ЭЛЕКТРОДЕГИДРАТОР (2 ВАРИАНТА)

Полезные модели относятся к конструкции электродегидраторов, предназначенных для обезвоживания и обессоливания нефтесодержащего сырья и могут использоваться в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности при его подготовке к переработке.
Известен электродегидратор, включающий корпус, систему ввода и распределения сырья, штуцер вывода нефти, штуцер вывода воды, два высоковольтных источника питания и электроды, расположенные в вертикальных плоскостях и поочередно соединенные с соответствующими источниками питания, при этом электроды выполнены в виде параллельных решеток, каждая из которых смещена относительно соседней по высоте на от 1/5 до 1/3 высоты решетки, причем решетки выполнены из металлических труб, стержней, полос или их комбинаций [Описание полезной модели к патенту РФ №106131 от 31.01.2011, МПК B01D 17/06, опубл. 10.07.2011]. Технический результат-повышение эффективности и надежности работы аппарата, упрощение изготовления и снижение энергозатрат.
Недостатком настоящего электродегидратора являются его низкая эффективность, не позволяющая обеспечивать необходимую глубину обезвоживания и обессоливания нефти, что связано с неоптимальной конфигурацией электрического поля, недостаточным временем нахождения (обработки) мелкодисперсных капелек воды, после воздействия электрического поля с высокой напряженностью, в электрическом поле с меньшей напряженностью.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков заявляемым вариантам полезной модели является техническое решение электродегидратора, включающего корпус, систему торцевого распределенного ввода сырья, штуцеры вывода нефти и сброса воды, высоковольтный источник питания, узел ввода высокого напряжения и систему вертикальных, параллельных и чередующихся потенциальных и заземленных решетчатых электродов, при этом расстояние между соседними потенциальными и заземленными электродами постепенно уменьшается вдоль оси электродегидратора в направлении горизонтального движения эмульсии, а высота потенциальных электродов постепенно увеличивается в том же направлении [Описание полезной модели к патенту РФ №119630 от 12.03.2012, МПК B01D 17/06, опубл. 27.08.2012]. Технический результат - повышение эффективности процесса электродеэмульсации нефти и производительности электродегидратора.
Недостатком этого электродегидратора также является низкая эффективность, не позволяющая обеспечить необходимую глубину обезвоживания для мелкодисперсной эмульсии, так как их коалесценция может происходить только в электрическом поле с высокой напряженностью на выходе из аппарата и не происходит их дальнейшая коалисценция в электрическом поле с меньшей напряженностью. Поскольку конструктивные элементы соседних электродов расположены взаимно параллельно, то они формируют электрическое поле неэффективной формы. Технологически торцевой ввод и вывод сырья является нерациональным, т.к. скорость его движения в аппарате в этом случае значительно выше, чем при традиционном нижнем вводе и верхнем выводе. Кроме этого значительный объем водяных капель осаждается в начальной части объема аппарата, что ухудшает процесс коалесценции в конечной части электродегидратора.
Задача, решаемая настоящей группой полезных моделей и достигаемый технический результат, заключаются в повышении эффективности процесса обезвоживания нефтесодержащего сырья за счет создания более эффективной формы электрического поля с формированием в пределах любой пары соседних электродов зон разной напряженности, что позволяет увеличить глубину обезвоживания (обессоливания) сырья и увеличить производительность электродегидратора.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в первом варианте электродегидратора, включающем корпус, узел ввода и распределения нефтесодержащего сырья, штуцер вывода воды, штуцер вывода нефти, высоковольтный источник питания, узел подвода высокого напряжения и систему вертикальных, параллельных и чередующихся потенциальных и заземленных электродов, последние установлены с одинаковым шагом, причем их нижние части выполнены с формой поперечного сечения, увеличивающей габариты электродов в поперечном направлении. Кроме этого, потенциальные и заземленные электроды выполнены условно плоскими в виде рам с набором параллельно расположенных элементов, при этом параллельно расположенные элементы двух соседних потенциальных и заземленных электродов выполнены взаимно перпендикулярными.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата во втором варианте электродегидратора, включающем корпус, узел ввода и распределения нефтесодержащего сырья, штуцер вывода воды, штуцер вывода нефти, высоковольтный источник питания, узел подвода высокого напряжения и систему вертикальных, параллельных и чередующихся потенциальных и заземленных электродов, последние выполнены условно плоскими в виде рам с набором параллельно расположенных элементов, при этом электроды расположены с одинаковым шагом, причем параллельно расположенные элементы двух соседних электродов выполнены взаимно перпендикулярными. Кроме этого, нижние части каждого электрода выполнены с формой поперечного сечения, увеличивающей габариты электродов в поперечном направлении.
