專利名稱：原油超聲破乳脫水裝置及其破乳脫水方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油原油采、煉行業(yè)中的油水分離技術(shù)，更具體地說，它是一種原
油超聲破乳脫水裝置及其破乳脫水方法。
背景技術(shù)：
從油層中開采出來的原油是一種乳狀液，這種乳狀液中，除含有泥砂等雜質(zhì)外，還 含有相當數(shù)量的水和鹽類物質(zhì)。原油中含有的NaCI、MgCl2、Ca CI2等無機鹽類物質(zhì)，除有 小部分以結(jié)晶態(tài)懸浮在原油中外，絕大部分都溶解在原油中的水微粒內(nèi)，并形成比較穩(wěn)定 的油包水型(W/0)乳狀液。開采原油中含有的泥砂和含鹽溶解水，如果不能分離清除，不僅 會提高采油至煉油之間的運輸成本，增加煉油廠脫水脫鹽負擔，而且會給原油的運輸、儲存 設(shè)施造成嚴重腐蝕。因此，在原油采油-運輸工藝流程中，對原油進行破乳脫水處理，是必 須解決好的重要課題之一。 目前，在世界各國的原油采、煉行業(yè)中，絕大數(shù)生產(chǎn)單位都在采用"電脫"技術(shù)進行 原油脫水、脫鹽處理；為提高油水分離效果，一般還采用添加化學破乳劑的補助措施。這種 "加熱_高壓電場分離_化學破乳劑_沉降分離"的油水分離技術(shù)，雖已經(jīng)得到廣泛應用，也 取得了比較好的效果，但存在的耗電量過高、分離水中含油量居高難降等技術(shù)難題，始終沒 有找到較好的解決辦法；這不僅增加了污染治理的難度和費用，而且還造成了寶貴石油資 源的浪費。特別是應用這種常規(guī)的"電脫"油水分離技術(shù)，對重質(zhì)化、高粘稠、大含硫的特殊 原油，更難達到油水分離的規(guī)定標準。對原油采、煉行業(yè)中的這種油水分離技術(shù)難題，世界 各國的科研人員和原油采、煉企業(yè)，很早以前就開始了研究探討，但在很長時間內(nèi)都未獲得 突破性進展。 隨著超聲波技術(shù)的發(fā)展和成熟，特別是隨著超聲波技術(shù)在食品、醫(yī)藥、農(nóng)產(chǎn)品加工、化 工等行業(yè)的成功應用，為原油采、煉行業(yè)中的油水分離技術(shù)發(fā)展，提供了良好的突破性機遇。
我國在原油采、煉中的破乳脫水作業(yè)，至今仍延用著傳統(tǒng)的"電脫"方法。在上世紀 八十年代中期以前，基本上全部采用"交流原油電脫"技術(shù)；八十年代末期開始，部分發(fā)展改 進成"交_直流原油電脫"新技術(shù)；九十年代后期，又陸續(xù)研制開發(fā)出"高速原油電脫"、"鼠 籠式平流電脫"等先進技術(shù)。但是，隨著我國原油采、煉工業(yè)的深度發(fā)展，特別是隨著重油催 化裂化技術(shù)、臨氫工藝技術(shù)的開發(fā)應用，對原油的油水分離技術(shù)水平提出了更高的要求；而 且隨著原油的資源性日趨重要，對二次、三次采油采出的原油乳狀液、含油污水中的原油回 收、老化廢油的利用等資源性加工也逐漸提到日程。由于這些資源利用型原油的乳狀液結(jié) 構(gòu)、化學成份都比較復雜，采用傳統(tǒng)的"電脫"技術(shù)很達到油水分離標準要求，個別特殊物性 原油甚至會對現(xiàn)有的"電場設(shè)施"造成嚴重破壞。目前，尚未發(fā)現(xiàn)利用"原油超聲破乳脫水 裝置及其破乳脫水方法"在原油采、煉行業(yè)中的油水分離中應用，從而克服上述弊端。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是要克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、消耗電量少、破乳劑用量比例小、油水分離徹底、分離水和沉降泥砂中含油量極低的原油超聲破乳脫 水裝置。 本發(fā)明另一個目的是并提供原油超聲破乳脫水的方法。
本發(fā)明的解決方案基于以下幾個方面 1、確定本了生產(chǎn)制造原油超聲破乳脫水裝置依據(jù)的技術(shù)原理。 油田從油層中開采出來的原油，除含有一定比例的泥砂外，絕大多數(shù)原油中都伴 有相當數(shù)量的水和鹽類物質(zhì)。原油中所含有的NaCI、MgC^、CaC^等鹽類，除有極小一部分 以結(jié)晶狀態(tài)懸浮在原油中外，絕大部分都溶解在原油中的水微粒內(nèi)；這種含鹽水微粒與原 油微粒相互包裹，形成了結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定的原油乳狀液。 超聲波是一種頻率大于可聽范圍的機械振動波，這種機械振動波有極強的穿透能 力，可以引起原油乳狀液中的水微粒和原油微粒一起以極高加速度進入振動狀態(tài)，產(chǎn)生并 傳遞強大能量，發(fā)生位移、碰撞、碎裂、聚結(jié)等結(jié)構(gòu)性變化。 化學破乳劑是一種具有化學活性的有機聚合物，能滲透到原油中的油-水界面， 降低或破壞油_水界面膜的機械強度，提高水微粒和原油微粒各自的分散、溶解能力，促使 原油中的油、水分離。 本發(fā)明原油超聲波乳脫水裝置及其破乳脫水方法，就是應超聲波的特性，借助化 學破乳劑的化學活性作用，協(xié)同配合，破壞原油乳狀液的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，促使原油乳狀液快速發(fā) 生結(jié)構(gòu)性變化，實現(xiàn)原油的高效油、水分離。
據(jù)此，原油超聲破乳脫水裝置及其破乳脫水方法，依據(jù)的技術(shù)原理是
(1)、依據(jù)超聲波的機械振動理論。 超聲波對原油破乳脫水，是依靠超聲波產(chǎn)生的機械振動作用于流體介質(zhì)時，使介 質(zhì)質(zhì)點產(chǎn)生"位移效應"實現(xiàn)的。 超聲波的本質(zhì)特性是一種機械振動波，這種頻率大于可聽范圍的機械振動波，在 油、水等流體介質(zhì)中有極好的傳導性，當這種頻率的超聲波在結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定的原油乳狀液 中傳導時，能引發(fā)介質(zhì)質(zhì)點進行交替的壓縮與伸張，并構(gòu)成質(zhì)點上的壓力變化，這種壓力的 變化，足以引起原油中的微粒進入振動狀態(tài)，同時產(chǎn)生并傳遞強大能量，從而引起原油中的 含水微粒不斷向波腹或波節(jié)進行位移運動，雖然位移距離不大，但與超聲波振動頻率的平 方成正比的加速度卻極大，有時甚至可以超過重力加速度的幾萬倍，如此大的加速度，足以 引發(fā)原油中的含水微粒產(chǎn)生碰撞、破裂、粘合、聚結(jié)等結(jié)構(gòu)性變化，這種變化，就是"位移效 應"。 由于原油乳狀液在超聲波輻射下存在這種"位移效應"，引發(fā)原油中的微粒發(fā)生碰 撞，破裂成水微粒和原油微粒，造成了原油乳狀液的結(jié)構(gòu)徹底破壞。按照"物以類聚，相似互 溶"的基本規(guī)律，水微粒與原油微粒在碰撞中各自分散，各自單獨聚結(jié)；在繼續(xù)碰撞中，水微 粒和原油微粒都陸續(xù)生成直徑較大的水滴和油滴；水滴靠自身的重量大于油滴，在重力作 用下與原油分離沉降；油滴繼續(xù)聚結(jié)，形成新的乳狀液。
(2)、依據(jù)化學破乳劑的微粒界面膜破壞理論。 化學破乳劑對原油的破乳脫水作用，是依靠化學破乳劑對原油中含水微粒的 油-水界面膜破壞實現(xiàn)的。 從油層中開采出來的原油，有油包水(W/0)類型為主的原油乳狀液，但也有水包油(0/W)類型的原油乳狀液；由于長期地質(zhì)成礦的作用，在油、水之間形成一種油-水界面 膜，造成了各類型原油乳狀液的結(jié)構(gòu)都比較穩(wěn)定，如無外力破壞這種油_水界面膜，原油乳 狀液的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)就不能改變，油、水兩種不同物質(zhì)也無法分離。化學破乳劑，是一種人工合 成的具有特殊化學活性的有機聚合物；在原油乳狀液中加入這種極具化學活性的破乳劑， 能滲透到原油的油-水界面，降低或破壞油-水界面膜的機械強度，改變原油乳狀液中的水 微粒和原油微粒的表面張力，提高水微粒和原油微粒各自的分散、溶解能力，最終實現(xiàn)油、 水分離的目標。但單獨使用化學破乳劑，這一過程不僅需要有大劑量的化學破乳劑投加，而 且需要較長時間。 超聲破乳脫水技術(shù)，是借助化學破乳劑具有的優(yōu)異化學活性能力，再通過超聲技 術(shù)的強大高頻機械振動，促使化學破乳劑能迅速與原油乳狀液均勻充分混合，快速進入 油_水界面，徹底破壞油_水界面膜，使原油乳狀液中的水微粒和原油微粒各自都能快速獲 得分散、溶解能力。這種使用化學破乳劑與超聲技術(shù)組合使用、協(xié)同配合的新技術(shù)，能大大 提高原油破乳脫水速度，增加油水徹底分離效果，減少昂貴的化學破乳劑使用劑量。
(3)、依據(jù)超聲波的空化作用理論。 超聲波對原油破乳脫水，是依靠超聲波產(chǎn)生的空化作用，擊破原油乳狀液穩(wěn)定結(jié) 構(gòu)實現(xiàn)的。 超聲波在原油乳狀液傳導過程中，存在著一個正、負壓強交變周期，在正相位時， 能對原油乳狀液產(chǎn)生擠壓，增加原油乳狀液原有的密度，在負相位時，又能使原油乳狀液產(chǎn) 生稀疏、離散，密度減??；這種正、負壓強交變，就導致在原油乳狀液內(nèi)有微小氣泡的形成、 增長或崩裂、湮滅。微小氣泡在生長-湮滅過程中，吸收的聲能會在極短的時間內(nèi)，在極小 的空間中釋出來，可以產(chǎn)生幾千度的高溫和上萬個大氣壓強，形成強大的沖擊波和微聲流， 這種現(xiàn)象，就是空化作用。由于超聲波的空化作用存在，強大的沖擊波和微聲流，足以擊破 油-水界面膜，并擊碎原油中的油包水或水包油微粒結(jié)構(gòu)，增加水微粒、原油微粒各自分 散、碰撞、溶解、聚結(jié)的機率，從而大大提高原油破乳脫水實現(xiàn)油水分離的速度和效率。另 外，由于超聲波的空化作用存在，能使微小氣泡湮滅時釋放出熱能，也能使微粒因被破碎磨 擦而產(chǎn)生熱能；這些熱能可以提高原油乳狀液的溫度、降低粘度，有利于水微粒的碰撞、聚 集和重力沉降，從而也能大大提高原油破乳脫水實現(xiàn)油、水分離的速度和效率。
2、自動跟蹤調(diào)控功能的超聲波發(fā)生器 本發(fā)明的超聲波發(fā)生器，是一種能產(chǎn)生并向超聲波換能器提供大功率超聲能量的 功率超聲裝置，同時具有實時自動跟蹤顯示、控制調(diào)整各項運行作業(yè)參數(shù)功能的自動化控 制作業(yè)部件。
(1)超聲波發(fā)生器的整體結(jié)構(gòu)布置設(shè)計。 根據(jù)"原油超聲破乳脫水裝置"技術(shù)要求，所述的超生波發(fā)生器，由人機交互數(shù)字 顯示器、AVR高速嵌入式單片機、數(shù)字合成模塊、信號驅(qū)動模塊、功率放大模塊、匹配網(wǎng)絡(luò)模 塊、發(fā)生器殼體等主要工作部件組成。 超聲波發(fā)生器，以AVR高速嵌入式單片機做為現(xiàn)場CPU，通過單片機的底板總線系 統(tǒng)設(shè)有的標準插槽或插座，分別與內(nèi)部各工作部件模塊相連通；與分別布置在管線、油水分 離罐中的功能傳感器、在線分析儀等相連通；與分別控制原油進出、分離水排出、沉淀泥砂 排出、破乳劑溶解液添加、分散攪拌器、電加熱器、超聲波換能器冷卻器等裝置的電磁開關(guān)、閥門、電動機相連接，與PLC連接通訊，并通過PLC指揮控制"原油超聲破乳脫水裝置"的全 部工作程序。 超聲波發(fā)生器，對上述組成發(fā)生器的所有各工作部件均采用集成技術(shù)，將構(gòu)成各 工作部件的各種獨立元器件、配套電路，全部集成到單獨模塊上；各單獨模塊均采用印刷線 路技術(shù)，嵌入所有獨立元器件；各單獨模塊均設(shè)計有標準插板，通過單片機底板總線系統(tǒng)與 現(xiàn)場CPU連通。 超聲波發(fā)生器，將所有各工作部件統(tǒng)一安裝布置在長方形不銹鋼板制成的控制櫃 內(nèi)，通過導線與PLC、油水分離罐的總接線控制盒相連接，控制櫃單獨安裝在油水分離罐附 近的合適位置上。
(2)超聲波發(fā)生器解決了關(guān)鍵技術(shù)問題。 A、每個油田的不同采區(qū)，同一采區(qū)的不同油井，甚至同一油井的不同油層或不同 采次，開采出來的原油乳狀液都有各不相同的物性參數(shù)值。"原油超聲破乳脫水裝置"，首先 要求必須能對各種類型不同物性的原油乳狀液，都能進行有效的超聲破乳脫水處理作業(yè)。
