專利名稱：高頻脈沖原油電脫水裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于油田原油脫水的高頻脈沖原油電脫水裝置，在三次采出液處理技術(shù)方面尚未發(fā)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)。
原油脫水是原油加工過程中的的一個重要環(huán)節(jié)，目前各油田多采用電——化學(xué)脫水方法，所加電壓為50HZ的交流或直流高壓，供電方式一般有交流脫水、直流脫水和交——直流脫水。
隨著油田進(jìn)入高含水期開采階段，大部分油區(qū)綜合含水高達(dá)90％，三次采油技術(shù)作為提高采收率的有效手段，在油田已開始應(yīng)用且具有廣泛的前景。但“三采”使用的大量驅(qū)油劑，使采出液的組成和油水乳化狀態(tài)極為復(fù)雜，乳化液粘度大、顆粒細(xì)微，破乳、沉降都很困難，且油品的絕緣性能變差，常使電脫水器極板間產(chǎn)生短路現(xiàn)象，常規(guī)電脫水已不能滿足生產(chǎn)的需要。如果三次采出液油水處理工藝技術(shù)得不到很好解決，其將成為制約三次采油技術(shù)推廣及老油田穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)的關(guān)鍵。
本發(fā)明的目的是提供一種能處理三次采出液的高頻脈沖原油電脫水裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下方式實現(xiàn)的本發(fā)明由三相電源、整流電路、IGBT變換電路、輔助電路、保護(hù)電路、PWM驅(qū)動電路、高頻變壓器、高頻整流器，和高頻電脫水器組成。其特征在于三相電源經(jīng)整流電路整流進(jìn)IGBT變換電路變換形成高頻脈沖，同時輔助電路提供控制電源至保護(hù)電路，通過PWM驅(qū)動電路來保護(hù)和控制IGBT的輸出脈沖寬度和占空比。再經(jīng)高頻變壓器升壓后至高頻整流器整流后形成高頻高壓脈沖，其脈沖經(jīng)高壓防爆接口及高壓絕緣棒引入高頻電脫水器電極板上，在高頻電脫水器內(nèi)形成高頻脈沖電場；高壓防爆接口為高頻整流器的高壓輸出線與電脫水器的連接部分用防爆套筒把聚四氟乙烯絕緣棒封閉，再用耐壓不銹鋼編織軟管把防爆套筒與高頻整流器輸出電纜的接線盒連接起來，不銹鋼編織軟管與電纜之間用聚四氟乙烯支持，且充滿變壓器油，提高絕緣性能；高頻電脫水器內(nèi)設(shè)三層平掛式電極，中層電極接地，上下兩層電極接高頻變壓整流器的高壓輸出端。
高頻脈沖脫水與常規(guī)脫水的比較從乳狀液的電性能可知，任何乳狀液都有其臨界擊穿電場強度，當(dāng)外加的電場強度超出其臨界擊穿電場強度時，乳狀液會發(fā)生短路，電場消失后，短路會消失，不同性質(zhì)的乳狀液其臨界擊穿電場強度及短路形成時間和短路消失時間也不同。特別是三次采出液臨界擊穿電壓低，短路消失時間長，用常規(guī)電脫水器很難送電，且經(jīng)常造成脫水器電極間短路，對原油脫水非常不利。
高頻電脫水器的輸入電壓為高頻脈沖，通過調(diào)整高頻脈沖的頻率和占空比，使高頻脈沖輸出時間(脈沖寬度)小于短路形成時間，高頻脈沖的間隔時間大于短路消失時間。也就是說，乳狀液短路形成之前，高頻脈沖就消失了，乳狀液短路消失，絕緣性能恢復(fù)后再發(fā)下一個脈沖。高頻脈沖脫水與常規(guī)交、直流脫水相比，最大的優(yōu)點是在處理較高含水、絕緣性能較差的乳狀液特別是三次采出液時，可以保證脫水器內(nèi)電場的穩(wěn)定，從而提高原油脫水效果。
為了進(jìn)一步公開本發(fā)明的技術(shù)方案下面結(jié)合說明書附圖通過實例詳細(xì)闡述

圖1-高頻脈沖原油電脫水裝置工作原理框2-高頻脈沖原油電脫水裝置電路原理3-高頻脈沖原油電脫水裝置電路連接示意圖高頻脈沖原油電脫水裝置工作原理如圖1、2、3所示三相電源1經(jīng)整流電路2整流后至IGBT變換電路3變換形成高頻脈沖。同時輔助電路4提供的控制電源至保護(hù)電路5通過PWM驅(qū)動電路6來保護(hù)和控制IGBT的輸出脈沖寬度和占空比。高頻脈沖經(jīng)高頻變壓器7升壓后至高頻整流器8整流后形成高頻高壓脈沖，高頻高壓脈沖經(jīng)高壓防爆接口及高壓絕緣棒引入高頻電脫水器電極板上在電脫水器內(nèi)形成高頻脈沖電場進(jìn)行脫水。
