倾斜管式行列电极阵型水下在线电脱水装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种倾斜管式行列电极阵型水下在线电脱水装置，应用于预分离后原油的水下直接电脱水。该水下在线电脱水装置将原油立式和卧式在线分离与平行高压电场脱水技术有机结合，并依据倾斜管式构造和行列式电极阵型，实现油水高效分离及水下快速脱水；稳流器通过稳流杆和稳流叶轮搅拌预分离后原油和破乳剂并将形成的原油乳化液调整为均匀流，而后原油乳化液通过进液轮轴和进液轮重新整合成平稳流；行列式裸电极采用行列式电极阵型并产生平行高压电场，由此在脱水分离管内实施行列式平行高压电场原油快速脱水，脱除预分离后原油中的剩余水相；排油管排出合格原油，而排水管则依据防涡轮和防涡轮轴排出含油率低的生产水并防止其产生漩涡。

【技术实现步骤摘要】
倾斜管式行列电极阵型水下在线电脱水装置
本专利技术涉及一种海洋工程领域预分离后原油水下直接电脱水用的装置，特别是涉及一种水下生产系统倾斜管式行列电极阵型的在线电脱水装置。
技术介绍
目前，国内外海上平台以及陆上采油厂和化工厂的典型油气处理配套设施为“油井产液→立管→海上平台管汇→三相分离器→二级加热器→热化学分离器→增压泵→电脱水器”，其中原油电脱水处理技术主要采用常规罐式的电脱水器，利用电场对原油破乳，并对油中的水颗粒实施分离沉降，整个原油电脱水处理设备体积庞大且分离时间较长；此外，原油电脱水处理之前的流程较为复杂，集输和分离处理中的电能和热能等额外损耗严重，极大增加了海上平台电站设施的电负荷以及热站设施的热能供应。为了满足海上深水油田以及边际油田开发的需要，基于对适当湍流能够促进分散相水颗粒碰撞、聚结等问题的全面认识，近些年欧美一些石油大国的研究人员突破常规原油脱水器结构设计的惯性思维模式，提出了将水颗粒聚结长大与重力沉降两个过程分开的脱水方案，即紧凑型原油脱水技术，对应的代表性产品包括美国FMCTechnologies公司的内联电聚结器(InLineElectroCoalescer)、挪威KvaernerProcessSystems公司的紧凑型电聚结器(CompactElectrostaticCoalescer)等，该技术的缺陷是紧凑型脱水罐体通常采用卧式，电场中聚结变大的水颗粒可能会因剪切作用而再次破裂，从而影响了后面的重力沉降等分离过程和分离效果。然而，国内极少数科研院所近几年才开始关注高效紧凑型油水分离技术，其中对海上平台紧凑型电脱水技术的研究尚处于试验研究阶段；同时，针对水下生产系统专用的电脱水分离设备的研究，国内外均还处于起步和实验室研究的阶段。由此，通过积极研制紧凑高效的水下在线电脱水装置，将现有的海上平台油气处理系统简化为海底管道在线电脱水分离系统，同时将常规电脱水器的大罐体变为管式结构，以便有效解决常规处理系统及其相关设施占地面积和重量大的弊端；而且，整个水下电脱水装置采用倾斜式布置，有效克服了卧式分离器油水界面和水出口距离短，分离时间不充分等缺点；同时，整个水下电脱水装置还采用行列式电极阵型，使得原油脱水处理的运行耗能显著下降，最终实现水下油水高效分离，达到提升深水油田尤其是深水边际油田开发效益的目的。
技术实现思路
