一種管式靜電聚結器的製作方法

2023-09-16 16:48:20

本實用新型涉及一種原油脫水技術，尤其涉及一種管式靜電聚結器。

背景技術：

隨著油田的不斷開採，原油開採的難度越來越大，而且產出的原油質量越來越差，其中含有大量的水、少量的氣和砂。水的存在增大了原油運輸成本，也給後續原油脫水工藝帶來了困難。

原油脫水方法很多，基本原理是油相和水相之間存在密度差，在重力作用下兩者實現分離。根據斯託克斯定律，水顆粒直徑是影響沉降速度的重要因素，增加分散水顆粒的聚結，加快水顆粒直徑的變大，加速油水分離，是提高原有脫水效率的重要手段。電場脫水因其脫水效率高，對乳化液適應性強，得到廣泛應用。

常規電脫水器是在「水顆粒聚結與沉降同時進行」的理念基礎上設計的，原油從電脫水器的底部進入，先後經過水洗、弱電場和強電場，其中的水顆粒在上升過程中受到電場作用聚結長大，進而在重力作用下沉降，實現油水分離。隨著油井採出液含水率的提高，常規電脫水器因其裸露金屬電極易出現腐蝕嚴重和垮電場現象，使用中問題較多。

近年來，國外研究人員發現「原油乳化液在脫水裝置中適當的湍流，有利於分散相水顆粒的碰撞、聚結」，進而提出了水顆粒「先聚結、後沉降」的原油脫水工藝新理念，基於此理念，國外石油公司以及相關的研究人員研製出了外置式靜電聚結器。但其缺點是經靜電預聚結完成後的原油乳化液在進入下遊沉降設備之前會受到閥門等的二次剪切乳化作用，從而影響後續的重力沉降效果。為了避免水顆粒發生二次分裂過程，一些研究人員提出將聚結過程與沉降過程有效地銜接，研製出了容器內置式靜電聚結器；另一些研究人員根據水顆粒聚結與沉降同時進行的理念，再加上高壓電極絕緣處理技術的提升，進而研製出了更為緊湊的靜電聚結器。

美國專利US9095790B2公開了一種緊湊型靜電聚結器(Compact Electrostatic Separator)，其結構呈H型，包括兩級靜電聚結器，每級靜電聚結器包括多個管段，原油先後經過兩次脫水處理，該聚結器結構簡單、佔地面積小，脫水效率提高。雖然該緊湊型靜電聚結器經過幾次的改進和優化，但是其所需的變壓器置於聚結器外部，電極採用高壓接入方式，高壓接入比較困難，使用時不可靠；而且水顆粒聚結和沉降兩個過程同在一個聚結器內進行，雖然結構大大簡化，但是進液的流動對水顆粒沉降過程產生了幹擾，使已經聚結的水顆粒再次發生破裂，不利於水顆粒的沉降，導致分離效率降低。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種穩定性和可靠性高的管式靜電聚結器。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：

本實用新型的管式靜電聚結器，包括兩級靜電分離器，每級靜電分離器包括排氣管組件、聚結管段、沉降管組件、絕緣電極組件、內置變壓器組件和填料組件；

所述聚結管段設於中間位置，所述排氣管組件位於所述聚結管段的上方，所述沉降管組件位於所述聚結管段的下方。

由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，本實用新型實施例提供的管式靜電聚結器，絕緣電極組件能防止高含水情況下電極發生短路；內置變壓器組件能實現低壓接入，填料組件能減小水顆粒聚結後紊流對其的破壞，加速油水分離。穩定性和可靠性高，既加速了水顆粒之間的聚結，又避免了水顆粒的沉降過程受進液流動的幹擾，提高了原油處理量。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例提供的管式靜電聚結器的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例中的一級靜電聚結器的結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例中的一級靜電聚結器排氣管組件結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例中的一級靜電聚結器聚結管段結構示意圖；

