油气集输-原油净化课件

1,第四节原油电脱水,电脱水原理；交、直流电场对比和双电场脱水；电脱水器的结构；电脱水器的供电方式；电脱水的技术指标；设计技术参数的确定。,2,一、电脱水原理,其原理是将原油乳状液置于高压直流或交流电场中，由于电场对水滴的作用，削弱乳化膜的强度，静电力可使水滴的运动速度增大，促进水滴互相碰撞，使水滴聚结粒径较大的水滴，在原油中沉降分离出来。,3,水滴在电场中聚结方式,电泳聚结偶极聚结振荡聚结,4,1.电泳聚结,根据异性电荷相吸引的原理，在直流电场中，水滴移向与其本身电荷电性相反的电极，此现象称为电泳。由于原油中各种粒径水滴的界面上都带有同性电荷，故原油乳状液中全部水滴，将以相同的方向运动。,5,在电泳过程中，水滴受原油的阻力产生拉长变形，并使界面膜机械强度削弱，同时因水滴大小不等、电量不同和所受阻力各异，各水滴速度不同，水滴发生碰撞，使削弱的界面膜破裂，水滴合并增大，从原油中沉降分出。,1.电泳聚结,6,未发生碰撞合并或碰撞合并后还不足以沉降的水滴，将运动至与水滴极性相反的电极区附近。由于水滴在电极区附近密集，增加了水滴碰撞合并的机率，使原油中大量小水滴主要在电极区附近分出。电泳过程中水滴的碰撞、合并称为电泳聚结。,1.电泳聚结,7,2.偶极聚结,在高压直流或交流电场中，原油乳状液中的水滴受电场力的极化和静电感应，使水滴两端带上不同极性的电荷即形成诱导偶极。因为水滴两端同时受正负电极的吸引，水滴产生拉长变形，削弱了界面膜的机械强度，特别在水滴两端界面膜的强度最弱。,8,原油乳状液中许多两端带电的水滴象电偶极子一样，在外加电场中以电力线方向呈直线排列形成“水链”，相邻水滴的正负偶极相互吸引。电的吸引力使水滴相互碰撞，合并成大水滴，从原油中沉降分离出来。这种聚结方式称为偶极聚结，偶极聚结是在整个电场中进行的。,2.偶极聚结,9,电场中水滴的偶极聚结（a）水滴两端的带电的变形（b）相邻两水滴的相互作用,10,水滴间的偶极聚结作用力和电场强度E的平方成正比。要想获得较好的脱水效果，必须建立较高的电场强度。但当电场强度过高时，椭球形水滴两端受电场拉力过大，以致将一个小水滴拉断成两个更小的水滴，产生“电分散”，使原油脱水情况恶化。,2.偶极聚结,11,多数情况下，当E4.8千伏/厘米时，将发生电分散。因而，国内外电脱水器的工作电压范围一般为1140千伏，电场强度为0.83.3千伏/厘米。在电场中，水滴的电分散过程仅需几秒即可完成，若剩余的水滴仍有足够大的直径，经过一定时间后又会重复电分散过程，因而原油乳状液通过电场的时间应该适当，增加原油乳状波在电场中的滞留时间不会改善脱水效果。,2.偶极聚结,12,3.振荡聚结,水滴中常带有酸、碱、盐的各种离子。在工频交流电场中，电场方向每秒改变50次，水滴内各种正负离子不断地作周期性的往复运动，使水滴两端的电荷极性发生相应的变化。离子的往复运动使水滴界面膜不断地受到冲击，使其机械强度降低、甚至破裂，水滴聚结沉降，这一过程称为振荡聚结。,13,对原油乳状位在电场中破乳过程的观察表明：在交流电场中破乳作用是在整个电场范围内进行的，以偶极聚结和振荡聚结为主。直流电场的破乳聚结，主要在电极附近的有限区域内进行，以电泳聚结为主，偶极聚结为辅。,一、电脱水原理,14,根据电脱水原理，电法脱水只适宜于油包水型乳状液。在处理中、高含水率原油乳状液时，一般先经化学破乳脱水后，使含水率降低后再进入电脱水器进行脱水，通常把这种脱水工艺称为二段脱水。,一、电脱水原理,15,二、交、直流电场对比和双电场脱水,1.交、直流电场对比大庆油田在类同的原油脱水器上，用交流和直流电场进行过脱水效果的对比试验，其测试参数见下表。,16,交、直流电脱水效果对比,17,交流电场脱水的特点,聚结形式为偶极聚结和振荡聚结，以水滴界面膜受到的振荡力较大，使脱出水清澈，水中含油率较少。电路简单，无需整流设备。聚结的脱水效果和原油含水率有关，含水率较高时水滴的平均直径亦大，会有较好的脱水效果，故不适宜处理含水率较低的原油乳状液，其净化油含水率较高，大约为直流电脱水的35倍。,18,交流电场脱水的特点,交流电压呈正弦曲线变化，每一周期内只有两个瞬间使电场强度达到最大值，故其效率较低，原油乳状液的处理量较低。交流电场中水滴容易排列成许多水链使电场发生短路，操作不够稳定，单位原油乳状液的耗电量约为直流电的140%左右。