Группа полезных моделей иллюстрируется чертежами, где:
- на фиг. 1 схематично показан продольный разрез электродегидратора;
- на фиг. 2 показано сечение Α-A Фиг. 1 - схема установки и конструкция потенциального электрода;
- на фиг. 3. - сечение Б-Б Фиг. 1 - схема установки и конструкция заземленного электрода;
- на фиг. 4 и фиг. 5 показаны варианты конструктивного исполнения нижних частей потенциального и заземленного электродов с формой поперечного сечения, увеличивающей их габариты в поперечном направлении.
Электродегидратор по первому варианту исполнения содержит корпус 1, узел 2 ввода и распределения нефтесодержащего сырья, штуцер 3 вывода воды, штуцер вывода нефти 4, высоковольтный источник питания 5, узел 6 подвода высокого напряжения и систему вертикальных, параллельных и чередующихся потенциальных 7 и заземленных 8 электродов, при этом потенциальные 7 и заземленные 8 электроды установлены с одинаковым шагом, причем их нижние части 9 и 10, соответственно, выполнены с формой поперечного сечения, увеличивающей габариты электродов 7 и 8 в поперечном направлении. Кроме этого потенциальные 7 и заземленные 8 электроды выполнены условно плоскими в виде рам 11 с набором параллельно расположенных элементов 12 и 13, соответственно, при этом параллельно расположенные элементы 12 каждого из потенциальных электродов 7 выполнены взаимно перпендикулярными параллельно расположенным элементам 13 заземленных электродов 8.
Следует отметить, что под термином «нефтесодержащее сырье» следует понимать полидисперсную водонефтяную эмульсию с размерами капелек воды от десятой доли микрона до сотен микрон и более. Такой состав эмульсии характерен для скважинной нефти и нефти с добавлением пресной воды.
Под термином «условно плоские» - для рам 11 электродов 7 и 8, - следует понимать их ровную, без возвышений, углублений и искривлений, прямую поверхность, когда составляющие конструкцию рам 11 детали не выступают за их габариты в поперечном направлении, кроме оговоренных особо - с целью локального уменьшения расстояния между двумя любыми соседними электродами 7 и 8.
Электродегидратор по второму варианту исполнения также содержит корпус 1, узел 2 ввода и распределения нефтесодержащего сырья, штуцер 3 вывода воды, штуцер вывода нефти 4, высоковольтный источник питания 5, узел 6 подвода высокого напряжения и систему вертикальных, параллельных и чередующихся потенциальных 7 и заземленных 8 электродов, при этом потенциальные 7 и заземленные 8 электроды выполнены условно плоскими в виде рам 11 с набором параллельно расположенных элементов 12 в потенциальном электроде 7 и набором параллельно расположенных элементов 13 в заземленном электроде 8, при этом электроды 7 и 8 расположены с одинаковым шагом, причем параллельно расположенные элементы 12 каждого потенциального электрода 7 выполнены взаимно перпендикулярными соседним параллельно расположенным элементам 13 заземленных электродов 8. Кроме этого нижние части 9 каждого потенциального электрода 7 и нижние части 10 каждого заземленного электрода 8 выполнены с формой поперечного сечения, увеличивающей габариты электродов 7 и 8 в поперечном направлении.
Проанализируем существенные признаки полезных моделей.
В первом варианте электродегидратора установка потенциальных 7 и заземленных 8 электродов с одинаковым шагом позволяет существенно упростить его конструкцию, поскольку это позволяет унифицировать и упростить конструкцию узла 2 ввода и распределения нефтесодержащего сырья. Как известно, более простые конструкции являются более надежными в работе и отличаются простотой обслуживания. Однако, многие известные электродегидраторы имеют простую конструкцию, которая ограничивает производительность и качество дегидратации нефтесодержащего сырья. В первом варианте электродегидратора нижние части потенциальных и заземленных электродов выполнены с формой поперечного сечения, увеличивающей габариты электродов 7 и 8 в поперечном направлении, что достигается использованием более массивных (объемных) элементов, как одного, так и двух и более, например, прутков увеличенного диаметра (условно не показаны), или, наряду с цельными прутками полых труб (см. поз. 9 и 10) увеличенного диаметра, что явно увеличивает площадь поверхности и т.д. включая их комбинацию в различных сочетаниях и учитывая разнообразие сортамента материалов, идущих на изготовление электродов 7 и 8. При равном расстоянии между электродами 7 и 8 должна наблюдаться одинаковая напряженность электрического поля, однако в случае с увеличением объема и/или площади поверхности нижних элементов (нижних частей 9 и 10) потенциальных 7 и заземленных 8 электродов картина напряженности меняется - она изменяется до максимальной по отношению к напряженности между элементами 9 и 10 электродов 7 и 8 обычного размера. Более высокая напряженность электрического поля укрупняет капли воды малого размера, что позволяет им в дальнейшем сливаться до размера средних и крупных, которые под действ гравитации оседают (выпадают) в нижней части корпуса 1 электродегидратора. и беспрепятственно отводятся из него через штуцер 3 вывода воды.