圖5為本實用新型實施例中的一級靜電聚結器絕緣電極組件結構示意圖；

圖6為本實用新型實施例中的一級靜電聚結器內置變壓器組件結構示意圖；

圖7為本實用新型實施例中的一級靜電聚結器沉降管組件結構示意圖；

圖8為本實用新型實施例中的一級靜電聚結器填料組件結構示意圖；

圖9a、圖9b分別為本實用新型的管式靜電聚結器的放置方式的左視圖和前視圖。

具體實施方式

下面將對本實用新型實施例作進一步地詳細描述。

本實用新型的管式靜電聚結器，其較佳的具體實施方式是：

包括兩級靜電分離器，所述每級靜電分離器包括排氣管組件、聚結管段、沉降管組件、絕緣電極組件、內置變壓器組件和填料組件；

所述聚結管段設於中間位置，所述排氣管組件位於所述聚結管段的上方，所述沉降管組件位於所述聚結管段的下方。

所述排氣管組件包括出線管段、橢圓封頭和排氣管，所述橢圓封頭與所述排氣管焊接在一起，所述出線管段與所述橢圓封頭採用法蘭連接。

所述絕緣電極組件包括支撐圈、絕緣空心圓柱電極和底座。

所述聚結管段左側底部設有原油入口管，右側頂部設有原油出口管，內部設有絕緣電極組件和內置變壓器組件，所述絕緣電極組件位於所述聚結管段內的頂部，所述內置變壓器組件位於所述絕緣空心圓柱電極內的頂部。

所述內置變壓器組件包括變壓器、封裝盒、封裝盒蓋、兩個穿線管和金屬軟管，所述封裝盒內放置變壓器，封裝盒頂部有迴轉支撐圈，迴轉支撐圈兩側有出線槽，通過所述出線槽分別引出變壓器輸出端高壓線與低壓線，引出的高壓線與所述絕緣空心圓柱電極連接，引出的低壓線與所述聚結管段的殼體相連接並接地，所述封裝盒設於所述絕緣空心圓柱電極頂部，依靠所述迴轉支撐圈固定，所述封裝盒蓋設於所述封裝盒頂部，所述封裝盒蓋中心處設有穿線管安裝孔，通過所述安裝孔封裝固定穿線管，所述變壓器、封裝盒、封裝盒蓋、穿線管和絕緣空心圓柱電極採用絕緣材料封裝在一起，所述低壓電源輸入線經過排氣管段出線管處的穿線管、聚結管段直管內的金屬軟管和封裝盒蓋處的穿線管與變壓器輸入端連接。

所述沉降管組件包括沉降管段、橢圓封頭和排水管，所述橢圓封頭與所述排水管焊接在一起，所述沉降管段與所述橢圓封頭採用法蘭連接。

所述填料組件位於沉降管內，包括支撐圈、填料和底座，其中所述支撐圈位於聚結管段和沉降管段之間，所述底座與沉降管焊接在一起，所述填料設於所述底座和所述支撐圈之間，所述支撐圈、聚結管段和沉降管段採用法蘭連接。

本實用新型的管式靜電聚結器，將變壓器內置，採用低壓電源接入方式，提高聚結器的穩定性和可靠性，沉降管段頂部安裝有填料，將水顆粒聚結區和沉降區適當地分開，既加速了水顆粒之間的聚結，又避免了水顆粒的沉降過程受進液流動的幹擾，提高了原油處理量。降低了變壓器高壓電接入不安全、穩定差的風險，克服了變壓器外置佔地面積大、結構不緊湊的缺點。

本實用新型提出在沉降管段頂部安裝填料，將水顆粒聚結區和沉降區適當地分開，克服了紊流有利於聚結，但不利於沉降的矛盾。

本實用新型的管式靜電聚結器的優點是：

對H型的聚結器內部結構進行了優化，變壓器內置於聚結管段內，在沉降管段內增加填料。水顆粒經過均勻電場的作用時碰撞聚結，粒徑增大，在重力作用下進入沉降區，經過填料時水顆粒再次聚結，粒徑進一步增大，而且填料具有一定整流作用，使得水顆粒處於相對穩定的流態中，避免了進液對沉降過程的幹擾，提高分離效率，縮短了沉降時間。

本實用新型的管式靜電聚結器，用於整個原油處理流程的上遊階段，主要對高含水的油井採出液進行靜電聚結脫水的預處理，再與後續的原油處理設備配合使用。

本實用新型的管式靜電聚結器的電極為高壓絕緣電極，所需電壓由內置變壓器提供，使得聚結器結構更加緊湊，採用了低壓接入方式，提高了聚結器的可靠性。本實用新型的管式靜電聚結器沉降管段增加了填料，將水顆粒聚結過程與沉降過程適當的分開，避免了兩者的相互幹擾，使得每個過程進行得更加充分，縮短了水顆粒的沉降時間，提高了脫水效率，並降低了能耗。

