專利名稱：：一種組合電極電脫鹽、脫水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及原油預(yù)處理的鹽和水分離技術(shù)，具體地說是一種用于含水油料脫水脫鹽的高效組合電極電脫鹽、脫水器。
背景技術(shù)：
：原油在煉廠加工之前需進(jìn)行預(yù)處理以脫除其所含的鹽和水。原油中的鹽大部分溶于所含的水中，所以脫鹽和脫水是同時(shí)進(jìn)行的。長期以來，國內(nèi)外油田及煉油廠使用的電脫水脫鹽器，主要有兩種類型。一種是采用臥式水平電極，另一種是采用臥式垂直懸掛電極。這兩種形式的電脫水脫鹽器中，油和水的混合物料均是從罐體下部進(jìn)入，上部出油、下部排水，在水滴下降過程中與油發(fā)生混合，影響分離效率。美國專利US4209374公開了一種電脫水脫鹽器，其特征是油水分布器在電極之間，而且用泵強(qiáng)制循環(huán)，避免了物料對(duì)下降的水滴的阻滯作用；但其缺點(diǎn)是有效電場空間較小。中國專利ZL93216713.6(授權(quán)公告號(hào)CN2159533Y)公開了一種靜電油水分離器，其特征是電極為直管、圓錐體和空心圓柱體構(gòu)成的組合電極，電極中心與罐體同心，電場在罐體橫截面上均勻分布，而且中心和罐體均接地。這種結(jié)構(gòu)雖然提高了分離效率，但因其電極為單層，不適合于大直徑的電脫水脫鹽器，處理量受到限制，而且橫截面上電場均勻分布，不夠合理。中國專利ZL93216713.6(授權(quán)公告號(hào)CN2159533Y)公開了一種油水分離器，其電極采用多層環(huán)形，下部與油水界位形成的電場不均勻，水中油的上浮時(shí)間過短，造成排水帶油嚴(yán)重。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種有效電場空間大、罐內(nèi)電場利用率高的電脫水脫鹽器。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種組合電極電脫鹽、脫水器，用于含水油料的脫水、脫鹽，主要包括罐體和設(shè)于其內(nèi)的電極組合件，以及與電極組合件電連接的高壓電引入裝置，沿罐體的軸向由入口端至出口端設(shè)有電極組合件，電極組合件由2層或2層以上電極由內(nèi)向外組合而成，它們支撐固定在罐體的內(nèi)部，并與內(nèi)壁間留有空隙；各層電極的軸心線均位于罐體軸心線之上，任意相鄰兩層電極之間的間距從頂部到底部逐漸增大；電極的橫斷面呈弓形并以罐體的軸線安裝于水油界面與罐體之間，即電極的橫斷面為下部帶有環(huán)缺的圓環(huán)形或橢圓形，電極組合件每相鄰兩層電極之間形成空間為上部環(huán)形空間和下部梯形空間；電極組合件中相鄰兩層電極所形成的組合電場的電場強(qiáng)度從頂部的最大值逐漸減小到底部的最小值。沿罐體的軸向由入口端至出口端設(shè)有2、3或4個(gè)電極組合件，電極組合件由入口端至出口端各電極組合件所形成的環(huán)形電場強(qiáng)度相應(yīng)依次增加；電極組合件由2、3、4或5層電極組成；電極組合件的各層電極為籠形。所述罐體的下端設(shè)置有入口管，在入口管與電極組合件間沿罐體的徑向設(shè)置有分布器，分布器為一開有方孔或圓孔的鋼板；在罐體的另一端上部設(shè)置有出口管；所述分布器開孔位于罐體入口端電極組合件的電極層間中心位置，油水界位以下不開孔。所述電極組合件與高壓電引入裝置的連接有兩種方式；第一種是罐體接地方式，罐體和從一端數(shù)雙數(shù)的電極層以及高壓供電裝置的一個(gè)輸出端均接地；單數(shù)的電極層通過高壓電引入裝置與高壓供電裝置的另一個(gè)輸出端相連；通過引入高壓電和零線，在相鄰兩層電極之間形成環(huán)形電場；所用高壓供電裝置有一個(gè)輸出端，另一端接地；第二種是罐體不接地的連接方式，電極組合件中任意相鄰兩層電極分別與兩個(gè)高壓電引入裝置相連，即每個(gè)電極組合件中從最內(nèi)層電極到最外層電極交替通過高壓電引入裝置與高壓供電裝置的二個(gè)輸出端相連；所用高壓供電裝置有二個(gè)輸出端，從一端數(shù)單數(shù)的電極層通過一個(gè)高壓電引入裝置與高壓供電裝置的一個(gè)輸出端相連，雙數(shù)的電極層通過另一個(gè)高壓電引入裝置與高壓供電裝置的另一個(gè)輸出端相連；通過在各層電極引入不同相位的高壓電，使相鄰兩層電極之間形成上部環(huán)形電場和下部梯形電場。