Дополнительному увеличению эффективности работы настоящего электродегидратора способствует выполнение потенциальных 7 и заземленных 8 электродов условно плоскими в виде рам 11 с набором параллельно расположенных элементов 12 и 13, причем параллельно расположенные элементы 12 и 13 двух соседних потенциальных 7 и заземленных 8 электродов должны располагаться взаимно перпендикулярно друг другу. Эффект от использования такого решения проявляется тем больше, чем выше производительность электродегидратора.
Во втором варианте электродегидратора потенциальные 7 и заземленные 8 электроды изначально выполнены условно плоскими в виде рам 11 с набором параллельно расположенных элементов 12 и 13, причем электроды 7 и 8 расположены с одинаковым шагом и параллельно расположенные элементы 12 и 13 любых двух соседних из них выполнены взаимно перпендикулярными. Кроме этого нижние части 9 и 10 каждого электрода 7 и 8 могут быть выполнены с формой поперечного сечения, увеличивающей их габариты в поперечном направлении. В итоге получается технический результат, характерный для первого варианта электродегидратора.
В обоих вариантах конструктивной реализации электродегидратора максимальная эффективность процесса обезвоживания (обессоливания) нефтесодержащего сырья и производительность будут достигнуты при использовании сразу всех заявленных существенных признаков, при этом реализация даже части признаков будет улучшать технические характеристики электродегидратора по сравнению с конструкцией известных аналогичных устройств.
Таким образом, в процессе работы электродегидратора под и внутри электродной области формируется зона высокой концентрации капель воды, причем определенной максимальной напряженности поля соответствует определенный диапазон размеров капель воды, - где и происходит их укрупнение, дальнейшее осаждение и, в последствии, - отвод (вывод) из внутреннего объема корпуса 1 электродегидратора. При этом, последовательная обработка нефтесодержащего сырья электрическими полями разной напряженности обеспечивается на единственном максимально унифицированном комплекте потенциальных и заземляющих электродов 7 и 8 и без использования дополнительных высоковольтных источников питания и узлов подвода высокого напряжения.
Работу обоих вариантов электридегидратора рассмотрим на следующем примере.
Пример.
Нефть в смеси с водой - полидисперсная водонефтяная эмульсия, - поступает в узел ввода и распределения нефтесодержащего сырья. Сначала она поступает в область неоднородного электрического поля с низкой напряженностью, находящейся между нижней точкой потенциального электрода 7 и поверхностью заземленной воды, где происходит укрупнение и осаждение наиболее крупной фракции капель воды.
Далее эмульсия с более мелкими и средними фракциями капель воды поступает в зону максимальной напряженности электрического поля, находящейся между нижними частями 9 и 10 потенциальных 7 и заземленных 8 электродов с формой поперечного сечения, увеличивающей их габариты в поперечном направлении, где происходит дальнейшее укрупнение капель воды.
Окончательное доукрупнение капель воды и их осаждение происходит в зоне с меньшей напряженностью электрического поля, находящейся в средней и верхней части межэлектродной области - между параллельно расположенными элементами 12 и 13 рам 11 потенциальных 7 и заземленных 8 электродов.
Таким образом, нефтесодержащее сырье проходит внутри аппарата восходящим потоком снизу-вверх, последовательно обрабатывается электрическими полями разной напряженности и выводится через систему сбора и вывода нефти - через штуцер 4, при этом вода с примесями выводится через штуцер 3. Последовательная схема электрообработки полидисперсной водонефтяной эмульсии позволяет значительно увеличить глубину обезвоживания (обессоливания) нефти и увеличить производительность электродегидратора.
В результате использования группы полезных моделей были созданы электродегидраторы, обеспечивающие повышенную эффективность процесса обезвоживания нефтесодержащего сырья за счет создания более эффективной формы электрического поля с формированием в пределах одной пары электродов зон разной напряженности, что позволило увеличить глубину обезвоживания (обессоливания) сырья и увеличить производительность оборудования.