一种原油电脱盐脱水器 【技术领域】
本发明涉及一种原油电脱盐脱水器，用于脱除原油中所含的盐和水。
背景技术
脱盐脱水是原油必不可少的预处理工艺。目前在我国的油田和石油加工行业的炼油厂，电脱盐脱水器所处理的原油逐渐变重，所含杂质越来越多。重质原油具有密度大、粘度高、沥青质含量及重金属含量高、含水乳化液不易破乳的特点，其含盐量一般为100微克/克以上。这使原油电脱盐脱水器经常不能平稳工作，并影响到后续装置的长周期运行。在电脱盐脱水器中，电极作为变压器对原油施加电场的载体，在电脱盐脱水过程中起着很重要的作用。有两种类型的电脱盐脱水器，在国内外油田及炼油厂得到了大量使用。一种是采用水平电极板，另一种是采用垂直悬挂电极板；含盐含水的原油从电脱盐脱水器罐体的底部进入，电脱盐脱水后的原油从罐体顶部抽出，沉积的水从罐体底部排出。石油工业出版社1988年出版的《石油炼制工程》上册第350～351页介绍了一种设置水平电极板的电脱盐脱水器，设有上下两层平面电极板；两层电极板之间形成一个强电场区，下层电极板与油水界面之间形成一个弱电场区。这种电脱盐脱水器的缺点是，罐体内形成的电场空间较小，对于重质原油来说往往达不到满意的脱盐脱水效果。电脱盐脱水后的原油含水量一般为0.5～1w％(w％表示重量百分数)，含盐量一般为十几个微克/克。中国专利CN2177723Y公开的一种电脱盐脱水装置，电极板平面与电脱盐脱水器罐体的轴心线相垂直，正、负电极板相间布置。通过电路控制，垂直电极板之间形成直流电场，电极板的下端部与油水界面之间形成交流弱电场。这种电脱盐脱水器存在的一个问题是，罐体内形成的电场空间较小，与上述设置水平电极板的电脱盐脱水器类似。另一个问题是，电极板下端部与油水界面之间形成的交流弱电场，同时存在着正电场和负电场，是不稳定的，会对油水界面造成扰动，从而使排水的原油含量较高。排水的原油含量通常可以达到2000～3000微克/克，多则达到1万微克/克以上；这将使污水处理负荷较高。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种原油电脱盐脱水器，以解决现有的原油电脱盐脱水器分别存在的罐体内形成的电场空间较小、排水原油含量较高的问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种原油电脱盐脱水器，包括罐体、变压器，罐体内设有电极，罐体的底部设有入口管、排水管，顶部设有出口管，其特征在于：电极水平设有三层平面电极板，三层平面电极板自上而下依次为上层平面电极板、中间平面电极板和下层平面电极板，上层平面电极板和下层平面电极板位于同一侧的侧边之间设有侧面电极板，上层平面电极板、下层平面电极板和侧面电极板组成外圈电极板，中间平面电极板位于其内部空间，中间平面电极板与下层平面电极板之间的距离大于上层平面电极板与中间平面电极板之间的距离，侧面电极板至罐体内壁的距离自上而下由小增大。
采用本发明，具有如下的有益效果：(1)本发明的原油电脱盐脱水器在电极板通电后，上层平面电极板与中间平面电极板之间形成上层垂直电场，中间平面电极板与下层平面电极板之间形成中间垂直电场，下层平面电极板与罐体内的油水界面之间形成下层垂直电场，侧面电极板与罐体内壁之间形成侧面电场。因此，罐体内的空间利用率较高，所形成的电场空间较大。(2)下层平面电极板与罐体内的油水界面之间所形成的下层垂直电场，在任意时间均为单一的正电场或负电场，而不是同时存在正电场和负电场。因此该电场比较稳定，不会对油水界面造成扰动，有利于降低排水的原油含量。