具體按圖3示意來說，圖中的10是指圖1中1～6所示的電路，將其插接組成高頻電源發(fā)生器10；圖中的11是指圖1中的7～8所示的高頻變壓器和高頻整流器，將其組合形成高頻變壓整流器11。三相電源經(jīng)圖3中高頻電源發(fā)生器10的處理變成高頻脈沖至高頻變壓整流器11變成高頻高壓脈沖，由高頻變壓整流器11引出電纜13經(jīng)高壓防爆接口及高壓絕緣棒15引至高頻脫水器9’內(nèi)的電極板16上。所謂高壓防爆接口是指用高壓防爆套筒14把聚四氟乙烯絕緣棒封閉，再用耐壓不銹鋼絲編織的軟管12把高壓防爆套筒14與高頻變壓整流器11的高壓輸出電纜13的接線盒連接起來，不銹鋼編織軟管12與高壓電纜13之間用聚四氟乙烯支撐，且充滿變壓器油，提高絕緣性能。
下面再對本發(fā)明的每個技術(shù)關(guān)鍵部位作詳細(xì)闡明1、高頻電源發(fā)生器輸出功率5-50kVA，輸出電壓0-380V，輸出頻率為1000-2500HZ(無級調(diào)節(jié))，波形為矩方波。并設(shè)有過熱保護(hù)、過電壓保護(hù)、缺相保護(hù)和過電流保護(hù)，通過對占空比的自動調(diào)節(jié)，電源發(fā)生器在最大電流時恒流輸出。
高頻電源發(fā)生器的開關(guān)元件采用絕緣柵雙極晶體管(縮寫IGBT)，是近年來發(fā)展起來的新一代電力半導(dǎo)體器件。它具有工作速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性能好、驅(qū)動簡單、阻斷電壓高、載流能力強等優(yōu)點，是最具有發(fā)展前景的電力半導(dǎo)體器件之一。
高頻電源發(fā)生器主要由三相硅整流電路、變頻主電路、驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、脈沖升壓電路組成。脈寬調(diào)制電路能夠調(diào)整脈沖輸出頻率。電路結(jié)構(gòu)原理圖見附圖1。
2、高頻變壓整流器輸出功率5-50kVA，輸出電壓20-35kV(可調(diào))，輸出頻率為1000-2500HZ(無級調(diào)節(jié))，波形為矩方波。
高頻變壓整流器由變壓器和整流器兩部分組成。高頻變壓器的高壓繞組和低壓繞組分別由二個分體線包組成，加大了層間和匝間的絕緣層厚度，整流器由二個反向并聯(lián)的二極管組成，且變壓器在充油時做抽真空處理，以提高絕緣強度。
3、高壓防爆接口及高壓絕緣棒額定壓力1.0MP、額定溫度160℃、額定電壓100kV。
高壓防爆接口為脫水變壓整流器的高壓出線與電脫水器的連接部分，采用充油防爆結(jié)構(gòu)。用耐壓1.0MPa的防爆套筒把聚四氟乙烯絕緣棒封閉，用耐壓1.6MPa的不銹鋼編織軟管把防爆套筒與脫水變壓整流器高壓出線接線盒連接起來，高壓電纜固定在不銹鋼編織軟管的中部，高壓電纜用聚四氟乙烯支撐件支撐，以免高壓電纜與不銹鋼編織軟管內(nèi)壁接觸。在這個密閉系統(tǒng)中充滿變壓器油，加強高壓電纜的絕緣。高壓出線系統(tǒng)能承受高于電脫水器的工作壓力，當(dāng)脫水絕緣棒過電壓擊穿時，不會發(fā)生油氣泄漏，能避免火災(zāi)事故的發(fā)生。
高壓絕緣棒由聚四氟乙烯絕緣材料制成，它具有耐溫高160℃、耐擊穿電壓高等特點160kV，且安裝檢修極為方便。
高壓防爆接口及高壓絕緣棒的結(jié)構(gòu)見附圖34、高頻電脫水器額定壓力1.0MP、額定溫度160℃。
(1)高頻電脫水器的結(jié)構(gòu)電脫水器內(nèi)設(shè)三層電極，中層電極接地，上下兩層電極接高頻變壓整流器的高壓端。接線方式見附圖3。電極組采用三層平掛電極，絕緣吊掛采用聚四氟乙烯材料，聚四氟乙烯材料具有耐高溫、耐腐蝕、絕緣性能好等特點。
