ЭЛЕКТРОДЕГИДРАТОР

Полезная модель относится к аппаратам для обезвоживания и обессоливания нефти и очистки нефтепродуктов и может быть использована в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.
Известен электроразделитель для нефти и нефтепродуктов, содержащий корпус, систему ввода сырья, устройства для вывода очищенного продукта и отделенных примесей, высоковольтный источник питания, узел ввода высокого напряжения и пластинчатые электроды в виде вертикальных параллельных и чередующихся между собой заземленных через корпус пластин и потенциальных пластин, изолированных от корпуса с помощью подвесных изоляторов и электрически соединенных с высоковольтным источником питания. Для создания в аппарате электрического поля с возрастающей снизу вверх напряженностью к нижней части каждого ряда вертикальных пластин прикреплены вертикальные стержни разной длины так, что более длинные стержни одного ряда размещены против более коротких стержней соседнего ряда [а.с. СССР №728881, В01Д 17/06, опубл. 25.04.80 г.].
Недостатком этого аппарата является сложность изготовления плоских пластин большой площади, обеспечения их жесткости и плоскости, поскольку промышленные аппараты имеют большие геометрические размеры. Отклонения от плоскостности не дают возможности поддерживать оптимальное для процесса напряжение на источнике питания из-за пробоев местах наибольшей близости пластин. Из-за этого эффективность работы аппаратов с пластинчатыми электродами невысока и в настоящее время они практически не выпускаются. Другим недостатком указанного аппарата являются повышенные энергозатраты, свойственные любому аппарату с пластинчатыми электродами из-за большой площади этих электродов.
Наиболее близким к предлагаемому является электродегидратор, содержащий корпус, систему ввода сырья, штуцер вывода нефти, сборник отделенной воды, два высоковольтных источника питания и пластинчатые электроды, расположенные в вертикальных пересекающихся плоскостях и поочередно соединенные с разнофазными источниками питания [патент США 4126537, В01Д 13/02, В03С 5/00, опубл. 21.11.78 г.].
Недостатком этого аппарата является низкая эффективность и надежность работы и высокие энергозатраты при обычной для нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности входной обводненности сырья, как правило, превышающей 3% об. Это связано с тем, что исходное сырье с максимальной обводненностью сначала поступает в зону максимальной напряженности электрического поля на участке минимального расстояния между пластинчатыми электродами. Поэтому на этом участке наиболее высока вероятность электрических пробоев, вызываемых интенсивным формированием токопроводящих цепочек из капель воды, приводящих к существенному снижению напряжения на электродах и эффективности процесса коалесценции во всем объеме межэлектродного пространства. Кроме того, наиболее крупные капли полидисперсной эмульсии на входе могут диспергироваться (каждой напряженности электрического поля соответствует свой равновесный размер капли) с образованием мельчайших вторичных капель, которые уже не могут коалесцировать в поле с пониженной напряженностью и выходят из аппарата с потоком нефти, увеличивая его обводненность.
Кроме того, пластинчатые электроды сложны в изготовлении и имеют малую жесткость, из-за чего сложно выдержать требуемые межэлектродные расстояния, что также негативно сказывается на эффективности работы.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности и надежности работы аппарата, упрощение изготовления и снижение энергозатрат.
Указанная задача решается тем, что в электродегидраторе, включающем 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, электроды выполнены в виде параллельных решеток, каждая из которых смещена относительно соседней по высоте.
Указанная задача решается также тем, что смещение решеток по высоте может составлять от 1/5 до 1/3 высоты решетки. Электродные решетки могут быть выполнены из металлических труб, стержней, полос или их комбинаций.
Сущность полезной модели поясняется Фиг.1-3.
На Фиг.1 показан продольный разрез электродегидратора, где: 1 - заземленный корпус, 2 - система ввода и распределения сырья, 3 - штуцер вывода нефти, 4 - штуцер вывода воды, 5 и 6 - электродные решетки, 7 и 8 - высоковольтные источники, подключенные к разным фазам сети переменного тока.
На Фиг.2 - показано сечение А-А фиг.1, где: 1 - заземленный корпус, 2 - система ввода и распределения сырья, 3 - штуцер вывода нефти, 5 и 6 - электродные решетки, 9 и 10 - балки, 11 - подвесные изоляторы.
на Фиг.3 показан схематически характер силовых линий электрического поля в межэлектродном пространстве в электродегидраторе.
