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1、脉冲电场联合破乳装置的设计 王永伟1,张 杨1,王奎升1,冯永训2,张 建2,郭长会2 (1.北京化工大学,北京 ;2.胜利工程设计咨询有限公司,山东东营 ) 摘要：阐述了一种新型离心-脉冲电场联合破乳装置的设计和工作原理,提出整体设计方案和核心部件的结构形式。该装置可以实现“一机多能”,开展不同破乳原理(离心场、脉冲电场、离心—脉冲电场)的实验,主要部件(电极、控制堰)结构尺寸可更换,脉冲电源的频率、脉宽、电压以及转鼓转速、流量等操作参数可调,可以开展不
2、同组分、不同性质(含水量、液滴粒径等)乳状液的破乳试验。具有广泛的适用性、良好的操作性和分离效果。 关键词：脉冲电场;乳状液;联合破乳;破乳装置;设计 中图分类号：TH442 文献标识码：A do:i 10. 3969/.j issn. 1005-0329. 2009. 09. 004 1 前言 随着油田注水采油、三次采油等技术的推广应用,采出液的乳化现象越来越严重,处理难度越来越大,生产中老化原油的破乳处理问题也非常突出。电破乳是油田广泛采用的脱水方法[1~3]
3、,但是常规的电破乳与重力场一同进行破乳沉降分离,在处理这些乳状液的时候,容易产生电短路与电分散,同时,还造成了复杂的第三相乳状液的产生,已经不能很好的适应现有生产的需要[2~7]。第三相乳状液是在油水界面由粒径较小的水滴沉降堆积,而产生一种稳定的粘性很大的含水量在94%左右的海绵状乳状液,高压电场对其不起作用,造成能耗较高且分离效果不理想。 面对常规电破乳方法存在诸多问题,一种新型的脉冲电场和离心场联合破乳技术应运而生。该技术将脉冲电场破乳和离心沉降分离的优点结合起来,乳状液在脉冲电场和离心力场的联
4、合作用下,能够在短时间内完成破乳聚结过程和沉降过程,这不仅可解决脱水过程中产生的电短路和电分散现象,还可以避免第三相的产生,时间短,能耗少,具有很高的经济效益。国内外对离心-脉冲电场联合破乳技术的理论研究尚处于实验探索阶段,可知,离心-脉冲电场联合作用下乳状液比单独使用静电场或离心场的破乳效率要高。具有代表性的研究有:黄万抚等学者研究了乳状液旋流和脉冲静电综合力场对连续破乳的影响[8、9]。结果表明,在离心力和静电力的共同作用下,加速了乳状液的破乳过程,从而提高了破乳率,同时发现不同组成和性质的乳状液存在不
5、同的破乳临界(最佳)电压和临界(最佳)频率。 Bailes有关脉冲电场对原油乳状液破乳方面的研究认为,最佳频率时,液滴在电场峰值被完全极化,液滴间的力最大,有最大数量的碰撞,聚结显著[10、12]。随着施加电压的增加,聚结效率趋于稳定,这必将存在电场强度、液滴大小、数量、最大聚结率、最小电能消耗的平衡点。毛宗强等学者对静电场和离心力场联合分离W /O(油包水)型乳状液进行了理论和实验分析[13、14]。从极化角度对外电场促使水滴聚结的原因给出了定量解释;提出极化水滴“二分子”碰撞、聚结的假设,并阐述
6、了极化水滴聚结的动力学过程。实验结果表明,引入离心力场沉降分离可提高电破乳效率,有效避免第三相的产生。破乳电压越高,离心转速越大,其破乳率越高。 对于离心-脉冲电场联合破乳的机理、影响破乳的主要参数和破乳规律、破乳装置的设计理论等的研究尚未成熟,使得这一新技术很难在短期内实现工业化应用。因此,设计制造新型离心-脉冲电场联合破乳装置展开实验研究,并以此展开对离心-脉冲电场联合破乳的机理进行系统性的理论研究就显得尤为重要。 2 现有离心-脉冲电场破乳装置 离心-脉冲电场破乳国内外具有代表
7、性的实验装置有:黄万抚等学者利用水力旋流器的原理加以改进,研制出了实验装置,采用带有绝缘层的铜棒作为内电极(正极),位于中心部位,外部的负极用饱和的KCl溶液代替,可实现连续破乳[15]。该实验装置优点是结构简单,容易制造,电场与离心力场联合作用。不足之处是由于水力旋流器自身不含运动件,为了增大离心力就必须增大入口速度,但液体高速旋流所引起的剪切力、湍流脉动作用会造成水滴或油滴破碎,不利于乳状液有效的破乳和分离。Bailes研制的破乳装置由电机带动转鼓高速旋转形成离心场,乳状液在脉冲电场与离心力场联合作用下
8、破乳分离,采用与电源连接的电解质溶液作为内电极,位于转鼓中心结构内,转鼓外壁接地。乳状液从顶部经转鼓中心的绝缘管进入转鼓底部,在脉冲电场和离心力场共同作用下破乳[16]。不足之处是结构较为复杂,尤其是转鼓中心部分集进液管、电解液层、电源接线、出液口和辐射状散液口于一体,对于制造、装配和设备维护的要求比较高。毛宗强等学者研制的破乳装置是将电破乳器和离心机的转鼓整合在一个装置中。乳状液先经过电场破乳,再进入转鼓,在离
