高效电磁同步协同作用的油水分离系统技术方案

本发明专利技术涉及一种高效电磁同步协同作用的油水分离系统。包括强化聚结装置和沉降分离装置，其特征是沉降分离装置内底部设置了排管式布液器，强化聚结装置设有电磁聚结组件，且入口封头与电磁聚结组件之间设有布液孔板，所述电磁聚结组件包括同轴分布的电场产生组件和磁场激励组件，电场与磁场正交分布同步协同作用。电场产生组件包括接地外电极及轴心处外包绝缘筒的电极，允许电场强度提高至350kV/m；磁场激励组件包括同轴套封在外电极上的外层和内层线圈，且外层线圈大于内层线圈匝数，二者包容于自循环冷却套内。本发明专利技术显著提高了油水分离效率和范围，可处理含水率高达40％的油水乳状液，因此广泛地适用于陆地及海上油水分离高效和稳定的装置和设施。

High efficiency electromagnetic synchronous synergistic oil-water separation system

The invention relates to an oil-water separation system with high efficiency electromagnetic synchronous synergy. The utility model comprises a strengthening coalescing device and a settling and separating device, which are characterized in that a drain pipe type liquid distributor is arranged at the inner bottom of the settling and separating device, an electromagnetic coalescing component is arranged in the strengthening coalescing device, and a liquid distributing orifice plate is arranged between the inlet head and the electromagnetic coalescing component, the electromagnetic coalescing component comprises a coaxially distributed electric field generating component and a magnetic field. The excitation components synchronize the electric field and the magnetic field orthogonal distribution. The electric field generating module includes the grounded outer electrode and the outer insulating cylinder electrode at the axis, allowing the electric field strength to be increased to 350 kV/m; the magnetic field exciting module includes the outer and inner coils of the coaxial sleeve on the outer electrode, and the outer coils are larger than the inner coil turns, both of which are enclosed in the self-circulating cooling sleeve. The invention significantly improves the oil-water separation efficiency and scope, and can treat oil-water emulsions with water content as high as 40%. Therefore, the invention is widely applicable to oil-water separation devices and facilities with high efficiency and stability on land and offshore.