每個(gè)電極組合件所形成的組合電場的電場強(qiáng)度從靠近罐體壁的頂部的300—1500伏/厘米逐漸減小(如20—60伏/厘米減小)到最內(nèi)層電極的底部的200—600伏/厘米；并且從罐體入口端至出口端電極組合件所形成的環(huán)形電場強(qiáng)度相應(yīng)依次增加。所述罐體的底部設(shè)有水包，其數(shù)量及位置根據(jù)油料含水量來確定，可以有一個(gè)或一個(gè)以上，也可以不設(shè)。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.由于電極組合件由至少2層橫截面為弓環(huán)形的電極組成，所以可以形成多層環(huán)形電場(上部)和梯形電場(下部)，能使有效電場的空間增大，且可消除電場死角，使罐內(nèi)電場利用率提高。下部采用梯形電場，使下部電場強(qiáng)度區(qū)域均勻，使水位上移，從而提高了水中油的上浮時(shí)間，降低了水中含油。2.本發(fā)明，油水混合物料在電脫水脫鹽器內(nèi)水平流動(dòng)，電場中下降的水滴沿油料流動(dòng)方向呈水平拋物線軌跡下降，減輕了油料與下降水滴之間的返混效應(yīng)。綜上所述，本發(fā)明電脫水脫鹽器的處理量和分離效率得到提高；處理量和分離效率較現(xiàn)有裝置可提高50—100%，降低了水中含油。在一具體操作過程中，用本發(fā)明裝置處理含水5%(重量)、含鹽25毫克/升的原油，操作溫度110°C。脫水脫鹽后的原油含水量降至0.25%(重量)，含鹽量降至1.2毫克/升。用本發(fā)明單級(jí)電脫鹽裝置可代替現(xiàn)有二級(jí)電脫鹽裝置；同時(shí)在罐體積相同的情況下，處理量較現(xiàn)有裝置可提高60%。本發(fā)明適用于原油、成品油以及人造石油的脫鹽、脫水；可用于原油預(yù)處理，也可用于油品精制。圖1為本發(fā)明電脫水脫鹽器沿軸向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的A—A剖面放大圖。圖3為本發(fā)明鼠籠形結(jié)構(gòu)電極的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明電極組合件與高壓供電裝置以罐體接地方式相連接的示意圖。圖5為本發(fā)明電極組合件與高壓供電裝置以罐體不接地方式相連接的示意圖。圖6為本發(fā)明采用三個(gè)電極組合件的電脫水脫鹽器的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1和圖2所示的本發(fā)明電脫水脫鹽器，主要包括罐體1和設(shè)于其內(nèi)的電極組合件4。罐體1上設(shè)有入口管2、分布器3、水包6、出口管7、高壓電引入裝置5。分布器3位于油水混合物料的入口端，為一開有方孔或圓孔的鋼板。電極組合件4由橫斷面均為圓環(huán)形的第一層電極401、第二層電極402和第三層電極403由內(nèi)向外組合而成，用絕緣支撐及吊掛8固定在罐體1的內(nèi)壁上；絕緣支撐及吊掛8采用聚四氟乙烯棒或陶瓷棒。環(huán)形電極組合件4安裝于油水界面9與罐體1的頂部之間，各層電極的軸心線均位于罐體軸心線之上，由圖2電極組合件及其各層電極的相對(duì)位置及安裝示意圖可以更清楚地看到這一點(diǎn)。各層電極一般采用鼠籠形結(jié)構(gòu)，由支撐圈及鋼管組成(如圖3所示)，油和水可以經(jīng)空隙自由流動(dòng)。第一層電極401在結(jié)構(gòu)尺寸較小時(shí)也可采用圓鋼(鋼管或鋼棒)。說明書三層電極中，任意相鄰兩層電極之間的間距從頂部到底部逐漸增大。