроамперметры.
i
i
c
На Фиг. 2 представлена электрическая эквивалентная схема стендового электродегидратора. Зона 1 так же, как и в промышленных электродегидраторах, представляет собой подэлектродную зону между зеркалом заземленной подтоварной воды и нижними кромками высокопотенциальных электродов. Зона 2 интенсивной электрообработки эмульсии, идентична нижней зоне межэлектродного пространства промышленного электродегидратора. Наконец, зона 3 интенсивной электрообработки идентична верхней зоне межэлектродного пространства последнего. Символами R обозначены активные (омические) сопротивления эмульсии, a C - ее емкости в соответствующих зонах, обусловливающие реактивное сопротивление эмульсии R=l/ωC, где ω - циклическая частота переменного электрического поля.
Насыщенность тонировки косвенно указывает на то, что напряженность электрического поля в каждой последующей в направлении снизу вверх зоне выше, чем в предыдущей. Это обусловлено необходимостью согласования электрического режима деэмульсации с изменением структуры водонефтяной эмульсии по высоте электродегидратора в процессе электрообезвоживания. В эмульсии по мере ее движения вверх в аппарате одновременно и взаимосвязанно протекают процессы электрокоалесценции капель водной фазы и их гравитационной седиментации, в результате чего численная концентрация капель постепенно снижается, средние расстояния между ними возрастают, а размеры остающихся в потоке нефти капель становятся все меньше, поэтому для их коалесценции требуются все большие напряженности электрического поля.
Стендовый электродегидратор работает следующим образом. Обезвоживаемая или обессоливаемая нефть поступает в аппарат через штуцер 2 с расчетным расходом, обеспечивающим вертикальную скорость в электродегидраторе, соответствующую производительности в объемах в час промышленного трехэлектродного электродегидратора, например, 0,25 об/час, 0,5 об/час, 1 об/час, 1,5 об/час и т.д. В стационарном (установившемся) режиме эмульсия последовательно проходит через 3 зоны электрообработки с постепенно возрастающей напряженностью электрического поля, обеспечивающей максимальную эффективность коалесценции и укрупнения капель дисперсной водной фазы. В стационарном режиме в электродегидраторе устанавливается динамическое равновесие процессов укрупнения капель воды и их гравитационной седиментации с дальнейшим переходом ее в сплошную фазу, дренируемую через штуцер 4. Обезвоженная и/или обессоленная нефть отбирается через штуцер 3 для последующего анализа на остаточное содержание воды и хлористых солей.
Наличие в стендовом электродегидраторе перфорированных композитных электродов и использование двух автономных высоковольтных источников питания позволяет решить ряд проблем технического и технологического характера:
- отпадает необходимость использования громоздкого сильноточного высоковольтного источника питания с выходным напряжением до 30 кВ, который потребовался бы при обычном исполнении дегидратора с расстояниями между электродами, равными расстояниям между электродами промышленного электродегидратора;
- использование слаботочных высоковольтных источников питания с плавным регулированием выходного напряжения от 0 до 10 кВ и быстродействующей защитой по максимальному току, наряду с заземлением металлических днища 7 и крышки 8, существенно повышают безопасность экспериментов;
- использование в стендовом электродегидраторе перфорированных композитных электродов позволяет проводить исследования при высоких обводненностях сырья с содержанием водной фазы до 50% и более;
- конструктивное исполнение стендового электродегидратора с перфорированными композитными электродами в совокупности с использованием двух автономных высоковольтных источников питания и электрической схемой соединения электродов позволяет проводить не моделирующие, а фактически натурные в части ключевых параметров исследования процессов электрообезвоживания и электрообессоливания нефти во всем диапазоне электрических и технологических параметров, адекватных таковым в промышленных электродегидраторах.
Таким образом, результаты исследований с использованием заявленного стендового электродегидратора могут быть без эмпирических поправок экстраполированы на промышленные электродегидраторы. Это бесспорно актуально для оптимального проектирования новых или модернизации имеющихся установок подготовки нефти с использованием электродегидраторов.