Электродегидратор (фиг.1, 2) содержит заземленный корпус 1, систему ввода и распределения сырья 2, штуцер вывода нефти 3, штуцер вывода воды 4 и электродную систему в виде размещенных в вертикальной плоскости параллельных решеток 5 и 6, соединенных через одну с соответствующими источниками питания 7 и 8. Элементы электродной системы выполнены в виде параллельных решеток 5 и 6 соединенных через одну с соответствующими высоковольтными источниками питания 7 и 8. Решетки закреплены на балках 9 и 10, подвешенных на изоляторах 11. Каждая из решеток 5 и 6 смещена относительно соседней по высоте, это смещение составляет от 1/5 до 1/3 высоты нижерасположенной решетки.
Все решетки изготавливают из металла, что намного упрощает и удешевляет их изготовление.
Предлагаемый аппарат (фиг.1-3) работает следующим образом.
Нефть в смеси с водой подают в систему ввода и распределения сырья 2. Внутри аппарата она проходит восходящим потоком, обрабатывается электрическим полем при прохождении электродной системы и выводится через систему сбора и вывода нефти 3. В электрическом поле на капли воды, находящейся в нефти, действуют силы взаимного притяжения, в результате чего капли укрупняются и осаждаются в нижнюю часть аппарата, где с помощью автоматики поддерживает постоянный уровень воды, сбрасывая ее избыток. Электрическое поле существуют как между соседними решетками, соединенными с источниками питания, подключенным к разным фазам сети переменного тока, так и между нижерасположенной решеткой и уровнем воды, как это показано на фиг.3.
При оценке заявляемого устройства следует иметь в виду, что основной характеристикой электрического поля является его напряженность, определяемая разностью потенциалов между соседними элементами электродов и расстоянием между ними. Укрупнение капель происходит под действием сил взаимного притяжения, зависящих от напряженности электрического поля, расстояния между каплями и их радиусов. Чем ближе капли находятся друг к другу, тем сильнее они притягиваются и быстрее сливаются.
Каждой напряженности электрического поля соответствует свой равновесный размер капель воды, которые могут существовать в нем: более мелкие укрупняются, более крупные дробятся.
Заявленное устройство создает четыре зоны электрического поля.
Первая зона - поле между нижним краем нижерасположенной электродной решетки и уровнем электропроводной воды, создающей заземленный через корпус электрод. В этой зоне наиболее высока концентрация воды, т.е. наименьшее расстояние между ее каплями в нефти. Силы притяжения капель друг к другу, под действием которых капли сливаются друг с другом и укрупняются, определяются напряженностью электрического поля и расстоянием между каплями. В нижней зоне из-за малого расстояния между каплями эффективно идет процесс коалесценции и осаждения капель, так что основное количество воды выпадает в этой зоне. Для этой зоны характерна невысокая напряженность электрического поля, она определяется уровнем воды в аппарате и легко регулируется в процессе эксплуатации. В промышленных аппаратах высота этой зоны может составлять от 300 до 1000 мм.
Наличие зоны с пониженной напряженностью существенно повышает надежность работы аппарата благодаря уменьшению вероятности пробоев в зоне максимальной обводненности сырья.
Вторая по высоте зона электрического поля образуется между нижним краем вышерасположенной решетки и соседней нижерасположенной решеткой. Напряженность поля в этой зоне возрастает по высоте, достигает максимума на уровне низа вышерасположенной решетки и сохраняется таковой до уровня верха нижерасположенной решетки. В зоне постепенно возрастающей напряженности коалесцируют капли соответствующих каждой напряженности размеров. В зоне максимальной напряженности, т.е. в третьей зоне электрообработки нефти, коалесцируют наиболее мелкие капли. Размер образующихся в результате коалесценции капель не может быть больше, чем это соответствует максимальной напряженности поля. Доукрупнение капель воды и их дополнительное осаждение происходит в следующей по высоте, четвертой зоне электрообработки в объеме между верхними краями соседних решеток, где снижается напряженность электрического поля.
В результате в выходящей из аппарата нефти снижается содержание воды и солей, т.е. повышается эффективность работы.
В заявленном аппарате достигается существенное снижение энергозатрат по сравнению с известными аналогами по следующим причинам. Потребляемая электрическая мощность пропорциональна электропроводности нефтяной эмульсии и квадрату напряженности электрического поля. Электропроводность эмульсии при заданной температуре определяется ее обводненностью. В заявляемом устройстве в зоне наиболее обводненной, т.е. в зоне наиболее электропроводной эмульсии, минимальна напряженность электрического поля, по ходу движения нефти снижается электропроводность нефти и растет напряженность поля. В результате существенно снижается потребляемая электрическая мощность по сравнению с потребляемой электрической мощностью аппарата, у которого нижние края всех электродов находятся на одном уровне. Кроме того, площадь поверхности решетчатого электрода во много раз меньше, чем площадь поверхности пластинчатого электрода, что так же обеспечивает снижение энергозатрат.