,19,直流电场脱水的特点,聚结形式为电泳聚结和偶极聚结；脱水效果比交流电脱水好；但直流电的脱出水含油量要比交流电的多；供电电路需整流设备。我国油田上直流电脱水比交流电脱水使用得较为广泛。,20,2.双电场脱水,各油田先后试验成功了交直流双电场脱水工艺，在原油含水率较高的脱水器中下部建立交流电场，在原油含水率较低的脱水器中上部建立直流电场。实践说明：双电场脱水能提高净化原油的质量，并使处理每吨原油的耗电量降为原直流电脱水的1/2以下。,21,直流电场和双电场脱水的供电，在原直流电场脱水中，变压器次级线圈中心抽头接地，变压器输出电压为40千伏。下层电极与壳体间的电压UBC为20千伏，而两极间的电压为40千伏。形成下层电极与壳体间为弱直流电场，两极间为强直流电场。,2.双电场脱水,22,直流和双电场脱水的供电KG一调整初级线圈电压的可控硅；B一脱水变压器；ZL一整流硅堆；TS一脱水器体间电压,两种接线电压比较（a）直流电场电压；（b）双重电场电压；UBA一下、上层电极电压；UBC一下层电极与壳体电压,23,在改造后的双电场脱水中，一般只用次级线圈的一半，即变压器输出电压为20千伏。在交流电的正半周中，下层电极与壳体间的电压为20千伏，由于上层电极无电流流回变压器，故两极间的电压为零。在交流电的负半周中，壳体与上层电极间的电压为20千伏，它由壳体与下层电极、下上两电极间两部分电压叠加组成，即UCBUBA。,2.双电场脱水,24,用双重电场脱水时，下层电极与壳体间构成正负幅值不等的交流电场，而两电极间为直流脉冲电场。由上分析可知，双重电场脱水综合了交、直流脱水的优点，使原油脱水效果得到改善，同时极间电压的成倍降低，使双重电场脱水的电耗大幅度降低。,2.双电场脱水,25,三、电脱水器的结构,我国早期在玉门使用的脱水器为常压储罐形电脱水器，即在立式常压储罐内安装几组脱水电极。后来由于原油蒸发损耗太大，在大庆油田开发初期被立式圆筒形耐压脱水器所取代，近年来，各油田广泛采用大型卧式耐压脱水器。,26,卧式电脱水器中含水原油由管4进入脱水器内油水界面以下的分配头。由分配头流出的含水原油经水洗除去游离水后，自下而上沿水平截面均匀地经过电场空间。在高压电场下，从原油中分出的水滴沉降至脱水器底部，经放水排空口排出。净化原油经顶部管线排出。在油层和水层间，通常有50100毫米厚的油水共存段。,三、电脱水器的结构,27,卧式电脱水器结构示意图1壳体；2接电装置；3电极组；4人孔口；5进液管；6进油管：7冲砂装置；8进液装置；9接地电极板；10中间分配箱；11分配箱；12检修平台,28,卧式耐压电脱水器的特点,增加容器长度，可增加脱水器容积，减少设备台数；有很大的水平截面积，可设置电场，处理能力明显提高；水滴的沉降距离短，有利于水滴分出和提高净化油质量。但排砂和清除底部油泥较为困难。,29,四、电脱水器的供电方式,根据油品性质和实践经验，应本着技术先进、经济合理和安全适用等原则，选用供电方式。根据原油电脱水设计规范的规定，原油电脱水的供电方式，应优先采用交直流双重电场，亦可采用直流电场或交流电场。,30,五、电脱水达到的技求指标,轻质原油、中质原油的水含量指标应小于或等于0.5（质量）；重质原油的水含量指标应小于或等于2.0（质量）。从电脱水器脱出的污水，含油一般不大于0.5。经隔油措施或除油系统后的污水，其油含量应不超过1000mg/L。,31,六、设计技术参数的确定,电脱水器的操作温度电脱水器的操作压力原油含水率电脱水器的处理能力,32,1.电脱水的操作温度,应本着节能的原则，在达到脱水质量要求的前提下，尽可能地对原油乳状液少加热或不加热。电脱水操作温度应根据原油的粘温特性确定，宜使原油的运动粘度在低于50mm2/s的条件下进行脱水。,33,2.电脱水器的操作压力,确定电脱水操作压力时，其压力应比操作温度下的原油饱和蒸汽压高0.15MPa。脱水器的操作压力常受集输系统压力的制约。目前，我国多数油田采用低压集输系统，脱水器的操作压力一般在（1.53.0）105Pa范围内。,34,3.原油含水率,进入电脱水器的原油乳状液的含水率太高，例如超过4050时，由于乳状液导电率的上升，不易维持稳定的电场，使脱水质量急剧降低。进入电脱水器的较适宜的含水率为1530。,35,电脱水器的处理能力，应根据原油乳状液处理的难易程度确定其在电脱水器