例如第一層電極401與第二層電極402在頂部的間距最小，然后沿兩層電極之間的環(huán)形空間逐漸增大，至底部間距達(dá)到最大。第二層電極402和第三層電極403之間的間距的變化與之相同(參見圖2)。由于各層電極采用上述的布置方式，當(dāng)電極組合件4通入高壓電之后，.相鄰兩層電極之間形成的環(huán)形電場的電場強(qiáng)度分布是不均勻的。電場強(qiáng)度隨電極間距的增大而減小。兩層電極頂部間距最小，因此此處的電場強(qiáng)度最大；底部間距最大，此處的電場強(qiáng)度最小。相鄰兩層電極所形成的環(huán)形電場的電場強(qiáng)度由頂部的最大值經(jīng)環(huán)形區(qū)域逐漸降低到底部的最小值。根據(jù)不同工藝條件所要求的頂部和底部的電場強(qiáng)度，電極底部間距可以選擇為上部間距的1.1一10倍。這樣，各環(huán)形電場頂部的電場強(qiáng)度將是底部電場強(qiáng)度的1.1一10倍。應(yīng)根據(jù)具體的操作選取適宜的數(shù)值；一般，較為常用的頂部電場強(qiáng)度為400—1000伏/厘米，底部電場強(qiáng)度為200一400伏/厘米。電極組合件4與高壓供電裝置的連接有兩種方式。第一種是罐體接地方式，如圖4所示。罐體1和第二層電極402以及高壓供電裝置的一個(gè)輸出端均接地；第一層電極401和第三層電極403通過高壓電引入裝置5與高壓供電裝置的另一個(gè)輸出端相連。通過引入高壓電和零線，在相鄰兩層電極之間形成環(huán)形電場。所用高壓供電裝置有一個(gè)輸出端(另一端接地)。第二種是罐體不接地的連接方式，如圖5所示。所用高壓供電裝置有二個(gè)輸出端。第一層電極401和第三層電極403通過一個(gè)高壓電引入裝置5與高壓供電裝置的一個(gè)輸出端相連，第二層電極402通過另一個(gè)高壓電引入裝置5與高壓供電裝置的另一個(gè)輸出端相連。通過在各層電極引入不同相位的高壓電，使相鄰兩層電極之間形成環(huán)形電場(上部)和梯形電場(下部)。罐體不接地的連接方式主要用于海上原油脫水脫鹽，例如用于海上浮式生產(chǎn)裝置。但用海上浮式生產(chǎn)裝置，罐底要另加防浪板。以上兩種連接方式所述的高壓供電裝置可以是高壓變壓器；其輸入端輸入電壓為380伏的交流電，輸出端輸出電壓為13至45千伏的交流電。本實(shí)施例的操作情況是這樣的油水混合物料由入口管2進(jìn)入罐體1，經(jīng)分布器3進(jìn)入電極組合件4，在電極組合件4的環(huán)形電場中脫水脫鹽。在電場中，油水混合物料從入口端至出口端水平流動(dòng)；下降的水滴沿油料流動(dòng)方向呈水平拋物線軌跡下降，經(jīng)各層電極的空隙，沉積于罐體1的底部及水包6內(nèi)，再由水包6排出。脫水脫鹽后的油料經(jīng)由出口管7抽出。由于油料中可能含有固體雜質(zhì)，因此可以在罐體1的底部、電極組合件4的下方設(shè)置水沖洗裝置，不定期地進(jìn)行不停工沖洗，沖洗掉罐體1底部的沉積物。這是現(xiàn)有技術(shù)所常用的。水包6的數(shù)量及位置根據(jù)油料含水量來確定，可以有一個(gè)或多個(gè)，也可以不設(shè)。油料含水量大則多設(shè)水包，含水量小則少設(shè)水包，也可以不設(shè)。以上以三層電極的電極組合件為例對(duì)本發(fā)明作了說明。本發(fā)明，根據(jù)罐體直徑不同，電極組合件4可以設(shè)2層、3層、4層或5層電極。如罐體直徑小于3米可設(shè)2層電極，罐體直徑大于5米可設(shè)5層電極。當(dāng)設(shè)置2層、4層或5層電極時(shí)，電極組合件4的布置以及各層電極與高壓供電裝置的連接與上述三層電極的電極組合件的情況是類同的。本發(fā)明，可沿罐體1的軸向由入口端至出口端布置多個(gè)電極組合件，其數(shù)量主要根據(jù)罐體1的長度加以確定。當(dāng)油料含水量和含鹽量比較高、脫水率和脫鹽率要求比較高，或裝置處理量較大，以及罐體內(nèi)電場強(qiáng)度需要沿軸向增加的情況下，可布置多個(gè)電極組合件。