(3)中间平面电极板与下层平面电极板之间的距离大于上层平面电极板与中间平面电极板之间的距离，因此中间平面电极板与下层平面电极板之间所形成的中间垂直电场的电场强度低于上层平面电极板与中间平面电极板之间所形成的上层垂直电场的电场强度。侧面电极板至罐体内壁的距离自上而下由小增大，因此侧面电极板与罐体内壁之间所形成的侧面电场的电场强度自上而下由高变低。另外可以根据实际操作情况调整电极和罐体内油水界面的高度，使下层平面电极板与油水界面之间保持足够的距离，从而使下层平面电极板与罐体内油水界面之间所形成地下层垂直电场为弱电场，其电场强度低于中间平面电极板与下层平面电极板之间所形成的中间垂直电场的电场强度。这样从整体上看，罐体内电场的电场强度呈“下低上高”的分布状态；在罐体内原油含水量较小的上部区域电场强度较高，原油含水量较大的下部区域电场强度较低。因此，电场强度分布合理、能与原油含水量的分布相匹配。这可以降低电流、节省电耗；还可以防止罐体下部区域大量聚结的水滴导电而发生短路现象，使电场保持稳定。
本发明可用于油田和石油加工行业的炼油厂，对原油(主要是重质原油)进行电脱盐脱水，能够取得较好的效果。电脱盐脱水后的原油含水量可以降低到0.3w％以下，含盐量可以降低到3微克/克以下；排水的原油含量可以降低到200微克/克以下，从而能够大大降低污水处理负荷。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。
【附图说明】
图1是本发明原油电脱盐脱水器沿罐体轴向的剖视图。
图2是图1中有A-A剖视图(放大)。
图1和图2中，相同附图标记表示相同的技术特征。
【具体实施方式】
参见图1、图2，本发明的原油电脱盐脱水器，包括罐体1、变压器7。罐体1为卧式圆筒形罐体，其内设有电极。罐体1的底部设有入口管8、排水管5、分配器10，顶部设有出口管9、集合器11。其中，入口管8和出口管9一般分别设置2～4个，排水管5一般设置1～3个。图1所示，入口管8和出口管9分别设置2个，排水管5设置1个。
电极水平设有三层平面电极板(比现有设置两层平面电极板的原油电脱盐脱水器多设置一层)，三层平面电极板自上而下依次为上层平面电极板21、中间平面电极板22和下层平面电极板23。上层平面电极板21和下层平面电极板23位于同一侧的侧边之间设有侧面电极板，两侧各设置一个。每个侧面电极板有一个顶部侧边和一个底部侧边，分别与相对应的上层平面电极板21和下层平面电极板23的侧边相连。上层平面电极板21、下层平面电极板23和侧面电极板组成外圈电极板，中间平面电极板22位于其内部空间。上述上层平面电极板21、下层平面电极板23和侧面电极板的侧边，以及下文中间平面电极板22和圆弧面电极板24的侧边，是指各电极板与罐体轴心线12相平行的边缘。
中间平面电极板22与下层平面电极板23之间的距离b大于上层平面电极板21与中间平面电极板22之间的距离a，侧面电极板至罐体1内壁的距离自上而下由小增大。
侧面电极板一般是采用圆弧面电极板24，如图2所示。每个圆弧面电极板24的顶部侧边和底部侧边分别与相对应的上层平面电极板21和下层平面电极板23的侧边相连，圆弧面电极板24至罐体1内壁的距离自上而下由小增大。
