资源描述：
《电脱水器技术的分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、电脱水器技术的分析07级本科2班冯玉娇200711011217电脱水器技术的分析从地层中开采出的原油不可避免地含有大量的水,给之后的储运、加工环节带来了很多不利影响。因此必须对采出油进行脱水处理,以保证外输前原油的含水量低于0.5%。采出油中水主要以溶解水、乳化水和悬浮水为主,其中乳化水最为稳定。特别对于重质油来说,很难利用常规的重力沉降法将其脱除。人们针对乳化液脱水进行了很多研究,如静电聚结、化学破乳、微波破乳及离心分离等,其中应用最为广泛的首推静电聚结法和化学破乳法。静电聚结主要适用于W/O型乳化
2、液,利用电场将连续相(油)中分散相(水)聚结成尺寸较大水滴,使其便于分离。电脱水技术发展简图见图1。着重从电场形式、极板结构与布局、辅助设备以及温度和压力这4个方面进行简要介绍。1电场形式电场是电脱水器最主要的组成部分,它的形式直接决定了脱水的效果。按照供电方式的不同,可将电场大致分为4类。1.1 交流电场交流电场是目前电脱水器中应用最多的电场形式,其频率大多为50Hz。水滴在交流电场中主要发生偶极聚结和振荡聚结。偶极聚结的原理为水滴在电场作用下发生极化,两端带上不同极性的电荷,相邻水滴正负偶极相互吸
3、引并发生聚结。而振荡聚结是指每个极化水滴在交流电场的作用下反复伸缩振荡,使得水滴表面的乳化膜强度削弱,最终合并成大水滴,在重力作用下从原油中沉降出来。交流电场具有电路简单、无需整流设备的优点,且由于电流频繁变换,带电颗粒移动受抑制,使得电解反应可逆,不会对设备造成严重腐蚀,因此适合处理含水率较高的原油。但由于交流电场的电压随时间以正弦规律变化,因此只有部分时间内的电压对脱水有利,处理量及效率均较低。另外电场中的水滴易沿着电场方向排列形成许多水链,造成电场短路,导致操作不稳定。1.2 直流电场相对于交流
4、电场,直流电场的应用不十分广泛。它主要利用固定的电场,使带有不同极性的水颗粒向着相反的方向运动,从而产生碰撞,形成较大水滴便于沉降。而未产生碰撞的水颗粒会运动到极板,并在其上聚结,这就是所谓的电泳聚结。直流电场脱水效果好,脱出油含水率很低,适合处理尺寸较小的水颗粒。但由于设备与带电流体间形成的回路会对设备造成剧烈的电化学腐蚀,因此只能用于处理含水率很低的原油,如炼油厂的电精制过程。1.3 交/直流双电场为提高脱水效率,结合交流、直流电场优点,设计出交/直流双电场,并采用竖挂电极配合其使用。其原理为,电
5、脱水器上部为直流电场,下部为交流电场,原油乳化液由电脱水器底部注入,先通过交流电场,利用振荡聚结和偶极聚结脱去大部分水,而后乳化液进入直流电场脱去。双电场的应用拓宽了电脱水器的使用范围,且由于直流电场为半波交替带电,因此减缓了设备的腐蚀。其缺点是工艺流程不稳定时,直流电场会失去作用。1.4 脉冲电场通过对电脱水原理的深入研究发现,原油乳化液中2个相邻、粒径相同的水颗粒间在电场中的聚结力为:F=(6εE2r6)/d4(1)式中,ε为原油乳化液的介电常数,F/m;E为外加电场强度,V/m;d为2个水颗粒之
6、间距离,r为水颗粒半径,m。由式(1)可以看出,要使水颗粒间的聚结力增大,必须从提高电场强度、缩短水颗粒间距这两方面入手。针对上述要求,人们在常规电脱水的电压输出波形上叠加了一个高频脉冲信号,设计出了一种新的脱水电场形式———高频脉冲电场。通过改变该电场脉冲幅度、宽度及频率,可以有效地提高脱水效率。1.4.1 脉冲幅度脉冲幅度即脉冲电压的峰值。脉冲幅度是影响电场强度的直接因素,脉冲幅度越大,电场强度越高,反之电场强度越低。由式(1)可以知道,电场强度增大,水颗粒之间的聚结力也会相应增大。但是当电场强度
7、增大到一定程度时,会发生电分散现象,即原油乳状液中的水颗粒在电场的作用下,不是与周围的水颗粒发生聚结,而是被逐渐拉伸,使水颗粒变细变长,最后变成2个更小的水颗粒。显然,电分散对脱水是有害的。脉冲电场不同于传统的正弦波电场,是方波电场,因此可以选择合适的脉冲幅度,使其达到足够高的电场强度,又不会导致电分散的发生。1.4.2 脉冲宽度脉冲宽度是指单个脉冲所持续的时间。脉冲宽度太小,乳状液中的水颗粒没有足够的时间吸收电场中的能量。脉冲宽度太大,水颗粒虽有足够的时间吸收电场中的能量,但又容易产生电分散和电击穿
8、现象。对于不同的乳化液,最适合的脉冲宽度不尽相同,而脉冲电源可以调节脉冲宽度,因此可以针对不同的乳化液产生出最适合的电场。1.4.3 脉冲频率当外加电场的振荡频率与乳化液中水颗粒的固有振荡频率相等或接近时,就会发生共振现象。此时,水颗粒振动幅度最大,处于最不稳定状态。其外表面的油水薄膜易被机械破坏,并与相邻的水颗粒发生合并,使水颗粒直径变大。同时,由于水颗粒振动幅度增大,水颗粒间距离相对缩短,使水颗粒间聚结力变大。实践证明,高频脉冲电场以其适宜的脉冲幅度