電極組合件一般布置1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)；如圖6所示，布置了3個(gè)電極組合件4。布置多個(gè)電極組合件，各電極組合件電場強(qiáng)度的選取應(yīng)考慮到罐體1內(nèi)各區(qū)域油料含水量的變化。以圖6為例加以說明。油料從入口管2至出口管7，其含水量是逐漸減小的，所以各電極組合件應(yīng)按電場相應(yīng)的電場強(qiáng)度依次增強(qiáng)來設(shè)計(jì)，即后一電極組合件環(huán)形電場頂部的最高電場強(qiáng)度和底部的最低電場強(qiáng)度均高于前一電極組合件。當(dāng)然，每個(gè)電極組合件的電場強(qiáng)度仍然是由頂部至底部逐漸減小的；任意截面上的電場強(qiáng)度仍然是上部強(qiáng)、下部弱。例如，圖6中，左面的第一電極組合件頂部的電場強(qiáng)度為400伏/厘米，底部電場強(qiáng)度為200伏/厘米；中間的第二電極組合件頂部電場強(qiáng)度為600伏/厘米，底部電場強(qiáng)度為300伏/厘米；右面的第三電極組合件頂部電場強(qiáng)度為800伏/厘米，底部電場強(qiáng)度為400伏/厘米。第二、第三電極組合件的頂部電場強(qiáng)度和底部電場強(qiáng)度均高于其各自的前一電極組合件相應(yīng)的頂部電場強(qiáng)度和底部電場強(qiáng)度。沿罐體軸向設(shè)置的各電極組合件的電極直徑和間距可以是不同的。通過改變各電極組合件各層弓環(huán)形電極的直徑和各層電極之間的間距，以及各電極組合件高壓供電裝置的輸出電壓，可使各電極組合件電場相應(yīng)的電場強(qiáng)度依次增強(qiáng)，以獲得罐體內(nèi)各區(qū)域不同含水量的油料脫水脫鹽所適用的電場強(qiáng)度。下面舉例說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)際操作過程。本發(fā)明用于一400萬噸/年原油預(yù)處理裝置上。罐體直徑為3600毫米，長度為17500毫米(桶體)，壁厚為24毫米。采用一個(gè)兩段三層電極的電極組合件，電說明書極頂部間距為350毫米，底部間距為650毫米。三層電極均為籠形結(jié)構(gòu)。每隔一段時(shí)間(2小時(shí))測量一次裝置運(yùn)行情況，共得到5組數(shù)據(jù)。各項(xiàng)工藝參數(shù)值及測量結(jié)果見表1。由表1可見，脫水脫鹽后原油含水量降至o.3%(重量)以下，含鹽量降至3毫克/升以下。處理量390噸/小時(shí)，高壓供電裝置輸出電壓35千伏，操作溫度110°C，頂部電場強(qiáng)度100伏/厘米，底部電場強(qiáng)度450伏/厘米脫前含鹽4-18.8毫克/升，脫后含鹽l.21-3毫克/升，脫后含水小于O.3%(重量)，脫后排水含油小于12ppm(中國石油標(biāo)準(zhǔn)為200ppm)，電耗很低，處理每噸原油實(shí)際電耗僅0.05-0.06kWh/t原油(石油行業(yè)平均電耗在0.5kW'h/t原油)。電脫鹽裝置于2005年2月投用，具體操作條件及效果如下經(jīng)調(diào)試穩(wěn)定后電脫鹽裝置運(yùn)行情況如下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1.一種組合電極電脫鹽、脫水器，用于含水油料的脫水、脫鹽，主要包括罐體(1)和設(shè)于其內(nèi)的電極組合件(4)，以及與電極組合件(4)電連接的高壓電引入裝置(5)，其特征在于沿罐體(1)的軸向由入口端至出口端設(shè)有電極組合件(4)，電極組合件(4)由2層或2層以上電極由內(nèi)向外組合而成，它們支撐固定在罐體(1)的內(nèi)部，并與內(nèi)壁間留有空隙；各層電極的軸心線均位于罐體軸心線之上，任意相鄰兩層電極之間的間距從頂部到底部逐漸增大；電極的橫斷面呈弓形并以罐體(1)的軸線安裝于水油界面(9)與罐體(1)之間，即電極的橫斷面為下部帶有環(huán)缺的圓環(huán)形或橢圓形，電極組合件(4)每相鄰兩層電極之間形成空間為上部環(huán)形空間和下部梯形空間；電極組合件(4)中相鄰兩層電極所形成的組合電場的電場強(qiáng)度從頂部的最大值逐漸減小到底部的最小值。