超聲破乳脫水效果，主要取決于超聲波產(chǎn)生的"位移效應"；代表超聲波特性的聲 強、頻率等特性參數(shù)值，都能對"位移效應"產(chǎn)生直接影響。要實現(xiàn)對各種類型不同物性原 油乳狀液都能進行有效的超聲破乳脫水，必須產(chǎn)生不同的超聲波"位移效應"；而只有產(chǎn)生 代表超聲波特性的不同聲強、頻率等特性參數(shù)值，才能產(chǎn)生不同的超聲波"位移效應"。因 此，設(shè)置超聲波發(fā)生器，首先解決了能產(chǎn)生一定區(qū)間范圍的聲強、頻率等代表超聲波特性的 參數(shù)值，并能根據(jù)各種類型原油乳狀液的不同特性參數(shù)，自動選擇產(chǎn)生出不同超聲波特性 參數(shù)。 提供頻率可選擇的20KHz， 34KHz ;21KHz， 36KHz ;22KHz， 38KHz三種組合；聲強可在 1. 2 1. 8W/cm2之間選擇變化的超聲波特性參數(shù)值。通過這種不同的高_低頻率、不同聲 強的自動選擇組合，匹配協(xié)調(diào)作業(yè)，就能以不同的振幅，激勵不同物性的原油乳狀液微粒產(chǎn) 生不同"位移效應"，從而實現(xiàn)對各種類型不同物性原油乳狀液，都能進行有效的超聲破乳 脫水處理作業(yè)，本發(fā)明"原油超聲破乳脫水裝置"，具有較廣泛的適應能力和較好的破乳脫 水油水分離效果。 B、影響超聲破乳脫水效果的因素，不僅僅是代表超聲波特性的聲強、頻率等特性 參數(shù)數(shù)值，超聲波的輻射時間、脈沖寬度，原油沉降時間、加熱溫度、混合攪拌速度，破乳劑 使用比率等運行參數(shù)，也會直接影響超聲破乳脫水效果。 原油乳狀液具有不同的含水率、不同性質(zhì)的鹽類物質(zhì)，粘度、密度也各不相同；因 油水分離容器大小不同，原油乳狀液的流量、積量也不會相同。為達到最佳超聲破乳脫水效 果，所有能影響超聲破乳脫水效果的運行參數(shù)，都應該隨原油乳狀液的物性指標、數(shù)量指標 的變化而實時調(diào)整。為此，超聲波發(fā)生器，解決了能實時自動跟蹤顯示、控制調(diào)整各項運行 參數(shù)的技術(shù)難題。 原油超聲破乳脫水裝置及其破乳脫水方法，充分利用了自動化控制技術(shù)，鎖相式 頻率自動跟蹤、信號采樣編碼傳輸?shù)刃畔⒎答佅到y(tǒng)；預設(shè)處理方案組配、分析對比系統(tǒng)；同 時設(shè)置了人機交互數(shù)字顯示器，采用AVR高速嵌入式單片機作為現(xiàn)場CPU、通過PLC控制超 聲波發(fā)生器的全部工作等技術(shù)措施，從而實現(xiàn)了對參數(shù)設(shè)置、信息反饋、狀態(tài)監(jiān)測的實時自 動跟蹤顯示、控制調(diào)整，確保本發(fā)明的原油超聲破乳脫水裝置及其破乳脫水方法，對各種類型不同物性原油乳狀液的處理都能達到最佳油水分離效果。原油超聲破乳脫水裝置及其破
乳脫水方法，考慮了超聲波發(fā)生器的工作環(huán)境特點，提出超聲波發(fā)生器時，采取了對所有工
作部件都進行集成模塊式組裝方式，所有工作部件都通過單片機底板總線系統(tǒng)的標準插槽
或插座進行安裝連接。另外，超聲波發(fā)生器時，還特別強化了過壓保護、過流保護、負載開路
短路保護、激勵信號誤觸保護等防范措施；同時，還設(shè)計有異常信號觸發(fā)、作業(yè)故障識別、功
能參數(shù)定位限制、調(diào)整補償機制等報警系統(tǒng)。
(3)超聲波發(fā)生器的運行技術(shù)路線描述 A、接通電源，啟動"原油超聲破乳脫水裝置"進入運行狀態(tài)。 B、通過超聲波發(fā)生器的人機交互數(shù)字顯示器，檢查驗證所有工作部件都處于正常 工作狀態(tài)，并有相關(guān)數(shù)字信息陸續(xù)開始顯示。 C、通過原油在線分析儀，將測得的原油乳狀液流量、含水率、各種鹽類物質(zhì)的成份 及含量、密度、溫度等物性指標數(shù)據(jù)，實時準確完整送到數(shù)字合成模塊，并在顯示器屏幕上 顯示。 D、通過數(shù)字合成模塊，將接收到的原油物性數(shù)據(jù)與預設(shè)處置方案組配數(shù)據(jù)，通過 分析對比系統(tǒng)的數(shù)學邏輯模型電路，進行自動比對、計算，選擇確定出對原油進行超聲破乳 脫水處理作業(yè)的頻率、聲強、脈沖寬度等特性參數(shù)和沉降時間、加熱溫度、分散攪拌速度、破 乳劑加入數(shù)量等運行參數(shù)，傳送到信號驅(qū)動模塊。與此同時，信號驅(qū)動模塊的鎖相式頻率自 動跟蹤、信號采樣編碼傳輸?shù)刃畔⒎答佅到y(tǒng)，將實時跟蹤采集的各項特性參數(shù)、運行參數(shù)具 體數(shù)據(jù)，實時準確完整送回數(shù)字合成模塊。在數(shù)字合成模塊內(nèi)， 對已經(jīng)選擇確定的具體數(shù)據(jù)，再次進行比對、計算、修正，并將修正結(jié)果在顯示器 屏幕上顯示。 E、在現(xiàn)場CPU內(nèi)，能過單片機控制，將修正后的結(jié)果數(shù)據(jù)，傳送到信號驅(qū)動模塊 中。 F、通過以信號驅(qū)動模塊，將系統(tǒng)需要的頻率信號，傳送到以開關(guān)型功率放大器為 核心的功率放大模塊中，形成超聲波換能器需要的超聲電能。 G、通過以匹配換能網(wǎng)絡(luò)電路為核心的匹配網(wǎng)絡(luò)模塊，將超聲波換能器需要的超聲 電能傳送到超聲波換能器中，并轉(zhuǎn)換成超聲波能。 H、通過現(xiàn)場CPU單片機，將經(jīng)過對比修正后的運行參數(shù)數(shù)據(jù)，分別傳送到相應的
電機、閥門、電磁開關(guān)，指令其按運行參數(shù)進行開啟或關(guān)閉。 3、原油乳狀液進行有效超聲破乳脫水作業(yè)的超聲波換能器。 超聲波換能器，是一種能把電能轉(zhuǎn)換成聲能，產(chǎn)生超聲波特有的機械振動、空化作
用，對原油乳狀液進行有效超聲破乳脫水處理作業(yè)的功能性部件。
(1)超聲波換能器的整體結(jié)構(gòu)布置設(shè)計。 本發(fā)明原油超聲破乳脫水裝置，應用ANSYS、 ANSFT等先進科學的軟件工具，提出 的超聲波換能器。 所述的超聲波換能器，由聚能輻射棒、安裝基座、外殼、微調(diào)套筒、預應力套筒、振 子晶堆、后振動體、吸收塊、聲反饋晶片、節(jié)點支座、后端蓋、冷卻氣進口、電極引線等主要工 作部件組成。 超聲波換能器，由電聲轉(zhuǎn)換部分和聚能輻射棒兩部分組成，所有電-聲轉(zhuǎn)換零部
12件都組裝在圓柱形外殼內(nèi)，通過預應力套筒與前負載塊即聚能輻射棒連接，通過導線連接 到油水分離器的總接線控制盒上，再與超聲波發(fā)生器連接，通過冷卻氣進口，與冷卻器連 接，超聲波換能器通過安裝基座，安裝固定在油水分離罐內(nèi)，以安裝基座為分界面，聚能輻 射棒以浸沒形式布置在原油乳狀液內(nèi)，電聲轉(zhuǎn)換部分布置在原油乳狀液的液面以上。
(2)超聲波換能器的參數(shù)選擇設(shè)計。 超聲波換能器產(chǎn)生的頻率、聲強等代表超聲波特性的運行參數(shù)，能直接影響原油
破乳脫水效果，也是設(shè)計超聲波換能器、換能器振子晶堆等關(guān)鍵部件的計算依據(jù)。 A、超聲波頻率的選擇設(shè)計。 超聲波在液體媒質(zhì)中傳導時，在其他條件不變的前提下，聲強隨傳播距離的增加 而逐漸衰減；衰減的速度和程度，與超聲波的頻率平方成正比。據(jù)此可知，超聲波頻率是影 響原油破乳脫水的關(guān)鍵因素之一。 依據(jù)聲強衰減關(guān)系理論推知超聲波的頻率越低，衰減的速度越慢，衰減的程度越 小，破乳聲場越均勻。選擇設(shè)計相對較低頻率范圍，可提高原油乳狀液中所有物質(zhì)微粒的位 移振幅，有利原油中水微粒的運動、碰撞、聚結(jié)、沉降，有利提高破乳脫水效果和超聲波頻率 應選擇的范圍。 原油超聲破乳脫水裝置，依據(jù)對各種類型不同物性原油乳狀液都能實現(xiàn)有效超聲 破乳脫水的基本要求，選擇設(shè)計出在較低超聲頻率范圍內(nèi)，提供出20KHz，34KHz ;21KHz， 36KHz ;22KHz， 38KHz等三種不同高_低頻率組合的超聲波頻率參數(shù)。
B、超聲波聲強的選擇設(shè)計 聲強是表述超聲波在傳導方向上每平方厘米每秒所傳送的能量；聲強與傳導媒質(zhì) 的密度、在媒質(zhì)中的聲速、激發(fā)媒質(zhì)質(zhì)點振動位移的振幅、超聲波的頻率都有關(guān)連，在其他 條件不變的前提下，聲強與媒質(zhì)質(zhì)點振動位移振幅的平方成正比。據(jù)此，超聲波聲強是影響 原油破乳脫水的關(guān)鍵因素之一。 聲強是決定原油乳狀液中微粒位移振幅的關(guān)鍵核心因素，在超聲波聲強能量的作 用下，原油乳狀液中所有物質(zhì)微粒都會因發(fā)生位移振幅而產(chǎn)生"位移效應"；當超聲波聲強 達到一定量級以后，原油乳狀液中原有的油包水(W/0)或水包油(0/W)結(jié)構(gòu)就會發(fā)生破裂， 超聲波的聲強越大，原油乳狀液原有結(jié)構(gòu)微粒的破裂也越多；其中的水微粒，位移振幅也越 大，碰撞、粘合的機率也越多，水微粒通過不斷碰撞粘合，逐漸凝聚成直徑較大的水滴；水滴 靠自身重力沉降與油分離。 但是，在原油超聲破乳脫水技術(shù)中，并不是超聲波聲強越大，脫水率越高，當超聲 波聲強超過一定量級以后，在大能量聲強作用下，原油乳狀液中所有物質(zhì)微粒的"位移效 應"都會大幅度提高，已經(jīng)凝聚成大直徑的水滴也會被擊碎分散，重新碎裂成水微粒；同時 也使水微粒的運動速度加快，與周圍的原油微粒碰撞力增大，碰撞增多，并會重新組成新的 更穩(wěn)定的油水結(jié)構(gòu)，形成新乳狀液，反而會使脫水效果大大下降。超聲波聲強應選擇的范 圍，據(jù)此，選擇設(shè)計出可在1. 2 1. 8W/cm2之間，進行自動選擇的超聲波聲強參數(shù)。
C、超聲波輻射時間的選擇設(shè)計 在超聲波一定頻率、聲強的作用下，原油乳狀液中的所有物質(zhì)微粒都會產(chǎn)生"位移 效應"；由于"位移效應"存在，水微粒經(jīng)過分裂、碰撞、粘合、凝聚，直至形成水滴與原油分 離，這需要一個過程，完成這個過程，就是超聲波輻射時間。因此，輻射時間也是影響超聲原油破乳脫水的關(guān)鍵因素之一。 但是，在超聲破乳脫水技術(shù)中，并非超聲輻射時間越長越好，實際上，超聲破乳和超聲乳化是一個動態(tài)平衡過程，需要一定時間，就是超聲破乳所必須的過程時間；達不到這個時間，原油中水微粒不能完成分離、凝聚，超聲破乳脫水就不能徹底，油水分離效果不好，已經(jīng)達到超聲破乳所必須的過程時間以后，如果繼續(xù)進行超聲輻射，對油水分離效果的影響已變得很??；只能增加能源消耗，而且，超聲輻射時間過長，超出一定的時間范圍，就有可能將已經(jīng)分離、凝聚的水滴重新?lián)羲榉稚ⅲ匦庐a(chǎn)生油水兩相乳化，形成更加穩(wěn)定的乳狀液新結(jié)構(gòu)。超聲波輻射時間應選擇的范圍，據(jù)此，選擇設(shè)計出可在15 20min之間，進行自動選擇的超聲波輻射時間參數(shù)。
(3)、超聲波換能器的主要技術(shù)設(shè)計安排 A、振子晶堆由壓電稀土陶瓷晶片、厚銅電極板、薄銅電極片、電極導線，通過環(huán)氧膠合組成；壓電稀土陶瓷晶片的數(shù)量、直徑、厚度、孔徑等形狀尺寸，根據(jù)超聲破乳脫水需要的頻率、功率等條件計算選定。厚銅電極板，薄銅電極片的數(shù)量及形狀尺寸，根據(jù)壓電稀土陶瓷晶片的數(shù)據(jù)匹配設(shè)計。振子晶堆與前負載塊即聚能輻射棒，以平面全接觸方式連接。前負載塊通過螺紋與預應力套筒、微調(diào)套筒連接，并作為固定機構(gòu)。振子晶堆與后負載塊也以平面全接觸方式連接，后負載塊中鋃有吸收塊和聲反饋晶片，形成聲、電信息反饋。
B、因壓電稀土陶瓷晶片的抗壓強度有限，在振子晶堆外，設(shè)計有預應力套筒、微調(diào)套筒、前后負載塊等調(diào)控機構(gòu)，通過調(diào)整預應力套筒，改變前后負載塊的間距，就能對振子晶堆施加足夠預應力，也可以控制晶片預應力大??；在換能器作大動率振動時，壓電效應始終能被控制在設(shè)計的變化范圍內(nèi)，確保振子晶堆不被破壞。 C、因壓電稀土陶瓷晶片是由鐵電材料經(jīng)磨細、燒結(jié)、極化制成，在大電場、高功率條件下，會產(chǎn)生大量熱能。如不采取有效措施，晶片溫度將不斷升高；當晶片溫度達到其居里溫度的一半時，就會使換能器處于嚴重不穩(wěn)定狀態(tài)。為此，振子晶堆設(shè)計了厚銅電極板，有利于散熱；同時，在超聲油水分離罐外，設(shè)計安裝有小型冷卻器，通過冷卻氣進口送入冷卻氣體，可以確保晶片獲得良好的散熱條件。 D、聚能輻射棒，是超聲波換能器中的重要工作部件，是向原油乳狀液中輻射超聲波的功率源，也是功率超聲振幅的機械放大源；同時，還能使超聲波換能器的電-聲轉(zhuǎn)換部件與作用媒質(zhì)這之間，獲得熱學、化學上的隔絕。根據(jù)原油超聲破乳脫水特點，為增加振幅放大系數(shù)，選擇設(shè)計成復合式聚能輻射棒；同時考慮到聚能輻射棒不僅要長期浸沒在原油乳狀液中工作，而且還要輻射大功率、高振幅，為此選擇具有較大疲勞強度、較小聲阻抗特性、而且耐腐蝕的鈦合金材料制造。考慮到開發(fā)研制的超聲波換能器，需要聚能輻射棒能提供盡可能大的振幅放大系數(shù)，聚能輻射棒設(shè)計成微齒形變截面形狀，既能提高振輻放大系數(shù)，又能增大輻射面積，提高電_聲轉(zhuǎn)換效率。 E、本發(fā)明原油超聲破乳脫水裝置的生產(chǎn)效率，在油水分離罐內(nèi)，設(shè)計安裝布置3臺超聲波換能器，平面布置位置，在同心園120°分界線上，按超聲波換能器有效輻射面積可以重疊，不留盲區(qū)的原則布置，垂直位置以安裝基座為分界面，超聲波換能器的聚能輻射棒以浸沒形式布置在原油乳狀液內(nèi)，超聲波換能器的電-聲轉(zhuǎn)換部分布置在原油乳狀液的液面以上，這種安裝布置形式，能使聚能輻射棒在360。方向內(nèi)，均勻向四周輻射超聲波，實現(xiàn)輻射無盲區(qū)，有利于確保超聲破乳脫水作業(yè)質(zhì)量。