如同现有原油电脱盐脱水器所用的电极板，本发明上层平面电极板21、中间平面电极板22、下层平面电极板23和侧面电极板(例如圆弧面电极板24)，也都是将金属管或金属棒用紧固件固定于数个导电的金属支撑杆件上而组成；金属支撑杆件同时也具有导电作用。其中金属管或金属棒的外直径一般为10～20毫米，相邻两根金属管或金属棒轴心线之间的距离一般为80～100毫米。金属支撑杆件可以采用角钢等构件制作。上层平面电极板21、中间平面电极板22和下层平面电极板23的金属支撑杆件为直杆；侧面电极板采用圆弧面电极板24时，其金属支撑杆件为圆弧线形。参见图2以及图1，上层平面电极板21和下层平面电极板23的金属支撑杆件位于同一侧的端部，分别与位于同一侧的侧面电极板(圆弧面电极板24)的金属支撑杆件的两端相连(可采用焊接等方法连接)，组成一个整体的支撑框架。中间平面电极板22的金属支撑杆件通过绝缘吊挂42与上层平面电极板21的金属支撑杆件相连。由此，组成本发明的一组电极。本发明的一组电极，由上述的上层平面电极板21、中间平面电极板22、下层平面电极板23(各有一个)和侧面电极板(例如圆弧面电极板24，共有两个)组成。上层平面电极板21的金属支撑杆件通过绝缘吊挂42吊挂在罐体1内所设的支承横梁41上，以此将整组电极固定在罐体1内。绝缘吊挂42的材料可以采用聚四氟乙烯、绝缘陶瓷等。支承横梁41可以采用角钢等构件制作，用焊接等方法固定于罐体1内壁的上部。
参见图2，本发明原油电脱盐脱水器的主要结构参数一般如下：上层平面电极板21与中间平面电极板22之间的距离a为250～350毫米，中间平面电极板22与下层平面电极板23之间的距离b为350～400毫米。侧面电极板采用圆弧面电极板24时，圆弧面电极板24的顶部侧边至罐体1内壁的距离c为250～350毫米，底部侧边至罐体1内壁的距离d为350～400毫米。中间平面电极板22的侧边同与其相邻的侧面电极板之间应保留一定的距离，以防止短路；侧面电极板采用圆弧面电极板24时，该距离e一般为250～350毫米。
下层平面电极板23一般是与罐体轴心线12等高度，或是位于罐体轴心线12的上方；这样可以使整组电极都位于罐体1内的上半部分，并且通常可以使下层平面电极板23与油水界面6之间保持足够的距离g，使该距离g大于中间平面电极板22与下层平面电极板23之间的距离b，从而使下层平面电极板23与油水界面6之间所形成的下层垂直电场34的电场强度低于中间平面电极板22与下层平面电极板23之间所形成的中间垂直电场32的电场强度。下层平面电极板23至罐体轴心线12的距离f一般为0～400毫米(距离f为0毫米时表示下层平面电极板23与罐体轴心线12等高度)；在这样的条件下，下层平面电极板23与罐体1内油水界面6之间的距离g一般为600～900毫米。
上层平面电极板21至罐体1内壁顶部的距离，一般要求在600毫米以上，以防止上层平面电极板21与集合器11之间发生短路。
与各电极板有关的距离的测量，以通过各电极板中金属管或金属棒的轴心线所形成的假想面作为测量的基准面。上述的距离c是指圆弧面电极板24的顶部侧边至罐体1内壁的最短距离，距离d是指圆弧面电极板24的底部侧边至罐体1内壁的最短距离，距离e是指中间平面电极板22的侧边同与其相邻的圆弧面电极板24之间的最短距离。
变压器7可以采用现有原油电脱盐脱水器所常用的各种变压器。例如图1所示，变压器7为交直流变压器，设有一个正输出端和一个负输出端。正输出端与外圈电极板相连，负输出端与中间平面电极板22相连，罐体1接地。变压器还可以为交流变压器或直流变压器，设有一个输出端(输出交流电或直流电)，与外圈电极板相连；中间平面电极板和罐体接地。有关的附图省略。
本发明，罐体1内沿罐体轴心线12的方向一般设置1～4组电极，每组电极各用一个变压器7供电。电极的设置组数，主要是根据变压器7的功率、罐体1的长度和每组电极的长度来确定。参见图1，每组电极的长度L一般为5～7米。图1所示的原油电脱盐脱水器，设置2组电极，用两个变压器7分别供电。