2.按照權(quán)利要求1所述組合電極電脫鹽、脫水器，其特征在于沿罐體(1)的軸向由入口端至出口端設(shè)有2、3或4個(gè)電極組合件(4)，電極組合件(4)由入口端至出口端各電極組合件所形成的環(huán)形電場強(qiáng)度相應(yīng)依次增加；電極組合件(4)由2、3、4或5層電極組成；電極組合件(4)的各層電極為籠形。3.按照權(quán)利要求1所述組合電極電脫鹽、脫水器，其特征在于所述罐體(1)的下端設(shè)置有入口管(2)，在入口管(2)與電極組合件(4)間沿罐體(1)的徑向設(shè)置有分布器(3)，分布器(3)為一開有方孔或圓孔的鋼板；在罐體(1)的另一端上部設(shè)置有出口管(7)。4.按照權(quán)利要求1所述組合電極電脫鹽、脫水器，其特征在于所述分布器(3)開孔位于罐體(1)入口端電極組合件(4)的電極層間中心位置，油水界位以下不開孔。5.按照權(quán)利要求1所述組合電極電脫鹽、脫水器，其特征在于所述電極組合件(4)與高壓電引入裝置(5)的連接有兩種方式；第一種是罐體接地方式，罐體(l)和從一端數(shù)雙數(shù)的電極層以及高壓供電裝置(5)的一個(gè)輸出端均接地；單數(shù)的電極層通過高壓電引入裝置(5)與高壓供電裝置的另一個(gè)輸出端相連；通過引入高壓電和零線，在相鄰兩層電極之間形成環(huán)形電場；所用高壓供電裝置有一個(gè)輸出端，另一端接地;第二種是罐體不接地的連接方式，電極組合件(4)中任意相鄰兩層電極分別與兩個(gè)高壓電引入裝置(5)相連，即每個(gè)電極組合件(4)中從最內(nèi)層電極到最外層電極交替通過高壓電引入裝置(5)與高壓供電裝置的二個(gè)輸出端相連；所用高壓供電裝置有二個(gè)輸出端，從一端數(shù)單數(shù)的電極層通過一個(gè)高壓電引入裝置(5)與高壓供電裝置的一個(gè)輸出端相連，雙數(shù)的電極層通過另一個(gè)高壓電引入裝置(5)與高壓供電裝置的另一個(gè)輸出端相連；通過在各層電極引入不同相位的高壓電，使相鄰兩層電極之間形成上部環(huán)形電場和下部梯形電場。6.按照權(quán)利要求1所述組合電極電脫鹽、脫水器，其特征在于每個(gè)電極組合件(4)所形成的組合電場的電場強(qiáng)度從靠近罐體(1)壁的頂部的300—1500伏/厘米逐漸減小到最內(nèi)層電極的底部的200—600伏/厘米；并且從罐體(1)入口端至出口端電極組合件(4)所形成的環(huán)形電場強(qiáng)度相應(yīng)依次增加。7.按照權(quán)利要求1所述組合電極電脫鹽、脫水器，其特征在于所述罐體(1)的底部設(shè)有水包(6)，其數(shù)量及位置根據(jù)油料含水量來確定，可以有一個(gè)或一個(gè)以上，也可以不設(shè)。全文摘要本發(fā)明公開了一種高效組合電極電脫鹽、脫水器。其電極組合件由至少2層橫斷面呈弓形的組合電極組成，形成多個(gè)組合電場。相鄰兩層電極之間的間距可以從頂部到底部逐漸增大，使上部的環(huán)形電場的電場強(qiáng)度從頂部到底部的電場逐漸減弱。本發(fā)明能使罐內(nèi)有效電場的空間增大，且電場強(qiáng)度的分布能適應(yīng)罐體內(nèi)各區(qū)域?qū)﹄妶鰪?qiáng)度變化的要求。同現(xiàn)有的電脫水鹽器相比，本發(fā)明具有處理量大、分離效率高、界位穩(wěn)定的特點(diǎn)。文檔編號(hào)C10G33/02GK101191076SQ200610134529公開日2008年6月4日申請(qǐng)日期2006年12月6日優(yōu)先權(quán)日2006年12月6日發(fā)明者婁世松,范洪波,趙德智申請(qǐng)人:遼寧石油化工大學(xué)