4、以超聲破乳技術(shù)為主協(xié)調(diào)應用化學破乳、機械分散技術(shù)的油水分離罐。原油油水分離罐，是油田采油場必需配置的專用設(shè)施。我國所有油田采油場，無一例外都在應用"加熱——高壓電場——沉降"的電脫技術(shù)，這種"電脫"技術(shù)，存在著工藝復雜，耗電量高，化學破乳化劑使用量大，分離污水中含油量高等嚴重弊端。 本發(fā)明的"原油超聲破乳脫水裝置及其破乳脫水方法"，也配有油水分離罐，油水分離罐，是協(xié)調(diào)應用超聲、化學、機械破乳技術(shù)，完成對各種類型不同物性原油乳狀液進行破乳脫水處理作業(yè)的專用設(shè)施，是應用安裝功率超聲、化學破乳、機械分散等破乳脫水專業(yè)技術(shù)裝備的載體，是實現(xiàn)原油乳狀液油水分離的作業(yè)場地。
(1)油水分離罐的整體結(jié)構(gòu)布置設(shè)計。 本發(fā)明的原油超聲破乳脫水裝置及其破乳脫水方法，提出的油水分離罐整體結(jié)構(gòu)布置。所述的油水分離罐，由罐體支座、泥砂沉淀池、分離水排除口、分離水儲存區(qū)、泥砂隔離柵、泥砂清除器、分離泥砂沉降區(qū)、分離油水混合區(qū)、脫水原油排出口、電加熱器、高速分散攪拌器、罐體、罐體保溫層、換能器安裝支架、冷卻器、余氣分散區(qū)、余氣排出口、罐蓋、破乳劑加注器、原油在線分析儀器儀、原油進油口 、連接法蘭盤、超聲波換能器、原油破乳脫水區(qū)、沉降泥沙排除口、總接線控制盒、導線束、超聲波發(fā)生器、等主要工作部件組成。
(2)油水分離罐體的主要技術(shù)設(shè)計安排。 A、根據(jù)超聲油水分離作業(yè)需要，油水分離罐整體設(shè)計成圓柱體罐形；分成罐體和罐蓋兩部分，用法蘭盤連接固定；罐體通過支座與設(shè)備基礎(chǔ)連接固定。在罐體內(nèi)，根據(jù)作業(yè)功能不同，自上而下劃分成余氣分散區(qū)，破乳脫水作業(yè)區(qū)、分離油水混合區(qū)、分離泥砂沉降區(qū)、分離水沉降儲存區(qū)等五個作業(yè)功能區(qū)；由泥砂隔離柵，將分離水沉降儲存區(qū)與其他作業(yè)區(qū)分隔；為去除分離水中夾帶的泥砂，在分離水沉降儲存區(qū)內(nèi)，也設(shè)有泥砂沉淀池。
B、根據(jù)油水分離作業(yè)需要，設(shè)計布置安裝三超聲波換能器。布置安裝方式設(shè)計成在油水分離罐的同心園120°分界線上，按超聲波聚能輻射棒有效輻射面積可重疊、無盲區(qū)原則布置；以原油乳狀液在油水分離罐內(nèi)的最高界面為基準，在罐體內(nèi)壁上布置安裝換能器安裝支架，通過換能器安裝支架，與換能器安裝基痤連接固定；換能器的電-聲轉(zhuǎn)換部分，布置在原油乳狀液液面以上，換能器的聚能輻射棒以全浸沒形式布置在原油乳狀液內(nèi)。
C、為保證超聲波換能器中振子晶堆的恰當工作溫度，在罐蓋外壁上設(shè)計安裝有高壓冷卻器，通過冷卻通風管與換能器的冷卻氣進氣口連接。 D、為降低原油粘度，提高破乳脫水效率，原油乳狀液應始終保持50°C 7(TC的溫度范圍內(nèi)接受破乳脫水處理，在罐體外壁設(shè)計安裝有保溫層；在原油破乳脫水作業(yè)區(qū)，安裝有電加熱器和溫度傳感器。 E、為提高對原油乳狀液的破乳分散能力，在原油進入油水分離罐的進油管道上，安裝有原油物性成份在線自動分析儀，實時監(jiān)測原油的密度、粘度、含水量、化學成分含量等物性指標數(shù)據(jù)，并能實時將測得的指標數(shù)據(jù)傳輸至超聲波發(fā)生器的現(xiàn)場CPU內(nèi)，同時還在原油進入油水分離罐的進油管道上，裝有化學破乳劑溶液加注器，能根據(jù)超聲波發(fā)生器給出時指令，按原油流量以設(shè)計的比例濃度向原油乳狀液中加注破乳劑，同時，為進一步增強對原油乳狀液破乳脫水能力，提高油水分離效率，在油水分離罐內(nèi)的不同高度位置，以不同傾斜角度，安裝有兩臺葉片式高速分散攪拌器；能在對原油乳狀液進行超聲破乳作業(yè)的同時，對原油乳狀液進行高速分散攪拌，用以提高原油乳狀液的流動性和分散能力，增強原油破乳脫水效果。 F、在分離泥砂沉淀區(qū)，安裝有螺旋式泥砂清除器，當泥砂中的含油經(jīng)幾次攪動分
散，破乳脫水分離后，由泥砂清除器及時清除，從泥砂排出口排出。原油乳狀液經(jīng)破乳脫水處理后分離出來的分離水，經(jīng)分離油水混合區(qū)和分離泥砂沉淀區(qū)的吸納、過濾，進入分離水
沉降儲存區(qū)；在此過程中，雖有設(shè)計安裝的泥砂隔離柵，但仍會有微細泥砂隨分離水進入；為此，在分離水沉降儲存區(qū)設(shè)計有泥砂滑降板、泥砂沉淀池、泥砂排出口，可定時排除沉積泥砂。 G、根據(jù)超聲破乳脫水作業(yè)需要，在油水分離罐內(nèi)的相應位置上，設(shè)計布置有傳感器、液面指示儀、油水在線分析儀等數(shù)據(jù)監(jiān)測儀器儀表；同時還設(shè)計布置有控制油水分離罐各工作部件運行的電機、閥門、開關(guān)等電器元件。為實現(xiàn)自動化在線控制，所有導線、數(shù)據(jù)線，均統(tǒng)一接入設(shè)計安裝在罐體外部的總接線控制盒內(nèi)；通過導線束與超聲波發(fā)生器連接。
(3)油水分離罐的運行技術(shù)路線描述。 A、接通電源，檢查所有工作部件均在正常狀態(tài)后，由超聲波發(fā)生器指令啟動輸油泵，向油水分離罐加注原油乳狀液。 B、原油在線分析儀工作，實時測出原油各項物性指標；并將測到的原油密度、粘度、含水量、含鹽量和化學成份數(shù)量等物性指標數(shù)值，傳輸進超聲波發(fā)生器的現(xiàn)場CPU內(nèi)，同時在顯示器屏幕上顯示。 C、在超聲波發(fā)生器內(nèi)，根據(jù)接收的原油物性指標數(shù)據(jù)，通過與預設(shè)處理方案組配進行分析對比，經(jīng)過數(shù)學邏輯模型電路自動分析計算，選擇確定出超聲波的頻率、聲強、脈沖寬度、輻射時間等超聲波作業(yè)特性參數(shù)，實時將作業(yè)指令轉(zhuǎn)輸?shù)匠暡〒Q能器內(nèi)，并在顯示屏幕上顯示，同時，將選擇確定的破乳劑溶液加注量、冷卻氣通入量、加熱器加熱溫度及時間、高速分散攪拌器轉(zhuǎn)速及時間等作業(yè)運行指令參數(shù)，實時傳輸?shù)较嚓P(guān)運行部件的執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行，并在顯示器屏幕上顯示。 D、超聲波換能器的各運行部件，按超聲波發(fā)生器的指令開始運行。 E、與此同時，超聲波發(fā)生器的自動跟蹤和信號采集系統(tǒng)啟動；安裝設(shè)置在油水分
離罐內(nèi)相應位置上的各動能傳感器、油水液面指示儀、油水指標在線分析儀等監(jiān)測儀表也
開始工作。實時將收集到的各種信息、數(shù)據(jù)等傳輸?shù)匠暡òl(fā)生器的現(xiàn)場CPU內(nèi)。在超聲
波發(fā)聲器內(nèi)，按C項描述的作業(yè)程序?qū)崟r進行控制調(diào)整，并在顯示器屏幕上顯示。 F、超聲波發(fā)生器，根據(jù)設(shè)定的輻射時間和收到的監(jiān)測信息，經(jīng)自動對比計算，斷定
并指令所有運行部件停止運行，進入沉降時間。 G、超聲波發(fā)生器，根據(jù)各作業(yè)區(qū)設(shè)置的油水液面指示儀和油水在線分析儀實時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，分別指令先后打開脫水原油排出閥門和分離水排出閥門，先后排出脫水原油和分離水；然后再指令打開分離泥砂排出閥門，啟動泥砂清除器，排出部分分離沉降泥砂。
H、超聲波發(fā)生器，指令啟動輸油泵向油水分離罐加注需要處理的原油乳狀液，進入下一輪次的原油破乳脫水作業(yè)循環(huán)。 5、以超聲破乳技術(shù)為主綜合協(xié)調(diào)應用多種破乳技術(shù)進行超聲破乳脫水作業(yè)的技術(shù)路線。 原油超聲破乳脫水技術(shù)是一種以超聲破乳技術(shù)為主，能綜合協(xié)調(diào)應用多種破乳技術(shù)，共同對各種類型不同物性原油乳狀液進行超聲破乳脫水作業(yè)的完整技術(shù)路線。
本發(fā)明提出的原油超聲破乳脫水作業(yè)技術(shù)路線，由原油物性分析、功率驅(qū)動控制、 電/聲轉(zhuǎn)換輻射、破乳脫水作業(yè)等四具體作業(yè)工部組成。 各作業(yè)工部設(shè)置的理由目的，應用的技術(shù)裝備，承擔的主要工藝內(nèi)容，執(zhí)行的具體 參數(shù)，實現(xiàn)的作業(yè)目標等具體內(nèi)容，分別描述如下
(1)、原油物性分析工部 A、首先安排布置有原油物性分析工部；目的是為進行超聲破乳脫水作業(yè)，科學選 擇確定出的具體超聲特性參數(shù)、作業(yè)運行參數(shù)，提供科學依據(jù)。 B、原油物性分析工部的作業(yè)任務，主要由配置的有多種監(jiān)測儀器儀表組成的"原 油在線分析儀"完成。 C、原油物性分析工部承擔的主要工藝內(nèi)容有 ——對需要進行超聲破乳脫水處理的原油乳狀液，進行物性指標數(shù)據(jù)檢測分析； 檢測分析的物性指標包括溫度、粘度、含水率、泥砂率、乳狀液類型及NaCI、MgCI2、CaCI2等 鹽類物質(zhì)含量等指標。 ——除首次處理不同物性原油必須進行檢測分析外，檢測分析的數(shù)量基數(shù)，時間 間隔，均根據(jù)國家規(guī)定的抽樣辦法進行檢測。 ——將規(guī)定檢測分析的所有物性指標數(shù)值，實時傳輸進超聲波發(fā)生器的現(xiàn)場CPU 內(nèi)，做為選擇超聲波特性參數(shù)和作業(yè)運行參數(shù)的基礎(chǔ)依據(jù)。 ——完成原油物性指標分析后，根據(jù)功率驅(qū)動控制工部的指令，啟動輸油泵，向油
水分離罐加注原油乳狀液。
(2)、功率驅(qū)動控制工部 A、原油超聲破乳脫水技術(shù)的基礎(chǔ)條件是必須具有一種能產(chǎn)生并能向超聲波換能 器提供大功率能量的功率超聲發(fā)生裝置；同時要求具有實時自動跟蹤、采樣、控制、調(diào)整、顯 示各種作業(yè)參數(shù)的功能。據(jù)此，原油超聲破乳脫水作業(yè)技術(shù)路線時，安排布置有功率驅(qū)動控 制工部；目的是為進行超聲破乳脫水作業(yè)提供大功率超聲功率源，同時實現(xiàn)原油超聲破乳 脫水作業(yè)全過程在線自動控制。 B、功率驅(qū)動控制工部的作業(yè)任務，主要由配置的"超聲波發(fā)生器"完成。
C、功率驅(qū)動控制工部承擔的主要工藝內(nèi)容有 ——接收原油在線分析儀傳輸?shù)脑腿闋钜簻囟取⒚芏?、粘度、含水率、泥砂率、?狀液類型及NaCI、 MgCI2、 CaCI2鹽類物質(zhì)含量等物性指標數(shù)值，并在顯示器屏幕上顯示。
—接收并顯示原油乳狀液物性指標后，下達向油水分離罐進行輸油指令。
——通過數(shù)字合成模塊，將接收到的原油乳狀液物性指標數(shù)值，實時與存儲的預 設(shè)處理方案組配進行自動對比分析，經(jīng)設(shè)有的數(shù)學邏輯模型電路自動分析計算，選擇確定 出對該批原油乳狀液進行超聲破乳脫水處理應采用的超聲波頻率、聲強、輻射時間、脈沖寬 度等超聲波特性參數(shù)；同時選擇確定出破乳劑溶解液加注量、冷卻氣通入時間及數(shù)量、高速 分散攪拌器轉(zhuǎn)速、加熱溫度及時間等運行作為參數(shù)；并將選擇確定的這些參數(shù)實時傳輸?shù)?信號驅(qū)動模塊，同時在顯示器屏幕上顯示。 ——通過信號驅(qū)動模塊中的鎖相式頻率自動反饋跟蹤系統(tǒng)和信號采樣編碼傳輸 系統(tǒng)的相位比較器、電壓比較器、低通濾波器、壓控振蕩器等電路器件的工作，將接收到的 數(shù)字合成模塊選擇確定的各類參數(shù)數(shù)值，轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)執(zhí)行需要頻率激勵信號，分別實時傳