具體實施例：

需要說明的是，在滿足高效的情況下，本申請中的聚結器可以多個結合實用或者與其他結構混合使用。下面將參考附圖來說明本實用新型。

本實用新型是一種原油脫水用緊湊型管式靜電聚結器，變壓器採用內置式，用於原油處理過程的上遊階段。本實用管式靜電聚結器主要包括一級靜電分離器和二級靜電分離器，其中一級靜電分離器和二級靜電分離器結構組成相同，一靜電分離器包括排氣管組件、聚結管段、沉降管組件、絕緣電極組件、內置變壓器組件和填料組件；絕緣電極組件包括支撐圈、絕緣空心圓柱電極和底座；內置變壓器組件包括變壓器、封裝盒、封裝盒蓋、兩個穿線管和金屬軟管；填料組件包括支撐圈、填料和底座。高壓電極所需電壓由內置變壓器提供，在聚結管段中心處的空心圓柱電極和聚結管殼之間的通道內形成均勻高壓電場，原油乳化液中的分散相水顆粒在高壓交流電場作用下聚結長大，依靠重力進入沉降區，在填料作用下進一步聚結，縮短了沉降時間。

圖1為本實用管式靜電聚結器的結構示意圖，主要包括一級靜電分離器5和二級靜電分離器8，其中一級靜電分離器和二級靜電分離器結構組成相同。

圖2為本實用管式靜電聚結器的一級靜電聚結器的結構示意圖，主要包括排氣管組件1、聚結管段4、沉降管組件7、絕緣電極組件3、內置變壓器組件2和填料組件6。聚結管段4在中間，排氣管組件1位於聚結管段4的上方，沉降管組件7位於聚結管段4的下方；絕緣電極組件3位於聚結管段4內的頂部，內置變壓器組件2位於絕緣空心圓柱電極內的頂部；填料組件6位於沉降管組件7內的頂部。

圖3為本實用管式靜電聚結器的一級靜電聚結器排氣管組件結構示意圖，主要包括排氣管9、橢圓封頭10和出現管11，排氣管9與橢圓封頭10焊接在一起，橢圓封頭10與出線管11採用法蘭連接。

圖4為本實用管式靜電聚結器的一級靜電聚結器聚結管段結構示意圖，主要包括直管12、水平管13和14，直管內放置絕緣空心圓柱電極，在兩者之間的間隙內形成高壓交流電場，位於底部左側的水平管13是原油入口管，位於頂部右側的水平管14是原油出口管。

圖5為本實用管式靜電聚結器的一級靜電聚結器絕緣電極組件結構示意圖，主要包括支撐圈15、絕緣空心圓柱電極16和底座18。其中頂部支撐圈15和底座18均與聚結管段4焊接在一起，絕緣空心圓柱電極16與變壓器21輸出端高壓線相接，並用環氧樹脂17封裝。

圖6為本實用管式靜電聚結器的一級靜電聚結器內置變壓器組件結構示意圖，主要包括穿線管19、封裝盒20、變壓器21、封裝盒蓋22、穿線管23和金屬軟管24，低壓電源線25通過排氣管組件1的出線管11處的穿線管19、金屬軟管24、封裝盒蓋22處的穿線管23與內置變壓器21輸入端相連接，內置變壓器21輸出端高壓線通過封裝盒20的迴轉支撐圈出線槽與絕緣空心圓柱電極16相連，內置變壓器21輸出端低壓線通過封裝盒20的迴轉支撐圈出線槽與聚結管段4的直管12相連接並接地，內置變壓器21放置在封裝盒20內並用環氧樹脂材料封裝。

圖7為本實用管式靜電聚結器的一級靜電聚結器沉降管組件結構示意圖，主要包括沉降管26、橢圓封頭28和排水管27，排水管27與橢圓封頭28焊接在一起，橢圓封頭28與沉降管26採用法蘭連接。

圖8為本實用管式靜電聚結器的一級靜電聚結器填料組件結構示意圖，主要包括支撐圈31、填料29和底座30，其中支撐圈31設於聚結管段4和沉降管組件7的沉降管26之間，三者採用法蘭連接，底座30與沉降管組件7的沉降管26焊接在一起，填料29設於支撐圈31與底座30之間。

圖9a、圖9b為本實用管式靜電聚結器的放置方式，管式靜電聚結器5、8傾斜一定角度固定在支架32上。

以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。