【技术实现步骤摘要】
高效电磁同步协同作用的油水分离系统
本专利技术属于油气集输系统多相分离
，具体涉及一种高效电磁同步协同作用的油水分离系统。
技术介绍
随着各大油田进入开发的中后期，注水开采、注剂开采及注聚开采等强化采油方法的应用愈加广泛，从井口采出的油水混合物乳化程度愈加严重。原油含水增大了动力系统无效功占比，提高了热力系统无效热能占比，也易引起储运设备腐蚀及结垢。因此，研究油水乳状液高效分离技术对提高原油集输系统的安全稳定运行具有重要的意义。研究已表明，就外加电场能够有效促进乳状液中水滴的运动与聚并，基于电场作用机理研发的原油电脱水器已成为炼化厂、油田联合站等石油化工企业的原油处理关键设备。乳化液滴通过高强度电场时，其中的水滴被极化带电形成偶极，它们在电力线方向上呈直线排列，电吸引力使相邻的水滴靠近、接触、聚集而沉降分离。虽然，提高电场强度有利于提高脱水率，但电场强度超过临界场强时会造成水滴两端变尖，分裂出极微小的水滴而适得其反。已有美国专利US3412002公开了一种电泳破乳装置，其技术方案为通过电场作用使乳状液中的水滴带电，然后利用磁场作用使水滴偏转聚结，最后在重力沉降罐中分离。电场产生部件由板式正极极板和环绕式负极极板组成，磁场通过绕制在凹型非闭合铁芯上的铜线或者永磁铁激励产生，带电水滴被强磁场偏转，利用直流磁场从油中除去乳化水。这种装置的正极板与负极板非对称分布，进而影响油中水滴极化带电均匀程度。已有专利CN103087762A公开了一种基于磁场和不均匀电场的原油脱水器，利用励磁线圈产生的磁场和柱状电极产生的不均匀电场实现油水分离。该装置为立式脱水器，原油乳状液从下部进入脱水器，水从脱水器下部侧面出口流出，原油从脱水器上部侧面出口流出。因此这种设备电极下端位于出水口位置处，电极下端将长时间处于水层中，对电极绝缘材料寿命有很大影响。另外，由于乳状液经电场与磁场处理后，仍需要重力沉降相当时间才能将水分离而出，为此，为了保证重力沉降时间，其装置轴向尺寸较大，这也将严重影响其安装及固定。上述专利所公开的磁电脱水装置主要存在四方面的问题：第一，裸金属电极板，乳状液含水量较高时，乳状液流道内可能出现水滴链导电引起的垮电场效应，电压较高时，极板之间可能出现高电压击穿介质引起的电场崩溃，因此，此类装置仅适用于含水率较低的乳状液，并且电场强度有限；第二，装置尺寸，聚结与沉降分离一体立式设计将增大装置轴向尺寸，不利于安装及固定；第三，电磁体发热，激励产生高强度磁场时伴随着大量放热，线圈过热使磁场强度难以提高甚至有可能发生短路事故。更重要的是已有技术分离效率较低，特别是对高含水乳状液处理效果不佳，显然实现油水乳状液的高效分离，并提升装置运行的稳定性和安全性是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高效电磁同步协同作用的油水分离系统，以克服现有技术的不足，并提高电磁适应能力及范围。本专利技术的另一目的在于提高系统的分离效率以及扩大油水分离范围，尤其是对于高含水油水乳状液的油水分离。首先为了提高电磁适应能力与范围以及扩大油水分离范围。本专利技术将已有裸金属电极仅适用于含水率较低(含水率≤20％)的乳状液，其电场强度低且范围有限，本专利技术中把电场产生组件的电极包覆于绝缘筒内。并考虑到作为磁场激励组件的外层线圈和内层线圈过热不利于产生高强度磁场，甚至有可能发生短路事故，本专利技术设有包容于励磁线圈外面的双层环式筒体结构的冷却套，且使冷却套内的冷却液因内外温度梯度自循环以利于热交换进行散热。且又考虑到乳状液分布不均匀将影响电场分布和分离效果，并有可能冲击损坏绝缘导线，本专利技术在入口封头中设置了布液孔板。其次，在总体结构上，为了克服已有技术因轴向尺寸大而不利于安装及固定，本专利技术采用分体设计，将油水分离系统分为上下两体，即分别为基于电磁场作用强化油中水滴聚结的强化聚结装置和基于重力沉降作用实现油水分离的沉降分离装置，既可以降低轴向尺寸并将水充分的分离，又可以分别实施，统一组装。最后，考虑到经强化聚结装置处理后的乳状液若以立管直接进入沉降分离装置，易引起流场紊乱，本专利技术在沉降分离装置内底部设置了排管式布液器；又考虑到若乳状液布液器位于立管右侧(靠近堰板侧)时易形成沉降分离死区导致油中水滴不能充分沉降，本专利技术的排管式布液器设置于立管左侧(远离堰板一侧)；且考虑到乳状液布液器位于油水界面上方时不能发挥水层的水洗作用，本专利技术中排管式布液器设置于油水界面下方，以充分利用水层的水洗作用并进一步提高油水分离效率。本专利技术采用如下技术方案：本专利技术包括油水分离主体和相适配的电源，其特征是该油水分离主体是由强化聚结装置和沉降分离装置两部分组成，其中所述的强化聚结装置包括乳状液进入上端的带法兰的入口封头，和电磁聚结组件，以及两者之间的布液孔板三部分组成，所述电磁聚结组件包括由电源供电的电场产生组件和磁场激励组件，二者同轴分布，其中电场从电极至外电极水平分布，磁场平行于电极垂直分布，二者正交分布同步协同作用；所述的磁场激励组件包括同轴套封在外电极上的相互电连接的外层线圈和内层线圈，二者包容于充有冷却液的冷却套内，且外层线圈匝数大于内层线圈匝数；所述的电场产生组件包括同轴分布的外电极及轴心处的电极，二者之间形成乳状液聚结腔，其中外电极接地，外包绝缘筒的电极经电极孔并由上下两个固定支架定位安装，绝缘筒上端盖与上部固定支架密切配合；所述强化聚结装置固定在沉降分离装置上。所述的沉降分离装置包括由水出口，油出口和轻烃出口与鞍座构成的壳体，与其内的捕雾器和堰板，其特征在于在沉降分离装置内底部设置了排管式布液器，该排管式布液器包括与立管连接的集液筒和水平分布的若干顶部均匀设有喷淋孔的布液管，布液管端头封死，乳状液只从喷淋孔流出，且布液管位于立管左侧(即远离堰板一侧)，布液管的喷淋孔位于距离沉降分离装置内底部1/4～1/3油水界面高度处，其中喷淋管入口面积之和为立管面积的3～5倍，喷淋孔直径为10～20mm，乳状液含水率较低或乳状液粘度较高时，应采用较大孔径。所述的冷却套采用双层环式自循环筒体结构设计，内部填充沸点较高且粘温性能较好的冷却液，冷却套上部设有加注冷却液的注入口，冷却套下部侧面设有更换冷却液的排放口。所述的布液孔板均匀设有若干布液孔，周边设有固定用的多个螺孔，其中布液孔直径为8～20mm，乳状液含水率较低或乳状液粘度较高时，同样应采用较大孔径。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术具有可处理乳状液含水率范围广，分离效率高，运行稳定和安装便捷的特点，便于油水乳状液的油水分离工艺。(2)本专利技术的电场与磁场工作形式为同步协同作用，使油中水滴运动区域增大，提高了水滴碰撞机率，促进了水相聚结分离；磁场一方面加剧液滴运动，另一方面改变了水分子对蜡分子表面的吸附，降低了油水乳状液的稳定性，促进了油水分离。(3)本专利技术中的电极包覆绝缘筒，避免了水滴链在极板间形成电桥，提高了电极的荷载电压(荷载电压≤30kV)，增强了允许电场强度(允许电场场强≤350kV/m)因此可以处理含水率较高(含水率≤40％)的油水乳状液。(4)本专利技术中的布液孔板使流入的乳状液流速减小，紊乱度降低，动压分布均匀，减小了团簇油相和团簇水相对电场强度的影响，且避免了已分离的油水两相因内部紊流涡旋扰动而二次乳化，进而有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效电磁同步协同作用的油水分离系统，包括油水分离主体和相适配的电源，其特征是该油水分离主体是由强化聚结装置(4)和沉降分离装置(6)两部分组成，其中所述的强化聚结装置(4)包括乳状液进入上端的带法兰的入口封头(1)，和电磁聚结组件(3)，以及两者之间的布液孔板(2)三部分组成，所述电磁聚结组件(3)包括由电源(16)供电的电场产生组件(24)和磁场激励组件(29)，二者同轴分布，其中电场从电极(23)至外电极(21)水平分布，磁场平行于电极(23)垂直分布，二者正交分布同步协同作用；所述的磁场激励组件(29)包括同轴套封在外电极(21)上的相互电连接的外层线圈(26)和内层线圈(25)，二者包容于充有冷却液(28)的冷却套(27)内，且外层线圈(26)匝数大于内层线圈(25)匝数；所述的电场产生组件(24)包括同轴分布的外电极(21)及轴心处的电极(23)，二者之间形成乳状液聚结腔(20)，其中外电极(21)接地，外包绝缘筒(22)的电极(23)经电极孔(33)并由上下两个固定支架(31)定位安装，绝缘筒(22)上端盖与上部固定支架(31)密切配合；所述强化聚结装置(4)固定在沉降分离装置(6)上。...