17輸?shù)焦β史糯竽K和電聲轉(zhuǎn)換輻射工部、破乳脫水作工部中的相關(guān)作業(yè)部件中。與此同時， 指令啟動保護電路，自動設(shè)定異常信號，設(shè)定作業(yè)故障、作業(yè)參數(shù)的定位限制，補償機制等 報警識別、觸發(fā)信息。 ——通過功率放大模塊中的激勵放大器、開關(guān)型功率放大器等電路、器件的工作， 將從信號驅(qū)動模塊中接收到的頻率激勵信號，轉(zhuǎn)換成超聲波換能器能使用的超聲電能，并 實時傳輸?shù)狡ヅ渚W(wǎng)絡(luò)模塊中。 ——通過匹配網(wǎng)絡(luò)模塊中的阻抗匹配、調(diào)諧匹配等電路、器件的工作，使超聲波發(fā) 生器向超聲波換能器輸出的超聲電能功率達到最大值，并以穩(wěn)定的功率向超聲波換能器提 供能產(chǎn)生超聲破乳脫水作業(yè)的設(shè)計電能，并指令超聲波換能器工作。 ——與此同時，經(jīng)信號驅(qū)動模塊指令啟動的自動跟蹤、信號采樣系統(tǒng)和破乳脫水
工部中設(shè)計布置的各功能傳感器、油水液面指示儀、油水指標在線分析儀等監(jiān)測系統(tǒng)，都進
入正常工作狀態(tài)，并實時向數(shù)字合成模塊傳輸所測得的各種數(shù)據(jù)信息；在數(shù)字合成模塊內(nèi) 對這些參數(shù)進行比對分析、邏輯運算；根據(jù)運算結(jié)果，對已經(jīng)選擇確定的超聲波特性參數(shù)和
運行作為參數(shù)，分別進行調(diào)整修正，發(fā)出調(diào)整修正指令，同時在顯示器屏幕上顯示。 ——根據(jù)傳輸和反饋的信息數(shù)據(jù)，自動判斷進行超聲破乳脫水處理作業(yè)時輻射時
間、沉降時間等作業(yè)開始或停止；自動判斷分離沉降泥砂、脫水原油、分離水等處理作業(yè)成
果的排出作業(yè)開始或停止，并向相關(guān)執(zhí)行工作部件，發(fā)出相應執(zhí)行指令。
(3)電/聲轉(zhuǎn)換輻射工部 A、實現(xiàn)對原油乳狀液超聲破乳脫水作業(yè)，是依靠一種能把超聲電能轉(zhuǎn)換成超聲波
聲能，并使這種超聲波聲能在原油乳狀液中產(chǎn)生機械振動和空化作用的超聲換能器來實現(xiàn)
的。據(jù)此，安排布置有電/聲轉(zhuǎn)換輻射工部；目的是使這種超聲波換能器產(chǎn)生的頻率、聲強
等代表超聲波特性的運行參數(shù)，能符合超聲破乳脫水作業(yè)技術(shù)條件需要。 B、電/聲轉(zhuǎn)換輻射工部的作業(yè)任務，主要由配置的"超聲波換能器"完成。 C、電/聲轉(zhuǎn)換輻射工部承擔的主要工藝內(nèi)容有 ——通過功率驅(qū)動控制工部中匹配網(wǎng)絡(luò)模塊的正常作業(yè)，接收系統(tǒng)需要的大功率 穩(wěn)定的超聲電能。 ——通過設(shè)計配置的電/聲工作部件，依靠電/聲換能核心部件"振子晶堆"特有
的電致伸縮效應和振模特性，把從功率驅(qū)動工部接收到的超聲電能轉(zhuǎn)換成超聲波聲能；并
以能代表超聲波特性的頻率、聲強、脈沖寬度等形式，傳輸?shù)骄勰茌椛浒羯稀?——通過以全浸沒式安裝布置在原油乳狀液中的聚能輻射棒，將從電/聲轉(zhuǎn)換工
作部件傳輸?shù)降拇沓暡ㄌ匦詤?shù)數(shù)值，聚能放大成原油超聲破乳脫水作業(yè)所需要的頻
率、聲強、脈沖寬度等作業(yè)參數(shù)，并實時向原油乳狀液中輻射傳導，完成超聲破乳脫水作業(yè)。 ——通過信號采樣傳輸反饋系統(tǒng)，將超聲波換能器作業(yè)過程中的各種信息，實時
采集反饋到功率驅(qū)動控制工部中的數(shù)字合成模塊上，為自動調(diào)控系統(tǒng)提供修正調(diào)整運行作
業(yè)參數(shù)提供依據(jù)。
(4)、破乳脫水作業(yè)工部 A、原油超聲破乳脫水技術(shù)，為實現(xiàn)最佳油水分離效果，除采用超聲破乳脫水核心 技術(shù)外，還必須依靠化學破乳技術(shù)，自動控制技術(shù)，機械分散技術(shù)等多種應用科學技術(shù)的協(xié) 助配合，而且還必須提供一種能安裝應用這些技術(shù)裝備，使其能充分協(xié)調(diào)運行共同對原油乳狀液進行油水分離作業(yè)的載體。據(jù)此，計原油超聲破乳脫水作業(yè)技術(shù)路線時，安排布置有
破乳脫水作業(yè)工部；目的是實現(xiàn)對所有進行原油破乳脫水作業(yè)的技術(shù)及裝備，能進行有效
組合及協(xié)調(diào)布置，利用已有的技術(shù)及裝備資源，獲得最大的經(jīng)濟效益和社會效益。 B、破乳脫水作業(yè)工部的作業(yè)任務，主要由配置的"破乳劑溶解液、加注器"和"油水
分離罐"完成。 C、破乳脫水作業(yè)工部承擔的主要工藝內(nèi)容有 ——通過原油進油口，接收需要進行超聲破乳脫水處理的原油乳狀液。 ——通過破乳劑溶解液加注器，按功率驅(qū)動控制工部發(fā)出的指令，向原油乳狀液
中加注一定比例的破乳劑溶解液；實現(xiàn)破壞原油乳狀液的油水界面膜，增強原油乳狀液中
的水微粒和油微粒各自的分散、溶解能力，協(xié)助配合超生波產(chǎn)生的"位移效應"，提高對原油
乳狀液的破乳脫水效率和效果。 ——通過安裝在油水分離罐內(nèi)的超聲波換能器，實時向原油乳狀液輻射傳導代表 超聲波特性的頻率、聲強、脈沖寬度等超聲波聲能，使原油乳狀液產(chǎn)生"位移效應"和"空化 作用"，實現(xiàn)超聲破乳脫水作業(yè)。 ——與此同時，配置在油水分離罐上的高速分散攪拌器、加熱器、冷卻器等輔助作 業(yè)部件，也按功率驅(qū)動控制工部發(fā)出的指令同時分別開始運行。高速分散攪拌器，以1800r/ min的轉(zhuǎn)速高速轉(zhuǎn)動，通過葉片攪動原油乳狀液在油水分離罐內(nèi)高速流動分散，實現(xiàn)增加水 微粒分散、碰撞、聚潔機率，提高油、水分離的效率和效果；電加熱器，以大功率加熱升溫的 方式向原油乳狀液中施放大量熱能，使原油乳狀液始終保持在50 7(TC的溫度范圍內(nèi)接 受破乳脫水技術(shù)處理，實現(xiàn)降低原油乳狀液的原有粘度，有利于在此環(huán)境中的水微粒分散、 碰撞和水滴分離、沉降，有助于提高油、水分離的效率和效果；冷卻器，采用通過獨立管路為 超聲波換能器的振子晶堆提供高壓冷風方式，進行散熱降溫作業(yè)，高壓冷風管道壓力控制 在0. 02 0. 05Mpa之內(nèi)，實現(xiàn)確保振子晶片的長時間穩(wěn)定正常工作?！c此同時同，功率驅(qū)動控制工部指令自動跟蹤和信號采樣反饋系統(tǒng)開始運 行，安裝在油水分離罐內(nèi)相應位置上的各功能傳感器、油水界面指示儀、油水指標分析儀等 監(jiān)測儀表也開始工作，并實時將搜集到的各種信息、數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦β黍?qū)動控制工部中的數(shù) 字合成模塊內(nèi)；為功率驅(qū)動控制工部選擇確定、修正調(diào)整運行參數(shù)或決定執(zhí)行下一步程序， 提供數(shù)據(jù)支持和指令決策依據(jù)。 ——超聲破乳脫水處理作業(yè)的超聲波輻射時間，根據(jù)理論計算和實驗驗證，對一 般原油乳狀液的處理，都可以控制在15 20min之內(nèi)；具體執(zhí)行時間，由功率驅(qū)動控制工部 根據(jù)采集和反饋的數(shù)據(jù)，自動判定，并發(fā)出完成超聲波輻射的指令?！瓿沙暡ㄝ椛涞臅r間，就是開始執(zhí)行沉降時間，功率驅(qū)動控制工部在發(fā)出 完成超聲波輻射時間的同時，發(fā)出所有運行部件停止運行的指令；根據(jù)停止運行指令，超生 波發(fā)生器、超聲波換能器、高速分散攪拌器、電加熱器、冷卻器等工作部件全部停止運行；破 乳脫水作業(yè)工部進入執(zhí)行沉降時間。 ——超聲破乳脫水處理作業(yè)的沉降時間，根據(jù)理論計算和實驗證，對一般原油乳 狀液的處理，都可以控制在30 40min之內(nèi)；具體執(zhí)行時間，由功率驅(qū)動控制工部，根據(jù)設(shè) 置在油水分離罐各作業(yè)區(qū)內(nèi)的油水界面指示儀、油水指標分析儀等監(jiān)測儀表，實時傳輸?shù)?油水分離效果數(shù)據(jù)自動判定，并實時發(fā)出相應指令。
——功率驅(qū)動控制工部，根據(jù)對油水分離作業(yè)效果的自動判斷，首先指令打開脫 水原油排出閥門，從脫水原油排出口，將脫水原油排出；然后再指令打開分離水排出閥門， 從分離水排出口，將分離水排出；最后指令打開分離沉降泥砂排出口，啟動泥砂清除器，靠 螺旋葉片推動作用，將分離沉降泥砂從沉降泥砂排出口部分排出。 至此，原油超聲破乳脫水裝置，完成了對原油乳狀液的破乳脫水全部處理作業(yè)內(nèi)
容。功率驅(qū)動控制工部，應該指令啟動輸油泵，向油水分離罐加注原油乳狀液，進行下一輪
次的原油超聲破乳脫水作業(yè)。 本發(fā)明的有益效果是 1、具有很的技術(shù)水平 (1)創(chuàng)造性、先進性 A、充分利用當代的自動化現(xiàn)場在線控制新技術(shù)，提供多種適用的超聲電能，并具 有實時自動跟蹤采樣、調(diào)整控制各項運行作業(yè)參數(shù)的大功率超聲波發(fā)生器，"原油超聲破乳 脫水裝置"的功率源，較好地解決了一般超聲波發(fā)生器只能產(chǎn)生、提供一種超聲電能，而且 不能自動調(diào)整控制運行作業(yè)參數(shù)的技術(shù)難題； B、提出一種能把超聲電能轉(zhuǎn)換成超聲聲能，并具有在媒質(zhì)中輻射傳導產(chǎn)生"位移
效應"和"空化作用"的超聲波換能器，"原油超聲破乳脫水裝置"的主要作業(yè)功能部件，較
好地解決了對各種類型不同物性原油乳狀液，都能進行有效超聲破乳脫水作用； C、提出一種能以超聲破乳技術(shù)為主，同時協(xié)調(diào)應用化學破乳、機械分散等實用技
術(shù)，并能連續(xù)不間斷進行原油破乳脫水作業(yè)的油水分離罐，"原油超聲破乳脫水裝置"也是
應用各種原油破乳脫水技術(shù)的有效載體，較好地解決了實現(xiàn)對原油乳狀液進行破乳脫水作
業(yè)，完成油水分離的連續(xù)工業(yè)化作業(yè)； D、以超聲破乳技術(shù)為主，綜合協(xié)調(diào)應用化學破乳、機械分散、現(xiàn)場在線自動化控制
等多種技術(shù)的原油超聲破乳脫水技術(shù)路線；
2、本發(fā)明主要技術(shù)特點
(1)應用領(lǐng)域 原油超聲破乳脫水裝置及其破乳脫水方法，主要應用于油田的中聯(lián)站、采油集中 場在原油出場運輸前的破乳脫水和除雜處理技術(shù)作業(yè)；稍加改進，增設(shè)防爆裝置后，也可以 應用于煉油廠的原油預處理作業(yè)。
(2)科術(shù)主要特性 以超聲破乳技術(shù)為主，綜合協(xié)調(diào)應用化學破乳、機械分散、現(xiàn)場在線自動控制等多 項先進成熟技術(shù)，具有超聲功率大、高低頻率匹配組合應用、聲場分布均勻；作業(yè)狀態(tài)穩(wěn)定、 操作簡單容易、運行自動調(diào)整控制；消耗電量少、破乳劑用量比例低、生產(chǎn)處理能力強、油水 分離徹底，分離水中含油量極低、可實現(xiàn)工業(yè)化連續(xù)作業(yè)等突出特點。
3、本發(fā)明意義 A、科研成果科學地利用了超聲波特有的"位移效應"和"空化作用"，采取多組高低 頻率自動選擇組合、浸沒式安裝布置聚能輻射棒、高壓冷風冷卻、厚銅電極板散熱、發(fā)生器 功能部件集成模塊化等多項獨創(chuàng)性超聲裝備技術(shù)措施，成功地將超聲破乳技術(shù)應用到極具 市場發(fā)前景的原油破乳脫水作業(yè)領(lǐng)域中，為超聲技術(shù)在石油工業(yè)生產(chǎn)中的實際應用，開拓 了一個新領(lǐng)域。
B、成功地應用以超聲破乳脫水技術(shù)為主，綜合協(xié)調(diào)采用化學破乳、機械分散、現(xiàn)場 在線自動控制等多項先進成熟技術(shù)，通過獨創(chuàng)設(shè)計的預設(shè)處理方案組配、以單片機做現(xiàn)場 CPU、自動跟蹤采樣反饋及安全保護電路等有效技術(shù)措施，較好地解決了原油破乳脫水作業(yè) 中長期存在的一些技術(shù)難題，為原油采、煉行業(yè)中破乳脫水處理作業(yè)的技術(shù)進步，提供了一 種新途徑。 C、本發(fā)明具有消耗電量少，破乳劑用量比例小，油水分離徹底，分離水和沉降泥砂
中含油量極低等突出特點，可以極大的降低原油油水分離作業(yè)費用，減輕處理污水和沉降
泥砂的環(huán)保壓力，提高原油實際有效產(chǎn)量，為我國原油采、煉行業(yè)中破乳脫水作業(yè)環(huán)節(jié)中的
增產(chǎn)、節(jié)能、降耗、減排，創(chuàng)造較好的經(jīng)濟效益和社會效益； 4、推廣應用條件。