为了克服现有海上平台原油电脱水处理设施存在的缺陷和不足，并改善水下在线电脱水分离技术尚处于起步和试验阶段的研究现状，本专利技术的目的是提供一种适合水下生产系统预分离后原油直接脱水用的倾斜管式行列电极阵型在线电脱水装置。该水下在线电脱水装置将原油立式和卧式在线分离与平行高压电场快速脱水技术有机结合，实现海底管道在线安装和运行，并依据其倾斜管式构造和行列式电极阵型，具备油水高效分离、原油水下快速脱水、原油含水率低、生产水含油率低等特点。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种倾斜管式行列电极阵型水下在线电脱水装置，主要由行列式裸电极、脱水分离管、稳流器、进液管、排水管和排油管组成，预分离后的原油经稳流器与破乳剂充分混合而形成原油乳化液并调整为均匀流，而后由进液管进入脱水分离管，实施行列式平行高压电场原油快速脱水处理，水下直接脱除预分离后原油中的剩余水相，电脱水处理后的合格原油经排油管而汇集于输油管道，而含油率低的生产水则经排水管而汇集于输水管汇。脱水分离管主体部件的材质采用不锈钢且内衬金属陶瓷，同时通体涂覆玻璃胶，而稳流器、进液管、排水管和排油管的材质均选用超级双向不锈钢，同时通体涂覆玻璃胶。脱水分离管及其内的行列式裸电极均倾斜布置，脱水分离管的轴线与水平面之间的夹角为30°～40°，稳流器沿垂直方向朝上布置，同时排水管和排油管的轴线相互间保持平行，而且脱水分离管、稳流器、进液管、排水管以及排油管的轴线均处于同一平面上。稳流器用来搅拌预分离后的原油和破乳剂并保证二者充分混合，同时将混合后形成的原油乳化液调整为均匀流以起到稳流作用，它包括稳流杆、稳流叶轮、稳流管体和进破乳剂管。稳流管体采用立式柱形长管体，稳流管体的管腔中部设有水平放置的进破乳剂管，且稳流管体的管腔内容纳有稳流叶轮和稳流杆，同时稳流管体通过法兰盘而上连进液管同时下接上一级预分离器的出液管，从而将水下在线电脱水器和上一级预分离器联接在一起。稳流杆由上锥体、柱体和下锥体组合而成，其轴线与稳流器的轴线重合，稳流杆的下锥体将预分离后的原油顺利引流至稳流叶轮上，而稳流杆的上锥体则用来避免原油乳化液离开稳流叶轮后局部产生涡流，稳流杆的上锥体锥高大于其下锥体的锥高，且稳流杆上锥体和下锥体的大端圆面直径均等于稳流杆柱体的外径；同时稳流管体的上端面、稳流叶轮的上端面以及稳流杆上锥体的大端圆面相互间保持平齐，而且稳流叶轮的下端面与稳流杆下锥体的大端圆面相平齐。稳流叶轮由8～12片沿稳流杆柱体外环面均匀排列的稳流叶片组成，稳流叶片叶顶面的上部通过过盈配合而外衬于稳流管体的管腔内，同时其叶顶面的中部及其下部与稳流管体的管腔之间采用间隙配合，且稳流叶片的叶根面通过圆周焊而内接于稳流杆上。稳流叶片采用组合曲面，且稳流叶片的中上部和中下部采用两个旋向相反且对称布置的上下螺旋叶片，进而不断改变预分离后的原油和破乳剂的流向和流速，以保证两种液体充分混合。稳流叶片中上部的上螺旋叶片及其中下部下螺旋叶片轮廓线的起始点和终点处的切线均与稳流杆的轴线保持平行，且进破乳剂管的出口管段与上螺旋叶片和下螺旋叶片结合处所在的叶面保持相切，以保证破乳剂可以平稳地流入稳流器中；同时稳流叶片的上部和下部均采用直板式叶片，由此稳流器入口处流入的预分离后原油以及稳流器出口处流出的混合后原油乳化液均可以调整为稳定的均匀流。进液管通过焊接而上连脱水分离管并通过法兰而下接稳流器，进液管中混合后的原油乳化液调整流向后重新整合并变成平稳流，进液管包括进液弯管、进液轮轴和进液轮。进液弯管采用弯管体，其入口管段的轴线与稳流器的轴线重合，而其出口管段的轴线则与脱水分离管的轴线之间垂直相交布置，以保证原油乳化液整合为平稳流后可以平稳地流入脱水分离管的管腔中，同时进液弯管的出口管段内容纳有进液轮轴和进液轮。进液轮轴和进液轮用来将原油乳化液整合为平稳流，同时为保持原油乳化液的流通性，进液轮轴采用薄壁圆管，且进液轮轴与进液弯管的出口管段同轴布置。进液轮通过焊接内接于进液轮轴上并通过过盈配合而外衬于进液弯管的管壁，进液轮由6～8片沿进液轮轴外环柱面均匀排列的进液叶片组成，进液叶片采用直板式叶片，进液叶片沿进液轮轴轴向的横截面呈类等腰梯形，并且里宽外窄，以保证进液叶片的刚度和强度，同时保持进液叶片上连续而稳定的油膜。