高压高频脉冲电脱水机理探析.pdf

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1、第4l卷第4期化工机械457高压高频脉冲电脱水机理探析+孙治谦料1许兴华1金有海1王振波1张静2胡佳宁3(1．中国石油大学(华东)化学工程学院；2．中国石化集团国际石油勘探开发有限公司；3．合肥通用机械研究院)摘要对电场作用下W／O乳化液中分散相水滴进行了受力分析，并探讨了高压高频脉冲电脱水机理。分析表明，水滴相互靠近、即将聚并时，阻力显著增加，阻力大小与水滴粒径、间距、连续相粘度以及排液系数等有关；电场强度介于临界破乳场强和临界乳化场强时，水滴发生聚并且不发生电分散；水滴在脉冲电场下的受迫振动频率与其固有频率相接近时，共振效应最为明显；脉宽比适中时，静电极化效应明显，可避免电场能泄漏、垮电

2、场等事故的发生。关键词高频脉冲电脱水破乳乳状液中图分类号TQ051．8文献标识码A文章编号0254_6094(2014)04旬457-06随着采出原油含水率的不断增加，油水乳化程度越发严重，传统油水乳状液处理方法已逐渐失去优势。近年来，新型破乳方法的研究已受到国内外学者的高度重视，新的破乳技术不断出现。高频高压脉冲电场破乳具有运行稳定、能耗低、分析效果优良以及不易短路等优点，具有良好的应用前景¨。。对于传统的交流、直流电场破乳技术来说，当原油含水量超过一定值后(一般是30％)，乳状液中的液滴之间形成液滴链，使电场能迅速泄漏，破坏了破乳电场的稳定性”j。高压高频脉冲电脱水技术能有效避免电场能的

3、大量泄漏，通过调节脉冲频率和脉宽比，可以建立一个稳定的破乳电场，提高破乳效率。自20世纪80年代以后，脉冲电破乳技术已受到国内外学者们的广泛关注，但至今尚未形成完整的理论体系_1。基于此，笔者对分散相水滴在高压高频脉冲电场中所受的力进行分析，探讨水滴聚并的微观机理，并对电场参数对高压高频脉冲电脱水的影响机理进行理论分析，为进一步研制高效紧凑高压高频脉冲电脱水器提供了理论依据。1高压高频脉冲电脱水机理分析高压高频脉冲电脱水过程中，作用于水滴的合力对，主要由曳力j}t。、重力与浮力的合力声。、附加质量力声。、水滴间的静电引力】}．卅和水滴排液阻力尹，叠加作用而成，即：对，=声。+声。+声．+声，

4、．，+／-，(1)水滴所受的曳力为：声。={甲c。Al移一矿I(雷一矿)(2)式中A——水滴的投影面积；C．广_一曳力系数；移——连续相油相的速度；p——连续相油相密度。C。取决于液滴的雷诺数Re。=pI移一矿Idp／纵分散相和连续相流体的粘度比A=肛仙。和水滴界面的运动性。LeVanDM所给出的曳力系数表达式具有良好的精度¨o：，243A+2+4x(pdp)“+2／3y(／uI移一矿I)“L,d—ReP3A+3+4r(gd。)一1(3)式中y——油水界面张力；，c——油水界面膨胀粘度，通常可忽略；+中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(27R1204021A)。+·孙治谦，男，1983年

5、5月生，讲师。山东省青岛市，266580。458化工机械2014年肛——连续相的粘度。水滴所受的重力与浮力的合力为：j}'。=6(P，一p)gd3pe。(4)式中；。——重力的方向矢量；g——重力加速度；K——水滴的体积。水滴所受的附加质量力为：声。=字(誓一譬)(s)两水滴所受的静电力示意图如图1所示。图1中，两水滴的半径分别为r，、r：，电场方向与两水滴中心线的夹角为o，两水滴近端距离为h，水滴中心距为ldI，静电极化力切向分量为F。，静电极化力法向分量为F，。图1两水滴的静电力示意图DavisM提出了偶极聚结力表达式"J：F，=4丌占。．1IEo2K1sin(20)F，=4丌占“I重o

6、I2r：(K2cos20+K3sin2p)(6)式中E。——外加场强；s川——油相的介电常数。K。、K：、K，均为d／r：和rl／r：的复杂函数。当两水滴间距较近时，K，、墨均趋于常量，而K：的表达式为：K：=_——_1_—_丽(7)s(¨砉)㈠MelheimJA等通过实验方法验证了上述偶极聚结力具有较高的精度Mj。两极化水滴在电场作用下相互靠近聚并过程中，需克服水滴间的连续相油膜对水滴聚并的阻力，使得油水界面膜相互接触、击破，继而两水滴融为一体，发生静电聚结。Vinogradova0I提出了水滴排液过程的阻力表达式"1：P,-箜学{刍[(-+去)，n(·+譬)-1】卜，式中a——两水滴的简

7、化半径；b——排液系数；e’r——水滴相对运动方向矢量；矿。——两水滴相对速度矢量。式(8)中，取口=r．r2／(r。+r：)，矿，=吃一矿。，对于d，一220斗m的液滴，b=1．0斗m、对于d。一115I,Lm的液滴，b=0．1斗m。由受力分析可知，水滴在脉冲电场作用下发生静电极化，在静电引力切向分量作用下沿电场方向取向、排列，在静电引力法向分量作用下相互靠近，最终油水界面膜相接触并发生静电聚结。在水滴迁移