(1)本發(fā)明推廣應用條件 主要應用于油田的中聯(lián)站、采油集中場，只要油田能正常采油作業(yè)，有原油破乳脫 水處理要求，都可以應用，無特殊限制價值。


圖1是本發(fā)明是超聲波發(fā)生器工作結(jié)構(gòu)原理方框示意圖； 圖2是超聲波換能器整體結(jié)構(gòu)原理示意圖； 圖3是超聲波頻率與原油破乳脫水關(guān)系曲線圖； 圖4是超聲波聲強與原油破乳脫水關(guān)系曲線圖； 圖5是超聲波輻射時間與原油破乳脫水關(guān)系曲線圖； 圖6是油水分離罐整體結(jié)構(gòu)布置示意圖； 圖7是原油破乳脫水處理技術(shù)路線示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述。 本發(fā)明原油超聲波乳脫水裝置及其破乳脫水方法，就是應超聲波的特性，借助化 學破乳劑的化學活性作用，協(xié)同配合，破壞原油乳狀液的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，促使原油乳狀液快速發(fā) 生結(jié)構(gòu)性變化，實現(xiàn)原油的高效油、水分離。 圖1是本發(fā)明是超聲波發(fā)生器工作整體結(jié)構(gòu)原理方框示意圖；它是由人機交互數(shù) 字顯示器、AVR高速嵌入式單片機、數(shù)字合成模塊、信號驅(qū)動模塊、功率放大模塊、匹配網(wǎng)絡(luò) 模塊、發(fā)生器殼體等主要工作部件組成。 超聲波發(fā)生器，以AVR高速嵌入式單片機做為現(xiàn)場CPU，通過單片機的底板總線系 統(tǒng)設(shè)有的標準插槽或插座，分別與內(nèi)部各工作部件模塊相連通；與分別布置在管線、油水分 離罐中的功能傳感器、在線分析儀相連通；與分別控制原油進出、分離水排出、沉淀泥砂排 出、破乳劑溶解液添加、分散攪拌器、電加熱器、超聲波換能器冷卻器等裝置的電磁開關(guān)、閥 門、電動機相連接；與PLC連接通訊，并通過PLC指揮控制"原油超聲破乳脫水裝置"的全部 工作程序。 超聲波發(fā)生器，對上述組成發(fā)生器的所有各工作部件均采用集成技術(shù)，將構(gòu)成各 工作部件的各種獨立元器件、配套電路，全部集成到單獨模塊上；各單獨模塊均采用印刷線路技術(shù)，嵌入所有獨立元器件；各單獨模塊均設(shè)計有標準插板，通過單片機底板總線系統(tǒng)與 現(xiàn)場CPU連通。 超聲波發(fā)生器，將所有各工作部件統(tǒng)一安裝布置在長方形不銹鋼板制成的控制櫃 內(nèi)，通過導線與PLC、油水分離罐的總接線控制盒相連接；控制櫃單獨安裝在油水分離罐附 近的合適位置上。
超聲波發(fā)生器的運行技術(shù)路線描述 A、接通電源，啟動"原油超聲破乳脫水裝置"進入運行狀態(tài)； B、通過超聲波發(fā)生器的人機交互數(shù)字顯示器，檢查驗證所有工作部件都處于正常 工作狀態(tài)，并有相關(guān)數(shù)字信息陸續(xù)開始顯示； C、通過原油在線分析儀，將測得的原油乳狀液流量、含水率、各種鹽類物質(zhì)的成份 及含量、密度、溫度等物性指標數(shù)據(jù)，實時準確完整送到數(shù)字合成模塊，并在顯示器屏幕上 顯示； D、通過數(shù)字合成模塊，將接收到的原油物性數(shù)據(jù)與預設(shè)處置方案組配數(shù)據(jù)，通過 分析對比系統(tǒng)的數(shù)學邏輯模型電路，進行自動比對、計算，選擇確定出對原油進行超聲破乳 脫水處理作業(yè)的頻率、聲強、脈沖寬度等特性參數(shù)和沉降時間、加熱溫度、分散攪拌速度、破 乳劑加入數(shù)量等運行參數(shù)，傳送到信號驅(qū)動模塊。與此同時，信號驅(qū)動模塊的鎖相式頻率自 動跟蹤、信號采樣編碼傳輸?shù)刃畔⒎答佅到y(tǒng)，將實時跟蹤采集的各項特性參數(shù)、運行參數(shù)具 體數(shù)據(jù)，實時準確完整送回數(shù)字合成模塊。在數(shù)字合成模塊內(nèi)，對已經(jīng)選擇確定的具體數(shù) 據(jù)，再次進行比對、計算、修正，并將修正結(jié)果在顯示器屏幕上顯示； E、在現(xiàn)場CPU內(nèi)，能過單片機控制，將修正后的結(jié)果數(shù)據(jù)，傳送到信號驅(qū)動模塊 中； F、通過以信號驅(qū)動模塊，將系統(tǒng)需要的頻率信號，傳送到以開關(guān)型功率放大器為 核心的功率放大模塊中，形成超聲波換能器需要的超聲電能； G、通過以匹配換能網(wǎng)絡(luò)電路為核心的匹配網(wǎng)絡(luò)模塊，將超聲波換能器需要的超聲 電能傳送到超聲波換能器中，并轉(zhuǎn)換成超聲波能； H、通過現(xiàn)場CPU單片機，將經(jīng)過對比修正后的運行參數(shù)數(shù)據(jù)，分別傳送到相應的 電機、閥門、電磁開關(guān)，指令其按運行參數(shù)進行開啟或關(guān)閉。 圖2是超聲波換能器整體結(jié)構(gòu)原理示，它是由復合聚能輻射棒1、微調(diào)套筒2、預應 力套筒3、安裝基座4、壓電稀土陶瓷晶片5、厚銅板電極6、薄銅板電極7、外殼8、節(jié)點支座 9、后振動體10、、吸收塊11、聲反饋晶片12、后端蓋13、電極引線14、冷卻氣進口 15、振子晶 堆等主要工作部件組成。 所述的超聲波換能器，它由電聲轉(zhuǎn)換部分和聚能輻射棒兩部分組成，所有電-聲 轉(zhuǎn)換零部件都組裝在圓柱形外殼內(nèi)，通過預應力套筒3與前負載塊即聚能輻射棒1連接； 通過導線連接到油水分離器的總接線控制盒上，再與超聲波發(fā)生器連接；通過冷卻氣進口 15，與冷卻器連接。超聲波換能器通過安裝基座4，安裝固定在油水分離罐內(nèi)；以安裝基座 4為分界面，聚能輻射棒1以浸沒形式布置在原油乳狀液內(nèi)，電聲轉(zhuǎn)換部分布置在原油乳狀 液的液面以上。 超聲波換能器參數(shù)選擇
1、超聲波頻率的選擇
超聲波在液體媒質(zhì)中傳導時，在其他條件不變的前提下，聲強隨傳播距離的增加 而逐漸衰減；衰減的速度和程度，與超聲波的頻率平方成正比。據(jù)此可知，超聲波頻率是影 響原油破乳脫水的關(guān)鍵因素之一， 超聲波的頻率越低，衰減的速度越慢，衰減的程度越小，破乳聲場越均勻，在聲強 條件基本相同的條件下，選擇設(shè)計相對較低頻率范圍，可提高原油乳狀液中所有物質(zhì)微粒 的位移振幅，有利原油中水微粒的運動、碰撞、聚結(jié)、沉降，有利提高破乳脫水效果，圖3是 超聲波頻率與原油破乳脫水的關(guān)系曲線圖，是超聲波頻率應選擇的范圍。原油超聲破乳脫 水裝置"，依據(jù)對各種類型不同物性原油乳狀液都能實現(xiàn)有效超聲破乳脫水的基本要求，選 擇出在較低超聲頻率范圍內(nèi)，提供出20KHz，34KHz ;21KHz，36KHz ;22KHz，38KHz等三種不 同高_低頻率組合的超聲波頻率參數(shù)。
2、超聲波聲強的選擇 圖4超聲波聲強與原油破乳脫水的關(guān)系曲線圖，充分考慮了各種類型不同物性原 油乳狀液特點，選擇設(shè)計出可在1. 2 1. 8W/cm2之間，進行自動選擇的超聲波聲強參數(shù)。
3、超聲波輻射時間的選擇 圖5是超聲波輻射時間與原油破乳脫水關(guān)系曲線圖，充分考慮了各種類型不同物 性原油乳狀液特點，選擇設(shè)計出可在15 20min之間，進行自動選擇的超聲波輻射時間參數(shù)。 超聲波換能器 所述的超聲波換能器 A、振子晶堆由壓電稀土陶瓷晶片5、厚銅電極板6、薄銅板電極7、電極導線，通過
環(huán)氧膠合組成；壓電稀土陶瓷晶片的數(shù)量、直徑、厚度、孔徑等形狀尺寸，根據(jù)超聲破乳脫水
需要的頻率、功率等條件計算選定，厚銅電極板6，薄銅板電極7的數(shù)量及形狀尺寸，根據(jù)壓
電稀土陶瓷晶片5的數(shù)據(jù)匹配設(shè)計。振子晶堆與前負載塊即聚能輻射棒1，以平面全接觸方
式連接。前負載塊通過螺紋與預應力套筒3、微調(diào)套筒2連接，并作為固定機構(gòu)。 振子晶堆與后負載塊也以平面全接觸方式連接，后負載塊中鋃有吸收塊11和聲
反饋晶片12，形成聲、電信息反饋。 B、因壓電稀土陶瓷晶片5的抗壓強度有限，在振子晶堆外，設(shè)計有預應力套筒3、 微調(diào)套筒2、前后負載塊等調(diào)控機構(gòu)。通過調(diào)整預應力套筒3，改變前后負載塊的間距，就能 對振子晶堆施加足夠預應力，也可以控制晶片預應力大??；在換能器作大動率振動時，壓電 效應始終能被控制在設(shè)計的變化范圍內(nèi)，確保振子晶堆不被破壞。 C、因壓電稀土陶瓷晶片5是由鐵電材料經(jīng)磨細、燒結(jié)、極化制成，在大電場、高功 率條件下，會產(chǎn)生大量熱能。如不采取有效措施，晶片溫度將不斷升高；當晶片溫度達到其 居里溫度的一半時，就會使換能器處于嚴重不穩(wěn)定狀態(tài)。為此，振子晶堆設(shè)計了厚銅電極板 6，有利于散熱；同時，在超聲油水分離罐外，設(shè)計安裝有小型冷卻器，通過冷卻氣進口送入 冷卻氣體，可以確保晶片獲得良好的散熱條件。 D、聚能輻射棒l，是超聲波換能器中的重要工作部件，是向原油乳狀液中輻射超聲 波的功率源，也是功率超聲振幅的機械放大源；同時，還能使超聲波換能器的電一聲轉(zhuǎn)換部 件與作用媒質(zhì)這之間，獲得熱學、化學上的隔絕。根據(jù)原油超聲破乳脫水特點，為增加振幅 放大系數(shù)，選擇復合式聚能輻射棒；同時考慮到聚能輻射棒不僅要長期浸沒在原油乳狀液
23中工作，而且還要輻射大功率、高振幅，為此選擇具有較大疲勞強度、較小聲阻抗特性、而且 耐腐蝕的鈦合金材料制造。考慮到開發(fā)研制的超聲波換能器，需要聚能輻射棒能提供盡可 能大的振幅放大系數(shù)，將聚能輻射棒設(shè)計成微齒形變截面形狀，既能提高振輻放大系數(shù)，又 能增大輻射面積，提高電_聲轉(zhuǎn)換效率。 E、根據(jù)"原油超聲破乳脫水裝置"的生產(chǎn)效率，在油水分離罐內(nèi)，安裝布置3臺超 聲波換能器。平面布置位置設(shè)計成在同心園120°分界線上，按超聲波換能器有效輻射面 積可以重疊，不留盲區(qū)的原則布置；垂直位置設(shè)計成以安裝基座為分界面，超聲波換能器 的聚能輻射棒以浸沒形式布置在原油乳狀液內(nèi)，超聲波換能器的電-聲轉(zhuǎn)換部分布置在原 油乳狀液的液面以上。設(shè)計的這種安裝布置形式，能使聚能輻射棒1在360。方向內(nèi)，均勻 向四周輻射超聲波，實現(xiàn)輻射無盲區(qū)，有利于確保超聲破乳脫水作業(yè)質(zhì)量。
協(xié)調(diào)應用化學破乳、機械分散技術(shù)的油水分離罐 本發(fā)明的"原油超聲破乳脫水裝置"，配有油水分離罐，油水分離罐，是協(xié)調(diào)應用超 聲、化學、機械破乳技術(shù)，完成對各種類型不同物性原油乳狀液進行破乳脫水處理作業(yè)的專 用設(shè)施，是應用安裝功率超聲、化學破乳、機械分散等破乳脫水專業(yè)技術(shù)裝備的載體，是實 現(xiàn)原油乳狀液油水分離的作業(yè)場地。根據(jù)實際情況，油水分離罐既可以單獨組織生產(chǎn)制造， 也可以利用油田采油場現(xiàn)有的原油油水分離罐進行改裝加工。
1、油水分離罐的整體結(jié)構(gòu)布置設(shè)計。 本發(fā)明的"原油超聲破乳脫水裝置"技術(shù)要求，充分考慮各種類型不同物性原油乳 狀液的特性和破乳脫水技術(shù)條件，多種設(shè)計方案對比分析后，設(shè)計出的油水分離罐整體結(jié) 構(gòu)布置， 圖6是油水分離罐整體結(jié)構(gòu)布置示意圖，所油水分離罐，由罐體支座16、泥砂沉淀 池17、分離水排除口 18、分離水儲存區(qū)19、泥砂隔離柵20、泥砂清除器21、分離泥砂沉降區(qū) 22、分離油水混合區(qū)23、脫水原油排出口24、電加熱器25、高速分散攪拌器26、罐體27、罐體 保溫層28、換能器安裝支架29、冷卻器30、余氣分散區(qū)31、余氣排出口 32、罐蓋33、破乳劑 加注器34、原油在線分析儀器儀35、原油進油口 36、連接法蘭盤37、超聲波換能器38、原油 破乳脫水區(qū)39、沉降泥沙排除口 40、總接線控制盒41、導線束42、超聲波發(fā)生器43等主要 工作部件組成。
2、油水分離罐體 A、油水分離罐整體設(shè)計成圓柱體罐形；為維修清洗方便，分成罐體和罐蓋兩部分， 用連接法蘭盤37連接固定；罐體通過罐體支座16與設(shè)備基礎(chǔ)連接固定。在罐體內(nèi)，自上而 下劃分成余氣分散區(qū)31、原油破乳脫水作業(yè)區(qū)39、分離油水混合區(qū)23、分離泥砂沉降區(qū)22、 分離水沉降儲存區(qū)19等五個作業(yè)功能區(qū)；由泥砂隔離柵20，將分離水沉降儲存區(qū)19與其 他作業(yè)區(qū)分隔；為去除分離水中夾帶的泥砂，在分離水沉降儲存區(qū)19內(nèi)，設(shè)有泥砂沉淀池。