而且，进液叶片沿进液轮轴轴向的两侧端均采用剖面为等腰三角形的尖端结构，且进液轮轴靠近进液弯管入口管段的侧端采用锥管，以便最大程度地减小原油乳化液切入和流出进液轮和进液轮轴时的摩阻损失。此外，进液轮靠近进液弯管入口管段的侧端面与进液轮轴锥管的大端圆面相平齐，且进液轮中的各进液叶片和进液轮轴的另一侧端面保持平齐。行列式裸电极采用行列式电极阵型，并且行列式电极阵型内形成平行高压电场，平行高压电场内预分离后原油乳化液中的水颗粒迅速聚结并长大，由此实施行列式平行高压电场原油快速脱水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种倾斜管式行列电极阵型水下在线电脱水装置，将原油立式和卧式在线分离与平行高压电场快速脱水技术有机结合，实现海底管道在线安装和运行，并依据其倾斜管式构造和行列式电极阵型，完成油水高效分离和原油水下快速脱水，该水下在线电脱水装置的脱水分离管及其内的行列式裸电极均倾斜布置，其特征在于：一稳流器；所述稳流器的稳流管体采用立式柱形长管体，稳流管体的管腔中部设有水平放置的进破乳剂管，且稳流管体的管腔内容纳有稳流叶轮和稳流杆；稳流杆由上锥体、柱体和下锥体组合而成，其轴线与稳流器的轴线重合；稳流叶轮由8～12片沿稳流杆柱体外环面均匀排列的稳流叶片组成，稳流叶片采用组合曲面，且稳流叶片的中上部和中下部采用两个旋向相反且对称布置的上下螺旋叶片，同时稳流叶片的上部和下部均采用直板式叶片；一进液管；所述进液管中的进液弯管采用弯管体，同时进液弯管的出口管段内容纳有进液轮轴和进液轮并将原油乳化液整合为平稳流，进液轮轴采用薄壁圆管；进液轮由6～8片沿进液轮轴外环柱面均匀排列的进液叶片组成，进液叶片采用直板式叶片，进液叶片沿进液轮轴轴向的横截面呈类等腰梯形，并且里宽外窄；同时，进液叶片沿进液轮轴轴向的两侧端均采用剖面为等腰三角形的尖端结构，且进液轮轴靠近进液弯管入口管段的侧端采用锥管；一行列式裸电极；所述行列式裸电极采用行列式电极阵型，并且行列式电极阵型内形成平行高压电场，平行高压电场内预分离后原油乳化液中的水颗粒迅速聚结并长大；高压电极和接地电极均采用裸电极，高压电极沿脱水分离管截面的横向等间距行式排列，并沿脱水分离管截面的纵向对称分层列式布置，接地电极也采用横向等间距排列和纵向对称分层布置的行列式电极阵型；高压电极和接地电极的下端均采用半球形盲端结构，且高压电极上端的外表面均匀涂覆聚四氟乙烯的绝缘材料；电极板作为高压电极和接地电极行列式电极阵型的母板，并与脱水分离管一起通过接地端子接地；支撑板由一组条形的支撑板单体组成，支撑板单体之间保持有间隙，且每个支撑板单体的两端均钻有矩形孔眼；高压电极上端连接的各电极端子的另一侧端汇于一根水下高压电缆，接线盒采用柱形管式结构；一脱水分离管；所述脱水分离管采用分体式等径厚壁管体，其左侧端设置电极板而与行列式裸电极相连，且其右侧端通过法兰盘与排水管相连，从而将脱水分离管封隔成独立的密闭腔室；脱水分离管的管腔由左至右依次为左主管所在的电脱水区、中主管所在的重力分离区和右主管所在的生产水区；一排油管；所述排油管采用弯管体，合格原油经由排油管的出口管段汇集于输油管道中；一排水管；所述排水管的排水弯管由锥状封头、弯头和排水直管组合而成，锥状封头的外锥面锥度大于其内锥面的锥度，弯头的出口管段内容纳有防涡轮和防涡轮轴；防涡垫板采用盘状法兰盘，其中央部位钻有与排水弯管中弯头和排水直管内径相等的孔眼；防涡轮轴由左锥体、轴体和右锥体组合而成，防涡轮的各防涡片沿防涡轮轴轴体的外环面均匀排列，防涡片的轮廓线为螺旋线和直线组合而成的曲线，螺旋线的螺距沿轴向逐渐增大。...