本发明图1中，变压器7未剖视。图2中，未示出图1中的变压器7及其两个输出端与电极的连接。
参见图1、图2，变压器7的两个输出端分别向外圈电极板和中间平面电极板22通电后，上层平面电极板21与中间平面电极板22之间形成上层垂直电场31，电场强度一般为800～1000伏特/厘米，是一个强电场。中间平面电极板22与下层平面电极板23之间形成中间垂直电场32，电场强度一般为600～800伏特/厘米，是一个中等强度的电场。侧面电极板与罐体1的内壁之间形成侧面电场(共有两个)，电场强度自上而下由高变低。侧面电极板采用圆弧面电极板24时，与罐体1的内壁之间所形成的侧面电场为圆弧形电场33；圆弧形电场33顶部的电场强度一般为800～1000伏特/厘米，底部的电场强度一般为600～800伏特/厘米。下层平面电极板23与罐体1内的油水界面6之间形成下层垂直电场34，电场强度一般要求为300～500伏特/厘米，是一个弱电场。可以根据实际操作情况调整电极和罐体1内油水界面6的高度，使下层平面电极板23与油水界面6之间保持足够的距离(例如前述的距离g)，从而使下层平面电极板23与油水界面6之间所形成的下层垂直电场34的电场强度保持在本发明提出的范围内。确定油水界面6的高度时，还要考虑到油水界面6下方水层中水的停留时间。
上层平面电极板21与位于其上方的罐体1内壁之间的空间也形成电场；该电场的电场强度随各处位置的不同，一般在300～500伏特/厘米的范围内变动。由于该电场区域内原油的含水量很低，该电场对所述区域内的原油基本上没有电脱盐脱水作用；本发明不考虑这一电场。
为保证电脱盐脱水效果，对于选定输出电压的变压器7，可适当选择本发明所述的各距离a、b、c、d、f、g等，并且不受本发明提出的数据范围的限制，尽量使各电场的电场强度保持在本发明提出的数据范围内。
本发明原油电脱盐脱水器的变压器采用设有一个输出端的交流变压器或直流变压器时，当其向外圈电极板通电后，所形成的电场和各电场的电场强度与图1、图2所示原油电脱盐脱水器中的相同，详细说明和附图省略。
下面以图1、图2所示的原油电脱盐脱水器为例说明本发明的操作过程。含盐含水的重质原油由入口管8进入分配器10，经分配器10分配后均匀地进入罐体1内，并向上流动。通过油水界面6，首先进入下层平面电极板23与油水界面6之间所形成的下层垂直电场34，在该电场中电脱盐脱水。之后，一部分原油向上流动，进入中间平面电极板22与下层平面电极板23之间所形成的中间垂直电场32中电脱盐脱水，再向上流动进入上层平面电极板21与中间平面电极板22之间所形成的上层垂直电场31中电脱盐脱水。在上层垂直电场31中电脱盐脱水后的原油向上流动，进入上层平面电极板21与位于其上方的罐体1内壁之间的空间。另一部分原油向上流动，分别进入两个圆弧面电极板24与罐体1的内壁之间所形成的两个圆弧形电场33中电脱盐脱水。在圆弧形电场33中电脱盐脱水后的原油向上流动，也进入上层平面电极板21与位于其上方的罐体1内壁之间的空间。汇集于该空间内的原油为电脱盐脱水后的净化原油，进入集合器11，最后由出口管9抽出。上述过程中，在各电场中聚结的含盐水滴向下沉降，通过油水界面6沉积于油水界面6下方的水层中。水层中的水最后由排水管5排出。
本发明的主要操作特点，是将重质原油在本发明原油电脱盐脱水器的各电场中进行电脱盐脱水。其余操作，例如电脱盐脱水温度的控制、重质原油与水的混合、破乳剂的使用等，与现有的原油电脱盐脱水器基本相同，说明从略。