B、根據(jù)油水分離作業(yè)需要，設(shè)計布置安裝三臺超聲波換能器23，布置安裝方式設(shè) 計成在油水分離罐的同心園120°分界線上，按超聲波聚能輻射棒有效輻射面積可重疊、無 盲區(qū)原則布置；以原油乳狀液在油水分離罐內(nèi)的最高界面為基準，在罐體內(nèi)壁上布置安裝 換能器安裝支架29，通過換能器安裝支架29與超聲波換能器38安裝基痤連接固定；換能 器的電-聲轉(zhuǎn)換部分，布置在原油乳狀液液面以上，換能器的聚能輻射棒1以全浸沒形式布 置在原油乳狀液內(nèi)。
C、為保證超聲波換能器中振子晶堆的恰當工作溫度，在罐蓋33外壁上設(shè)有安裝 有高壓冷卻器30，通過冷卻通風管與超聲波換能器38的冷卻氣進氣口連接。
D、為降低原油粘度，提高破乳脫水效率，原油乳狀液應始終保持50°C 7(TC的溫 度范圍內(nèi)接受破乳脫水處理，針對北方地區(qū)氣候特點，在罐體外壁設(shè)計安裝有保溫層28 ; 在原油破乳脫水區(qū)39，安裝有電加熱器25和溫度傳感器。 E、為提高對原油乳狀液的破乳分散能力，在原油進入油水分離罐的進油管道上， 安裝有原油在線自動分析儀35，實時監(jiān)測原油的密度、粘度、含水量、化學成分含量等物性 指標數(shù)據(jù)，并能實時將測得的指標數(shù)據(jù)傳輸至超聲波發(fā)生器28的現(xiàn)場CPU內(nèi)。同時還在原 油進入油水分離罐的進油管道上，設(shè)計裝有化學破乳劑溶液加注器34，能根據(jù)超聲波發(fā)生 器43給出時指令，按原油流量以設(shè)計的比例濃度向原油乳狀液中加注破乳劑。同時，為進 一步增強對原油乳狀液破乳脫水能力，提高油水分離效率，在油水分離罐內(nèi)的不同高度位 置，以不同傾斜角度，安裝有兩臺葉片式高速分散攪拌器；能在對原油乳狀液進行超聲破乳 作業(yè)的同時，對原油乳狀液進行高速分散攪拌，用以提高原油乳狀液的流動性和分散能力， 增強原油破乳脫水效果。 F、在分離泥砂沉淀區(qū)22，安裝有螺旋式泥砂清除器21，當泥砂中的含油經(jīng)幾次攪 動分散，破乳脫水分離后，由泥砂清除器21及時清除，從泥砂排出口 40排出。原油乳狀液 經(jīng)破乳脫水處理后分離出來的分離水，經(jīng)分離油水混合區(qū)23和分離泥砂沉淀區(qū)22的吸納、 過濾，進入分離水沉降儲存區(qū)19 ;在此過程中，雖有安裝的泥砂隔離柵5，但仍會有微細泥 砂隨分離水進入；為此，在分離水沉降儲存區(qū)19設(shè)有泥砂滑降板、泥砂沉淀池、泥砂排出口 40，可定時排除沉積泥砂。 G、根據(jù)超聲破乳脫水作業(yè)需要，在油水分離罐內(nèi)的相應位置上，設(shè)置有傳感器、液 面指示儀、油水在線分析儀35等數(shù)據(jù)監(jiān)測儀器儀表；同時還布置有控制油水分離罐各工作 部件運行的電機、閥門、開關(guān)等電器元件。為實現(xiàn)自動化在線控制，所有導線、數(shù)據(jù)線，均統(tǒng) 一接入設(shè)計安裝在罐體外部的總接線控制盒內(nèi)41 ;通過導線束42與超聲波發(fā)生器43連 接。 3、油水分離罐的運行技術(shù)路線描述。 A、接通電源，檢查所有工作部件均在正常狀態(tài)后，由超聲波發(fā)生器28指令啟動輸 油泵，向油水分離罐加注原油乳狀液。 B、原油在線分析儀35工作，實時測出原油各項物性指標；并將測到的原油密度、 粘度、含水量、含鹽量和化學成份數(shù)量等物性指標數(shù)值，傳輸進超聲波發(fā)生器43的現(xiàn)場CPU 內(nèi)，同時在顯示器屏幕上顯示。 C、在超聲波發(fā)生器43內(nèi)，根據(jù)接收的原油物性指標數(shù)據(jù)，通過與預設(shè)處理方案組 配進行分析對比，經(jīng)過數(shù)學邏輯模型電路自動分析計算，選擇確定出超聲波的頻率、聲強、 脈沖寬度、輻射時間等超聲波作業(yè)特性參數(shù)，實時將作業(yè)指令轉(zhuǎn)輸?shù)匠暡〒Q能器內(nèi)，并在 顯示屏幕上顯示；同時，將選擇確定的破乳劑溶液加注器34、冷卻氣通入量、加熱器加熱溫 度及時間、高速分散攪拌器轉(zhuǎn)速及時間等作業(yè)運行指令參數(shù)，實時傳輸?shù)较嚓P(guān)運行部件的 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行，并在顯示器屏幕上顯示。 D、超聲波換能器38的各運行部件，按超聲波發(fā)生器38的指令開始運行。 E、與此同時，超聲波發(fā)生器43的自動跟蹤和信號采集系統(tǒng)啟動；安裝設(shè)置在油水分離罐內(nèi)相應位置上的各動能傳感器、油水液面指示儀、油水指標在線分析儀35等監(jiān)測儀 表也開始工作。實時將收集到的各種信息、數(shù)據(jù)等傳輸?shù)匠暡òl(fā)生器43的現(xiàn)場CPU內(nèi)。 在超聲波發(fā)聲器43內(nèi)，按C項描述的作業(yè)程序?qū)崟r進行控制調(diào)整，并在顯示器屏幕上顯示。
F、超聲波發(fā)生器43，根據(jù)設(shè)定的輻射時間和收到的監(jiān)測信息，經(jīng)自動對比計算，斷 定并指令所有運行部件停止運行，進入沉降時間。 G、超聲波發(fā)生器43，根據(jù)各作業(yè)區(qū)設(shè)置的油水液面指示儀和油水在線分析儀35 實時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，分別指令先后打開脫水原油排出閥門和分離水排出閥門，先后排出脫水 原油和分離水；然后再指令打開分離泥砂排出閥門，啟動泥砂清除器，排出部分分離沉降泥 砂。 H、超聲波發(fā)生器，指令啟動輸油泵向油水分離罐加注需要處理的原油乳狀液，進
入下一輪次的原油破乳脫水作業(yè)循環(huán)。 綜合協(xié)調(diào)應用多種破乳技術(shù)進行超聲破乳脫水 本發(fā)明提出一種以超聲破乳技術(shù)為主，能綜合協(xié)調(diào)應用多種破乳技術(shù)，共同對各 種類型不同物性原油乳狀液進行超聲破乳脫水作業(yè)的完整技術(shù)路線。 本發(fā)明提出的原油超聲破乳脫水作業(yè)技術(shù)路線，由原油物性分析、功率驅(qū)動控制、 電/聲轉(zhuǎn)換輻射、破乳脫水作業(yè)等四個具體作業(yè)工部組成。 各作業(yè)工部設(shè)置的理由目的，應用的技術(shù)裝備，承擔的主要工藝內(nèi)容，執(zhí)行的具體 參數(shù)，實現(xiàn)的作業(yè)目標等具體內(nèi)容，分別描述如下
圖7是原油破乳脫水處理技術(shù)路線示意圖。
1、原油物性分析工部 A、目的是為進行超聲破乳脫水作業(yè)，科學選擇確定出的具體超聲特性參數(shù)、作業(yè) 運行參數(shù)。 B、原油物性分析工部的作業(yè)任務，主要由配置的有多種監(jiān)測儀器儀表組成的"原 油在線分析儀"完成。 C、原油物性分析工部承擔的主要工藝內(nèi)容有 ——對需要進行超聲破乳脫水處理的原油乳狀液，進行物性指標數(shù)據(jù)檢測分析； 檢測分析的物性指標包括溫度、粘度、含水率、泥砂率、乳狀液類型及NaCI、MgCI2、CaCI2等 鹽類物質(zhì)含量等指標。 ——除首次處理不同物性原油必須進行檢測分析外，檢測分析的數(shù)量基數(shù)，時間 間隔，均根據(jù)國家規(guī)定的抽樣辦法進行檢測。 ——將規(guī)定檢測分析的所有物性指標數(shù)值，實時傳輸進超聲波發(fā)生器的現(xiàn)場CPU 內(nèi)，做為選擇超聲波特性參數(shù)和作業(yè)運行參數(shù)的基礎(chǔ)依據(jù)。 ——完成原油物性指標分析后，根據(jù)功率驅(qū)動控制工部的指令，啟動輸油泵，向油
水分離罐加注原油乳狀液。 2、功率驅(qū)動控制工部 A、目的是為進行超聲破乳脫水作業(yè)提供大功率超聲功率源，同時實現(xiàn)原油超聲破 乳脫水作業(yè)全過程在線自動控制。 B、功率驅(qū)動控制工部的作業(yè)任務，主要由配置的"超聲波發(fā)生器"完成。
C、功率驅(qū)動控制工部承擔的主要工藝內(nèi)容有
——接收原油在線分析儀傳輸?shù)脑腿闋钜簻囟取⒚芏?、粘度、含水率、泥砂率、?狀液類型及NaCI、 MgCI2、 CaCI2鹽類物質(zhì)含量等物性指標數(shù)值，并在顯示器屏幕上顯示。
——接收并顯示原油乳狀液物性指標后，下達向油水分離罐進行輸油指令。
——通過數(shù)字合成模塊，將接收到的原油乳狀液物性指標數(shù)值，實時與存儲的預 設(shè)處理方案組配進行自動對比分析，經(jīng)設(shè)有的數(shù)學邏輯模型電路自動分析計算，選擇確定 出對該批原油乳狀液進行超聲破乳脫水處理應采用的超聲波頻率、聲強、輻射時間、脈沖寬 度等超聲波特性參數(shù)；同時選擇確定出破乳劑溶解液加注量、冷卻氣通入時間及數(shù)量、高速 分散攪拌器轉(zhuǎn)速、加熱溫度及時間等運行作為參數(shù)；并將選擇確定的這些參數(shù)實時傳輸?shù)?信號驅(qū)動模塊，同時在顯示器屏幕上顯示。 ——通過信號驅(qū)動模塊中的鎖相式頻率自動反饋跟蹤系統(tǒng)和信號采樣編碼傳輸 系統(tǒng)的相位比較器、電壓比較器、低通濾波器、壓控振蕩器等電路器件的工作，將接收到的 數(shù)字合成模塊選擇確定的各類參數(shù)數(shù)值，轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)執(zhí)行需要頻率激勵信號，分別實時傳 輸?shù)焦β史糯竽K和電聲轉(zhuǎn)換輻射工部、破乳脫水作工部中的相關(guān)作業(yè)部件中。與此同時， 指令啟動保護電路，自動設(shè)定異常信號，設(shè)定作業(yè)故障、作業(yè)參數(shù)的定位限制，補償機制等 報警識別、觸發(fā)信息。 ——通過功率放大模塊中的激勵放大器、開關(guān)型功率放大器等電路、器件的工作， 將從信號驅(qū)動模塊中接收到的頻率激勵信號，轉(zhuǎn)換成超聲波換能器能使用的超聲電能，并 實時傳輸?shù)狡ヅ渚W(wǎng)絡(luò)模塊中。 ——通過匹配網(wǎng)絡(luò)模塊中的阻抗匹配、調(diào)諧匹配等電路、器件的工作，，使超聲波 發(fā)生器向超聲波換能器輸出的超聲電能功率達到最大值，并以穩(wěn)定的功率向超聲波換能器 提供能產(chǎn)生超聲破乳脫水作業(yè)的設(shè)計電能，并指令超聲波換能器工作。 ——與此同時，經(jīng)信號驅(qū)動模塊指令啟動的自動跟蹤、信號采樣系統(tǒng)和破乳脫水
工部中設(shè)計布置的各功能傳感器、油水液面指示儀、油水指標在線分析儀等監(jiān)測系統(tǒng)，都進
入正常工作狀態(tài)，并實時向數(shù)字合成模塊傳輸所測得的各種數(shù)據(jù)信息；在數(shù)字合成模塊內(nèi) 對這些參數(shù)進行比對分析、邏輯運算；根據(jù)運算結(jié)果，對已經(jīng)選擇確定的超聲波特性參數(shù)和
運行作為參數(shù)，分別進行調(diào)整修正，發(fā)出調(diào)整修正指令，同時在顯示器屏幕上顯示。 ——根據(jù)傳輸和反饋的信息數(shù)據(jù)，自動判斷進行超聲破乳脫水處理作業(yè)時輻射時
間、沉降時間等作業(yè)開始或停止；自動判斷分離沉降泥砂、脫水原油、分離水等處理作業(yè)成
果的排出作業(yè)開始或停止，并向相關(guān)執(zhí)行工作部件，發(fā)出相應執(zhí)行指令。 3、電/聲轉(zhuǎn)換輻射工部 A、原油超聲破乳脫水作業(yè)技術(shù)路線時，安排布置有電/聲轉(zhuǎn)換輻射工部；目的是 使這種超聲波換能器產(chǎn)生的頻率、聲強等代表超聲波特性的運行參數(shù)，能符合超聲破乳脫 水作業(yè)技術(shù)條件需要。 B、電/聲轉(zhuǎn)換輻射工部的作業(yè)任務，主要由配置的"超聲波換能器"完成。
C、電/聲轉(zhuǎn)換輻射工部承擔的主要工藝內(nèi)容有 ——通過功率驅(qū)動控制工部中匹配網(wǎng)絡(luò)模塊的正常作業(yè)，接收系統(tǒng)需要的大功率 穩(wěn)定的超聲電能。 ——通過設(shè)計配置的電/聲工作部件，依靠電/聲換能核心部件"振子晶堆"特有 的電致伸縮效應和振模特性，把從功率驅(qū)動工部接收到的超聲電能轉(zhuǎn)換成超聲波聲能；并以能代表超聲波特性的頻率、聲強、脈沖寬度等形式，傳輸?shù)骄勰茌椛浒羯稀?——通過以全浸沒式安裝布置在原油乳狀液中的聚能輻射棒，將從電/聲轉(zhuǎn)換工 作部件傳輸?shù)降拇沓暡ㄌ匦詤?shù)數(shù)值，聚能放大成原油超聲破乳脫水作業(yè)所需要的頻 率、聲強、脈沖寬度等作業(yè)參數(shù)，并實時向原油乳狀液中輻射傳導，完成超聲破乳脫水作業(yè)。 ——通過信號采樣傳輸反饋系統(tǒng)，將超聲波換能器作業(yè)過程中的各種信息，實時 采集反饋到功率驅(qū)動控制工部中的數(shù)字合成模塊上，為自動調(diào)控系統(tǒng)提供修正調(diào)整運行作 業(yè)參數(shù)提供依據(jù)。 4、破乳脫水作業(yè)工部 A、設(shè)計原油超聲破乳脫水作業(yè)技術(shù)路線時，安排布置有破乳脫水作業(yè)工部；目的 是實現(xiàn)對所有進行原油破乳脫水作業(yè)的技術(shù)及裝備，能進行有效組合及協(xié)調(diào)布置，充分利 用已研究設(shè)計出的先進技術(shù)及裝備資源，獲得最大的經(jīng)濟效益和社會效益。