【技术特征摘要】
1.一种倾斜管式行列电极阵型水下在线电脱水装置，将原油立式和卧式在线分离与平行高压电场快速脱水技术有机结合，实现海底管道在线安装和运行，并依据其倾斜管式构造和行列式电极阵型，完成油水高效分离和原油水下快速脱水，该水下在线电脱水装置的脱水分离管及其内的行列式裸电极均倾斜布置，其特征在于：一稳流器；所述稳流器的稳流管体采用立式柱形长管体，稳流管体的管腔中部设有水平放置的进破乳剂管，且稳流管体的管腔内容纳有稳流叶轮和稳流杆；稳流杆由上锥体、柱体和下锥体组合而成，其轴线与稳流器的轴线重合；稳流叶轮由8～12片沿稳流杆柱体外环面均匀排列的稳流叶片组成，稳流叶片采用组合曲面，且稳流叶片的中上部和中下部采用两个旋向相反且对称布置的上下螺旋叶片，同时稳流叶片的上部和下部均采用直板式叶片；一进液管；所述进液管中的进液弯管采用弯管体，同时进液弯管的出口管段内容纳有进液轮轴和进液轮并将原油乳化液整合为平稳流，进液轮轴采用薄壁圆管；进液轮由6～8片沿进液轮轴外环柱面均匀排列的进液叶片组成，进液叶片采用直板式叶片，进液叶片沿进液轮轴轴向的横截面呈类等腰梯形，并且里宽外窄；同时，进液叶片沿进液轮轴轴向的两侧端均采用剖面为等腰三角形的尖端结构，且进液轮轴靠近进液弯管入口管段的侧端采用锥管；一行列式裸电极；所述行列式裸电极采用行列式电极阵型，并且行列式电极阵型内形成平行高压电场，平行高压电场内预分离后原油乳化液中的水颗粒迅速聚结并长大；高压电极和接地电极均采用裸电极，高压电极沿脱水分离管截面的横向等间距行式排列，并沿脱水分离管截面的纵向对称分层列式布置，接地电极也采用横向等间距排列和纵向对称分层布置的行列式电极阵型；高压电极和接地电极的下端均采用半球形盲端结构，且高压电极上端的外表面均匀涂覆聚四氟乙烯的绝缘材料；电极板作为高压电极和接地电极行列式电极阵型的母板，并与脱水分离管一起通过接地端子接地；支撑板由一组条形的支撑板单体组成，支撑板单体之间保持有间隙，且每个支撑板单体的两端均钻有矩形孔眼；高压电极上端连接的各电极端子的另一侧端汇于一根水下高压电缆，接线盒采用柱形管式结构；一脱水分离管；所述脱水分离管采用分体式等径厚壁管体，其左侧端设置电极板而与行列式裸电极相连，且其右侧端通过法兰盘与排水管相连，从而将脱水分离管封隔成独立的密闭腔室；脱水分离管的管腔由左至右依次为左主管所在的电脱水区、中主管所在的重力分离区和右主管所在的生产水区；一排油管；所述排油管采用弯管体，合格原油经由排油管的出口管段汇集于输油管道中；一排水管；所述排水管的排水弯管由锥状封头、弯头和排水直管组合而成，锥状封头的外锥面锥度大于其内锥面的锥度，弯头的出口管段内容纳有防涡轮和防涡轮轴；防涡垫板采用盘状法兰盘，其中央部位钻有与排水弯管中弯头和排水直管内径相等的孔眼；防涡轮轴由左锥体、轴体和右锥体组合而成，防涡轮的各防涡片沿防涡轮轴轴体的外环面均匀排列，防涡片的轮廓线为螺旋线和直线组合而成的曲线，螺旋线的螺距沿轴向逐渐增大。2.根据权利要求1所述的倾斜管式行列电极阵型水下在线电脱水装置，其特征在于：所述脱水分离管的轴线与水平面之间的夹角为30°～40°；所述稳流器沿垂直方向朝上布置，同时排水管和排油管的轴线相互间保持平行；所述脱水分离管、稳流器、进液管、排水管以及排油管的轴线均处于同一平面上。3.根据权利要求1所述的倾斜管式行列电极阵型水下在线电脱水装置，其特征在于：所述稳流器包括稳流杆、稳流叶轮、稳流管体和进破乳剂管，稳流杆的上锥体锥高大于其下锥体的锥高，同时稳流管体的上端面、稳流叶轮的上端面以及稳流杆上锥体的大端圆面相互间保持平齐，而且稳流叶轮的下端面与稳流杆下锥体的大端圆面相平齐；所述稳流叶轮中的稳流叶片叶顶面的上部通过过盈配合而外衬于稳流管体的管腔内，同时其叶顶面的中部及其下部与稳流管体的管腔之间采用间隙配合，且稳流叶片的叶根面通过圆周焊而内接于稳流杆上；所述稳流叶片的上下螺旋叶片不断改变预分离后的原油和破乳剂的流向和流速，稳流叶片中上部的上螺旋叶片及其中下部下螺旋叶片轮廓线的起始点和终点处的切线均与稳流杆的轴线保持平行；所述进破乳剂管的出口管段...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新福，高鹏，刘春花，郑晓鹏，尚超，王海燕，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37