【技术特征摘要】
1.一种高效电磁同步协同作用的油水分离系统，包括油水分离主体和相适配的电源，其特征是该油水分离主体是由强化聚结装置(4)和沉降分离装置(6)两部分组成，其中所述的强化聚结装置(4)包括乳状液进入上端的带法兰的入口封头(1)，和电磁聚结组件(3)，以及两者之间的布液孔板(2)三部分组成，所述电磁聚结组件(3)包括由电源(16)供电的电场产生组件(24)和磁场激励组件(29)，二者同轴分布，其中电场从电极(23)至外电极(21)水平分布，磁场平行于电极(23)垂直分布，二者正交分布同步协同作用；所述的磁场激励组件(29)包括同轴套封在外电极(21)上的相互电连接的外层线圈(26)和内层线圈(25)，二者包容于充有冷却液(28)的冷却套(27)内，且外层线圈(26)匝数大于内层线圈(25)匝数；所述的电场产生组件(24)包括同轴分布的外电极(21)及轴心处的电极(23)，二者之间形成乳状液聚结腔(20)，其中外电极(21)接地，外包绝缘筒(22)的电极(23)经电极孔(33)并由上下两个固定支架(31)定位安装，绝缘筒(22)上端盖与上部固定支架(31)密切配合；所述强化聚结装置(4)固定在沉降分离装置(6)上。2.如权利要求1所述的高效电磁同步协同作用的油水分离系统，所述的沉降分离装置(6)包括由水出口(10)，油出口(13)和轻烃出口(15)及鞍座(12)构成的壳体，与其内的堰板(11)、捕雾器(14)，其特征是在沉降分离装置(6)内底部设置了排管式布液器(18)，该排管式布液器(18)包括与立管(7)连接的集液筒(9)和水平...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕宇玲，郭凯，何利民，罗小明，杨东海，秦文涛，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37