B、破乳脫水作業(yè)工部的作業(yè)任務，主要由設(shè)計配置的"破乳劑溶解液加注器"和 "油水分離罐"完成。 C、破乳脫水作業(yè)工部承擔的主要工藝內(nèi)容有 ——通過原油進油口 ，接收需要進行超聲破乳脫水處理的原油乳狀液。
——通過破乳劑溶解液加注器(34)，按功率驅(qū)動控制工部發(fā)出的指令，向原油乳 狀液中加注一定比例的破乳劑溶解液；實現(xiàn)破壞原油乳狀液的油水界面膜，增強原油乳狀 液中的水微粒和油微粒各自的分散、溶解能力，協(xié)助配合超生波產(chǎn)生的"位移效應"，提高對 原油乳狀液的破乳脫水效率和效果； ——通過安裝在油水分離罐內(nèi)的超聲波換能器(38)，實時向原油乳狀液輻射傳導 代表超聲波特性的頻率、聲強、脈沖寬度等超聲波聲能，使原油乳狀液產(chǎn)生"位移效應"和 "空化作用"，實現(xiàn)超聲破乳脫水作業(yè)。 ——與此同時，設(shè)計配置在油水分離罐上的高速分散攪拌器、加熱器(25)、冷卻 器(30)等輔助作業(yè)部件，也按功率驅(qū)動控制工部發(fā)出的指令同時分別開始運行，高速分 散攪拌器，以1800r/min的轉(zhuǎn)速高速轉(zhuǎn)動，通過葉片攪動原油乳狀液在油水分離罐內(nèi)高速 流動分散，實現(xiàn)增加水微粒分散、碰撞、聚潔機率，提高油、水分離的效率和效果；電加熱器 (25)，以大功率加熱升溫的方式向原油乳狀液中施放大量熱能，使原油乳狀液始終保持在 50 70°C的溫度范圍內(nèi)接受破乳脫水技術(shù)處理，實現(xiàn)降低原油乳狀液的原有粘度，有利于 在此環(huán)境中的水微粒分散、碰撞和水滴分離、沉降，有助于提高油、水分離的效率和效果；冷 卻器，采用通過獨立管路為超聲波換能器的振子晶堆提供高壓冷風方式，進行散熱降溫作 業(yè)，高壓冷風管道壓力控制在0. 02 0. 05Mpa之內(nèi)，實現(xiàn)確保振子晶片的長時間穩(wěn)定正常 工作。 ——與此同時同，功率驅(qū)動控制工部指令自動跟蹤和信號采樣反饋系統(tǒng)開始運 行，安裝在油水分離罐內(nèi)相應位置上的各功能傳感器、油水界面指示儀、油水指標分析儀等 監(jiān)測儀表也開始工作，并實時將搜集到的各種信息、數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦β黍?qū)動控制工部中的數(shù) 字合成模塊內(nèi)；為功率驅(qū)動控制工部選擇確定、修正調(diào)整運行參數(shù)或決定執(zhí)行下一步程序， 提供數(shù)據(jù)支持和指令決策依據(jù)。 ——超聲破乳脫水處理作業(yè)的超聲波輻射時間，根據(jù)理論計算和實驗驗證，對一 般原油乳狀液的處理，都可以控制在15 20min之內(nèi)；具體執(zhí)行時間，由功率驅(qū)動控制工部根據(jù)采集和反饋的數(shù)據(jù)，自動判定，并發(fā)出完成超聲波輻射的指令。 ——完成超聲波輻射的時間，就是開始執(zhí)行沉降時間。功率驅(qū)動控制工部在發(fā)出完成超聲波輻射時間的同時，發(fā)出所有運行部件停止運行的指令；根據(jù)停止運行指令，超生波發(fā)生器(43)、超聲波換能器(38)、高速分散攪拌器、電加熱器(25)、冷卻器(30)等工作部件全部停止運行；破乳脫水作業(yè)工部進入執(zhí)行沉降時間。 ——超聲破乳脫水處理作業(yè)的沉降時間，根據(jù)理論計算和實驗證，對一般原油乳狀液的處理，都可以控制在30 40min之內(nèi)；具體執(zhí)行時間，由功率驅(qū)動控制工部，根據(jù)設(shè)置在油水分離罐各作業(yè)區(qū)內(nèi)的油水界面指示儀、油水指標分析儀等監(jiān)測儀表，實時傳輸?shù)挠退蛛x效果數(shù)據(jù)自動判定，并實時發(fā)出相應指令。 ——功率驅(qū)動控制工部，根據(jù)對油水分離作業(yè)效果的自動判斷，首先指令打開脫水原油排出閥門，從脫水原油排出口，將脫水原油排出；然后再指令打開分離水排出閥門，從分離水排出口，將分離水排出；最后指令打開分離沉降泥砂排出口，啟動泥砂清除器，靠螺旋葉片推動作用，將分離沉降泥砂從沉降泥砂排出口部分排出。 至此，原油超聲破乳脫水裝置，完成了對原油乳狀液的破乳脫水全部處理作業(yè)內(nèi)容。功率驅(qū)動控制工部，應該指令啟動輸油泵，向油水分離罐加注原油乳狀液，進行下一輪次的原油超聲破乳脫水作業(yè)。
權(quán)利要求
一種原油超聲破乳脫水裝置，它包括超聲波換能器，所述的超聲波換能器是由復合聚能輻射棒(1)、微調(diào)套筒(2)、預應力套筒(3)、安裝基座(4)、壓電稀土陶瓷晶片(5)、厚銅板電極(6)、薄銅板電極(7)、外殼(8)、節(jié)點支座(9)、后振動體(10)、吸收塊(11)、聲反饋晶片(12)、后端蓋(13)、電極引線(14)、冷卻氣進口(15)、振子晶堆工作部件組成，其特征在于所有電-聲轉(zhuǎn)換零部件都組裝在圓柱形外殼內(nèi)，通過預應力套筒(3)與前負載塊即聚能輻射棒(1)連接；通過導線連接到油水分離器的總接線控制盒(41)上，再與超聲波發(fā)生器(43)連接；通過冷卻氣進口(15)，與冷卻器(30)連接，超聲波換能器通過安裝基座(4)安裝固定在油水分離罐內(nèi)；以安裝基座(4)為分界面，聚能輻射棒(1)以浸沒形式布置在原油乳狀液內(nèi)，電聲轉(zhuǎn)換部分布置在原油乳狀液的液面以上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原油超聲破乳脫水裝置，其特征在于A、 振子晶堆由壓電稀土陶瓷晶片(5)、厚銅電極板(6)、薄銅板電極(7)、電極導線，通過環(huán)氧膠合組成；壓電稀土陶瓷晶片(5)的數(shù)量、直徑、厚度、孔徑形狀尺寸，根據(jù)超聲破乳脫水需要的頻率、功率等條件計算選定，厚銅電極板(6)，薄銅板電極(7)的數(shù)量及形狀尺寸，根據(jù)壓電稀土陶瓷晶片(5)的數(shù)據(jù)匹配設(shè)計，振子晶堆與前負載塊即聚能輻射棒(1)，以平面全接觸方式連接，前負載塊通過螺紋與預應力套筒(3)、微調(diào)套筒(2)連接，并作為固定機構(gòu)，振子晶堆與后負載塊也以平面全接觸方式連接，后負載塊中鋃有吸收塊(11)和聲反饋晶片(12);B、 壓電稀土陶瓷晶片(5)在振子晶堆外，設(shè)計有預應力套筒(3)、微調(diào)套筒(2)、前后負載塊調(diào)控機構(gòu)；C、 壓電稀土陶瓷晶片(5)是由鐵電材料經(jīng)磨細、燒結(jié)、極化制成，振子晶堆設(shè)計了厚銅電極板(6)，在超聲油水分離罐外，設(shè)有安裝有小型冷卻器(23);D、 聚能輻射棒(l)，選擇復合式聚能輻射棒；E、 原油超聲破乳脫水裝置在油水分離罐內(nèi)，安裝布置三臺超聲波換能器(38)，平面布置位置設(shè)計成在同心園120°分界線上，垂直位置設(shè)計成以安裝基(4)座為分界面，超聲波換能器的聚能輻射棒(1)以浸沒形式布置在原油乳狀液內(nèi)，超聲波換能器的電-聲轉(zhuǎn)換部分布置在原油乳狀液的液面以上，能使聚能輻射棒(1)在360°方向內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原油超聲破乳脫水裝置，包括油水分離罐，所述的油水分離罐，由罐體支座(16)、泥砂沉淀池(17)、分離水排除口 (18)、分離水儲存區(qū)(19)、泥砂隔離柵(20)、泥砂清除器(21)、分離泥砂沉降區(qū)(22)、分離油水混合區(qū)(23)、脫水原油排出口 (24)、電加熱器(25)、高速分散攪拌器(26)、罐體(27)、罐體保溫層(28)、換能器安裝支架(29)、冷卻器(30)、余氣分散區(qū)(31)、余氣排出口 (32)、罐蓋(33)、破乳劑加注器(34)、原油在線分析儀器儀(35)、原油進油口 (36)、連接法蘭盤(37)、超聲波換能器(38)、原油破乳脫水區(qū)(39)、沉降泥沙排除口 (40)、總接線控制盒(41)、導線束(42)、超聲波發(fā)生器(43)主要工作部件組成，其特征在于A、油水分離罐整體成圓柱體罐形；分成罐體和罐蓋(33)兩部分，用連接法蘭盤(37)連接固定；罐體通過罐體支座(16)與設(shè)備基礎(chǔ)連接固定，在罐體內(nèi)，自上而下劃分成余氣分散區(qū)(31)、原油破乳脫水作業(yè)區(qū)(39)、分離油水混合區(qū)(23)、分離泥砂沉降區(qū)(22)、分離水沉降儲存區(qū)(19)五個作業(yè)功能區(qū)；由泥砂隔離柵(20)，將分離水沉降儲存區(qū)(19)與其他作業(yè)區(qū)分隔；在分離水沉降儲存區(qū)(19)內(nèi)，設(shè)有泥砂沉淀池；B、 安裝三臺超聲波換能器(23)，安裝在油水分離罐的同心園120°分界線上，原油乳狀液在油水分離罐內(nèi)的最高界面為基準，在罐體內(nèi)壁上安裝換能器安裝支架(29)，通過換能器安裝支架(29)與超聲波換能器(38)安裝基痤連接固定；換能器的電-聲轉(zhuǎn)換部分，布置在原油乳狀液液面以上，換能器的聚能輻射棒(1)以全浸沒形式布置在原油乳狀液內(nèi)；C、 在罐蓋(33)外壁上安裝有高壓冷卻器(30)，通過冷卻通風管與超聲波換能器(38)的冷卻氣進氣口連接；D、 在罐體外壁安裝有保溫層(28)，在原油破乳脫水區(qū)(39)，安裝有電加熱器(25)和溫度傳感器；E、 在原油進入油水分離罐的進油管道上，安裝有原油在線自動分析儀(35)，并能實時將測得的指標數(shù)據(jù)傳輸至超聲波發(fā)生器(28)的現(xiàn)場CPU內(nèi)；同時還在原油進入油水分離罐的進油管道上，裝有化學破乳劑溶液加注器(34);F、 在分離泥砂沉淀區(qū)(22)，安裝有螺旋式泥砂清除器(21);G、 在油水分離罐內(nèi)的相應位置上，設(shè)置有傳感器、液面指示儀、油水在線分析儀(35)，同時還布置有控制油水分離罐各工作部件運行的電機、閥門、開關(guān)電器元件，均統(tǒng)一接入設(shè)計安裝在罐體外部的總接線控制盒(41)內(nèi)；通過導線束(42)與超聲波發(fā)生器(43)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原油超聲破乳脫水裝置，其特征在于超聲波發(fā)生器(43)，它是由人機交互數(shù)字顯示器、AVR高速嵌入式單片機、數(shù)字合成模塊、信號驅(qū)動模塊、功率放大模塊、匹配網(wǎng)絡(luò)模塊、發(fā)生器殼體工作部件組成，超聲波發(fā)生器(43)，以AVR高速嵌入式單片機做為現(xiàn)場CPU，通過單片機的底板總線系統(tǒng)設(shè)有的標準插槽或插座，分別與內(nèi)部各工作部件模塊相連通；與分別布置在管線、油水分離罐中的功能傳感器、在線分析儀(35)相連通；與分別控制原油進出、分離水排出、沉淀泥砂排出、破乳劑溶解液添力n、分散攪拌器、電加熱器(10)、超聲波換能器冷卻器裝置的電磁開關(guān)、閥門、電動機相連接；與PLC連接通訊，并通過PLC指揮控制原油超聲破乳脫水裝置，對上述組成發(fā)生器的所有各工作部件均采用集成技術(shù)，將構(gòu)成各工作部件的各種獨立元器件、配套電路，全部集成到單獨模塊上，各單獨模塊均采用印刷線路技術(shù)，嵌入所有獨立元器件；各單獨模塊均設(shè)計有標準插板，通過單片機底板總線系統(tǒng)與現(xiàn)場CPU連通。