在電脫水器的下部和上部分別設(shè)有進(jìn)油分配器、出油收集器。進(jìn)油分配器、出油收集器的作用是使脫水器內(nèi)的流場穩(wěn)定，以保證水滴在電脫水器內(nèi)充分聚結(jié)、沉降分離；使含水原油均勻地進(jìn)入電脫水器，脫水后的原油均勻平穩(wěn)地流出電脫水器。
(2)電脫水器內(nèi)電場梯度的調(diào)整方法a.電脫水器內(nèi)電極間的距離自下而上間距逐漸縮小，電場強度逐漸增強進(jìn)入電脫水器的含水原油先進(jìn)入弱電場進(jìn)行脫水，在弱電場中可脫除較大的水滴，同時，原油的電導(dǎo)率將逐漸降低，原油不斷的往脫水器上部流動，進(jìn)入更強的電場中，以脫出更小的水滴。
b.通過調(diào)整高頻變壓整流器高壓輸出端的電壓等級，調(diào)整電脫水器內(nèi)的電場強度。
c.通過高頻脈沖電源自動調(diào)整電脫水器內(nèi)的電場強度。
(3)電脫水器的油水界面控制由于電脫水器內(nèi)的油水界面往往不是清晰界面，存在很厚的乳化層，乳化層的厚度從十幾厘米到幾十厘米，乳化層上部和下部密度相差無幾，所以傳統(tǒng)的差壓式和浮子式界面檢測裝置很難長期可靠運行，另外乳化層在電學(xué)特性上存在一個較明顯的導(dǎo)電與絕緣的分層，而非電學(xué)方法不易分辨。因此在電脫水器頂部設(shè)有射頻導(dǎo)納界油水界面控制裝置安裝，該界面儀由一個射頻導(dǎo)納界面變送器和剛性傳感器組成，帶電脫水專用保護(hù)器，傳感器上部加高壓電場保護(hù)極。射頻導(dǎo)納油水界面儀能很好地解決這個問題，并能實現(xiàn)自動放水。
高頻脈沖電脫水技術(shù)在技術(shù)上是成熟的，在生產(chǎn)上是可行的。復(fù)合驅(qū)采出液經(jīng)高頻電脫水器處理后的原油含水≤2％、污水含油≤1000mg/L，達(dá)到了“原油電脫水設(shè)計規(guī)范”(SY/T0045-1999)的要求。
權(quán)利要求
1.一種高頻脈沖原油電脫水裝置，由三相電源、整流電路、IGBT變換電路、輔助電路、保護(hù)電路、PWM驅(qū)動電路、高頻變壓器、高頻整流器和高頻電脫水器組成，其特征在于三相電源經(jīng)整流電路整流進(jìn)IGBT變換電路變換形成高頻脈沖，同時輔助電路提供控制電源至保護(hù)電路，通過PWM驅(qū)動電路來保護(hù)和控制IGBT的輸出脈沖寬度和占空比，再經(jīng)高頻變壓器升壓后至高頻整流器整流后形成高頻高壓脈沖，其脈沖經(jīng)高壓防爆接口及高壓絕緣棒引入高頻電脫水器電極板上，在高頻電脫水器內(nèi)形成高頻脈沖電場。
2.根據(jù)權(quán)利書要求1所述的高頻脈沖原油電脫水裝置，其特征在于高壓防爆接口為高頻整流器的高壓輸出線與電脫水器的連接部分用防爆套筒把聚四氟乙烯絕緣棒封閉，再用耐壓不銹鋼編織軟管把防爆套筒與高頻整流器輸出電纜的接線盒連接起來，不銹鋼編織軟管與電纜之間用聚四氟乙烯支持，且充滿變壓器油，提高絕緣性能。
3.根據(jù)權(quán)利書要求1所述的高頻脈沖原油電脫水裝置，其特征在于電脫水器內(nèi)設(shè)三層平掛式電極，中層電極接地，上下兩層電極接高頻變壓整流器的高壓輸出端。
全文摘要
一種高頻脈沖原油電脫水裝置,由三相電源、整流電路、IGBT變換電路、輔助電路、保護(hù)電路、PWM驅(qū)動電路、高頻變壓器、高頻整流器,和高頻電脫水器組成。其特征在于三相電源經(jīng)整流電路整流進(jìn)IGBT變換電路變換形成高頻脈沖,同時輔助電路提供控制電源至保護(hù)電路,通過PWM驅(qū)動電路來保護(hù)和控制IGBT的輸出脈沖寬度和占空比。再經(jīng)高頻變壓器升壓后至高頻整流器整流后形成高頻高壓脈沖,其脈沖經(jīng)高壓防爆接口及高壓絕緣棒引入高頻電脫水器電極板上,在高頻電脫水器內(nèi)形成高頻脈沖電場。
文檔編號C10G33/02GK1358824SQ0111497
公開日2002年7月17日 申請日期2001年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月25日
發(fā)明者趙忠杰, 張忠良, 王鳳巢, 劉東杰, 張建, 紀(jì)國慶 申請人:中國石化勝利油田有限公司規(guī)劃設(shè)計研究院