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原油超聲破乳脫水的方法，其特征在于A、 接通電源，檢查所有工作部件均在正常狀態(tài)后，由超聲波發(fā)生器(28)指令啟動輸油泵，向油水分離罐加注原油乳狀液；B、 原油在線分析儀(35)工作，實時測出原油各項物性指標；并將測到的原油密度、粘度、含水量、含鹽量和化學成份數(shù)量等物性指標數(shù)值，傳輸進超聲波發(fā)生器(43)的現(xiàn)場CPU內(nèi)，同時在顯示器屏幕上顯示；C、 在超聲波發(fā)生器(43)內(nèi)，根據(jù)接收的原油物性指標數(shù)據(jù)，通過與預設(shè)處理方案組配進行分析對比，選擇確定出超聲波的頻率、聲強、脈沖寬度、輻射時間超聲波作業(yè)特性參數(shù)，實時將作業(yè)指令轉(zhuǎn)輸?shù)匠暡〒Q能器內(nèi)，并在顯示屏幕上顯示；同時，將選擇確定的破乳劑溶液加注器(34)、冷卻氣通入量、加熱器加熱溫度及時間、高速分散攪拌器轉(zhuǎn)速及時間作業(yè)運行指令參數(shù)，實時傳輸?shù)较嚓P(guān)運行部件的執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行，并在顯示器屏幕上顯示；D、 超聲波換能器(38)的各運行部件，按超聲波發(fā)生器(38)的指令開始運行；E、 與此同時，超聲波發(fā)生器(43)的自動跟蹤和信號采集系統(tǒng)啟動；安裝在油水分離罐內(nèi)相應位置上的各動能傳感器、油水液面指示儀、油水指標在線分析儀(35)監(jiān)測儀表也開始工作，實時將收集到的各種信息、數(shù)據(jù)等傳輸?shù)匠暡òl(fā)生器(43)的現(xiàn)場CPU內(nèi)，在超聲波發(fā)聲器(43)內(nèi)，按C項描述的作業(yè)程序?qū)崟r進行控制調(diào)整，并在顯示器屏幕上顯示；F、 超聲波發(fā)生器(43)，根據(jù)設(shè)定的輻射時間和收到的監(jiān)測信息，經(jīng)自動對比計算，斷定并指令所有運行部件停止運行，進入沉降時間；G、 超聲波發(fā)生器(43)，根據(jù)各作業(yè)區(qū)設(shè)置的油水液面指示儀和油水在線分析儀(35)實時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，分別指令先后打開脫水原油排出閥門和分離水排出閥門，先后排出脫水原油和分離水；然后再指令打開分離泥砂排出閥門，啟動泥砂清除器(20)，排出部分分離沉降泥砂；H、 超聲波發(fā)生器(43)，指令啟動輸油泵向油水分離罐加注需要處理的原油乳狀液，進入下一輪次的原油破乳脫水作業(yè)循環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的原油超聲破乳脫水的方法，其特征在于原油超聲破乳脫水作業(yè)技術(shù)路線，由原油物性分析、功率驅(qū)動控制、電/聲轉(zhuǎn)換輻射、破乳脫水作業(yè)四個具體作業(yè)工部組成，(1) 、原油物性分析工部原油物性分析工部的作業(yè)任務，主要由配置的有多種監(jiān)測儀器儀表組成的原油在線分析儀(35)完成，原油物性分析工部承擔的主要工藝內(nèi)容有——對需要進行超聲破乳脫水處理的原油乳狀液，進行物性指標數(shù)據(jù)檢測分析；檢測分析的物性指標包括溫度、粘度、含水率、泥砂率、乳狀液類型及NaCI、MgCI2、CaCI2鹽類物質(zhì)含量，——除首次處理不同物性原油必須進行檢測分析外，檢測分析的數(shù)量基數(shù)，時間間隔，均根據(jù)國家規(guī)定的抽樣辦法進行檢測，——將規(guī)定檢測分析的所有物性指標數(shù)值，實時傳輸進超聲波發(fā)生器的現(xiàn)場CPU內(nèi)，做為選擇超聲波特性參數(shù)和作業(yè)運行參數(shù)的基礎(chǔ)依據(jù)，——完成原油物性指標分析后，根據(jù)功率驅(qū)動控制工部的指令，啟動輸油泵，向油水分離罐加注原油乳狀液；(2) 、功率驅(qū)動控制工部A、 目的是為進行超聲破乳脫水作業(yè)提供大功率超聲功率源，同時實現(xiàn)原油超聲破乳脫水作業(yè)全過程在線自動控制，B、 功率驅(qū)動控制工部的作業(yè)任務，主要由配置的超聲波發(fā)生器(43)完成，C、 功率驅(qū)動控制工部承擔的主要工藝內(nèi)容有——接收原油在線分析儀(35)傳輸?shù)脑腿闋钜簻囟取⒚芏?、粘度、含水率、泥砂率、乳狀液類型及NaCI、MgCI2、 CaCI2鹽類物質(zhì)含量物性指標數(shù)值，并在顯示器屏幕上顯示——接收并顯示原油乳狀液物性指標后，下達向油水分離罐進行輸油指令；——通過數(shù)字合成模塊，將接收到的原油乳狀液物性指標數(shù)值，實時與存儲的預設(shè)處理方案組配進行自動對比分析，經(jīng)設(shè)有的數(shù)學邏輯模型電路自動分析計算，選擇確定出對該批原油乳狀液進行超聲破乳脫水處理應采用的超聲波頻率、聲強、輻射時間、脈沖寬度等超聲波特性參數(shù)，同時選擇確定出破乳劑溶解液加注量、冷卻氣通入時間及數(shù)量、高速分散攪拌器轉(zhuǎn)速、加熱溫度及時間等運行作為參數(shù)，并將選擇確定的這些參數(shù)實時傳輸?shù)叫盘栻?qū)動模塊，同時在顯示器屏幕上顯示，——通過信號驅(qū)動模塊中的鎖相式頻率自動反饋跟蹤系統(tǒng)和信號采樣編碼傳輸系統(tǒng)的相位比較器、電壓比較器、低通濾波器、壓控振蕩器等電路器件的工作，將接收到的數(shù)字合成模塊選擇確定的各類參數(shù)數(shù)值，轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)執(zhí)行需要頻率激勵信號，分別實時傳輸?shù)焦β史糯竽K和電聲轉(zhuǎn)換輻射工部、破乳脫水作工部中的相關(guān)作業(yè)部件中，與此同時，指令啟動保護電路，自動設(shè)定異常信號，設(shè)定作業(yè)故障、作業(yè)參數(shù)的定位限制，補償機制等報警識別、觸發(fā)信息；——通過功率放大模塊中的激勵放大器、開關(guān)型功率放大器電路、器件的工作，將從信號驅(qū)動模塊中接收到的頻率激勵信號，轉(zhuǎn)換成超聲波換能器能使用的超聲電能，并實時傳輸?shù)狡ヅ渚W(wǎng)絡(luò)模塊中；——通過匹配網(wǎng)絡(luò)模塊中的阻抗匹配、調(diào)諧匹配等電路、器件的工作，使超聲波發(fā)生器向超聲波換能器輸出的超聲電能功率達到最大值，并以穩(wěn)定的功率向超聲波換能器提供能產(chǎn)生超聲破乳脫水作業(yè)的設(shè)計電能，并指令超聲波換能器工作；——與此同時，經(jīng)信號驅(qū)動模塊指令啟動的自動跟蹤、信號采樣系統(tǒng)和破乳脫水工部中布置的各功能傳感器、油水液面指示儀、油水指標在線分析儀監(jiān)測系統(tǒng)，都進入正常工作狀態(tài)，并實時向數(shù)字合成模塊傳輸所測得的各種數(shù)據(jù)信息，在數(shù)字合成模塊內(nèi)對這些參數(shù)進行比對分析、邏輯運算，根據(jù)運算結(jié)果，對已經(jīng)選擇確定的超聲波特性參數(shù)和運行作為參數(shù)，分別進行調(diào)整修正，發(fā)出調(diào)整修正指令，同時在顯示器屏幕上顯示?！鶕?jù)傳輸和反饋的信息數(shù)據(jù)，自動判斷進行超聲破乳脫水處理作業(yè)時輻射時間、沉降時間作業(yè)開始或停止，自動判斷分離沉降泥砂、脫水原油、分離水處理作業(yè)成果的排出作業(yè)開始或停止，并向相關(guān)執(zhí)行工作部件，發(fā)出相應執(zhí)行指令；(3)、電/聲轉(zhuǎn)換輻射工部A、 原油超聲破乳脫水作業(yè)技術(shù)路線時，安排布置有電/聲轉(zhuǎn)換輻射工部，目的是使這種超聲波換能器產(chǎn)生的頻率、聲強代表超聲波特性的運行參數(shù)，能符合超聲破乳脫水作業(yè)技術(shù)條件需要；B、 電/聲轉(zhuǎn)換輻射工部的作業(yè)任務，主要由配置的超聲波換能器(43)來完成，C、 電/聲轉(zhuǎn)換輻射工部承擔的主要工藝內(nèi)容有——通過功率驅(qū)動控制工部中匹配網(wǎng)絡(luò)模塊的正常作業(yè)，接收系統(tǒng)需要的大功率穩(wěn)定的超聲電能，——通過設(shè)計配置的電/聲工作部件，依靠電/聲換能核心部件振子晶堆特有的電致伸縮效應和振模特性，把從功率驅(qū)動工部接收到的超聲電能轉(zhuǎn)換成超聲波聲能，并以能代表超聲波特性的頻率、聲強、脈沖寬度的形式，傳輸?shù)骄勰茌椛浒?1)上，——通過以全浸沒式安裝布置在原油乳狀液中的聚能輻射棒(1)，將從電/聲轉(zhuǎn)換工作部件傳輸?shù)降拇沓暡ㄌ匦詤?shù)數(shù)值，聚能放大成原油超聲破乳脫水作業(yè)所需要的頻率、聲強、脈沖寬度等作業(yè)參數(shù)，并實時向原油乳狀液中輻射傳導，完成超聲破乳脫水作業(yè)；——通過信號采樣傳輸反饋系統(tǒng)，將超聲波換能器作業(yè)過程中的各種信息，實時采集反饋到功率驅(qū)動控制工部中的數(shù)字合成模塊上，為自動調(diào)控系統(tǒng)提供修正調(diào)整運行作業(yè)參數(shù)提供依據(jù)；(4)、破乳脫水作業(yè)工部A、 原油超聲破乳脫水作業(yè)技術(shù)路線時，安排布置有破乳脫水作業(yè)，B、 破乳脫水作業(yè)工部的作業(yè)任務，主要由配置的破乳劑加注器(34)和油水分離罐完成，C、 破乳脫水作業(yè)工部承擔的主要工藝內(nèi)容有——通過原油進油口 ，接收需要進行超聲破乳脫水處理的原油乳狀液，——通過破乳劑加注器(34)，按功率驅(qū)動控制工部發(fā)出的指令，向原油乳狀液中加注一定比例的破乳劑溶解液，實現(xiàn)破壞原油乳狀液的油水界面膜，增強原油乳狀液中的水微粒和油微粒各自的分散、溶解能力，協(xié)助配合超生波產(chǎn)生的位移效應，提高對原油乳狀液的破乳脫水效率和效果，——通過安裝在油水分離罐內(nèi)的超聲波換能器(38)，實時向原油乳狀液輻射傳導代表超聲波特性的頻率、聲強、脈沖寬度等超聲波聲能，使原油乳狀液產(chǎn)生位移效應和空化作用，實現(xiàn)超聲破乳脫水作業(yè)；——與此同時，配置在油水分離罐上的高速分散攪拌器、加熱器(25)、冷卻器(30)輔助作業(yè)部件，也按功率驅(qū)動控制工部發(fā)出的指令同時分別開始運行，高速分散攪拌器，以1800r/min的轉(zhuǎn)速高速轉(zhuǎn)動，通過葉片攪動原油乳狀液在油水分離罐內(nèi)高速流動分散，實現(xiàn)增加水微粒分散、碰撞、聚潔機率，提高油、水分離的效率和效果，電加熱器(25)，以大功率加熱升溫的方式向原油乳狀液中施放大量熱能，使原油乳狀液始終保持在50 7(TC的溫度范圍內(nèi)接受破乳脫水技術(shù)處理，實現(xiàn)降低原油乳狀液的原有粘度，有利于在此環(huán)境中的水微粒分散、碰撞和水滴分離、沉降，有助于提高油、水分離的效率和效果，冷卻器(30)，采用通過獨立管路為超聲波換能器(38)的振子晶堆提供高壓冷風方式，進行散熱降溫作業(yè)，高壓冷風管道壓力控制在0. 02 0. 05Mpa之內(nèi)，實現(xiàn)確保振子晶片的長時間穩(wěn)定正常工作，——與此同時同，功率驅(qū)動控制工部指令自動跟蹤和信號采樣反饋系統(tǒng)開始運行，安裝在油水分離罐內(nèi)相應位置上的各功能傳感器、油水界面指示儀、油水指標分析儀監(jiān)測儀表也開始工作，并實時將搜集到的各種信息、數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦β黍?qū)動控制工部中的數(shù)字合成模塊內(nèi)，為功率驅(qū)動控制工部選擇確定、修正調(diào)整運行參數(shù)或決定執(zhí)行下一步程序；——超聲破乳脫水處理作業(yè)的超聲波輻射時間，可以控制在15 20min之內(nèi)；——完成超聲波輻射的時間，就是開始執(zhí)行沉降時間，功率驅(qū)動控制工部在發(fā)出完成超聲波輻射時間的同時，發(fā)出所有運行部件停止運行的指令，根據(jù)停止運行指令，超生波發(fā)生器(43)、超聲波換能器(38)、高速分散攪拌器、電加熱器(25)冷卻器(30)工作部件全部停止運行；破乳脫水作業(yè)工部進入執(zhí)行沉降時間；——超聲破乳脫水處理作業(yè)的沉降時間，可以控制在30 40min之內(nèi)；具體執(zhí)行時間，由功率驅(qū)動控制工部，根據(jù)設(shè)置在油水分離罐各作業(yè)區(qū)內(nèi)的油水界面指示儀、油水指標分析儀等監(jiān)測儀表，實時傳輸?shù)挠退蛛x效果數(shù)據(jù)自動判定，并實時發(fā)出相應指令；——功率驅(qū)動控制工部，根據(jù)對油水分離作業(yè)效果的自動判斷，首先指令打開脫水原油排出閥門，從脫水原油排出口 (24)，將脫水原油排出，然后再指令打開分離水排出閥門，從分離水排出口 (18)，將分離水排出，最后指令打開分離沉降泥砂排出口 (40)，啟動泥砂清除器，靠螺旋葉片推動作用，將分離沉降泥砂從沉降泥砂排出口 (40)部分排出，至此，原油超聲破乳脫水裝置，完成了對原油乳狀液的破乳脫水全部處理作業(yè)內(nèi)容。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石油原油采、煉行業(yè)中的油水分離技術(shù)，更具體地說，它是一種原油超聲破乳脫水裝置及其破乳脫水方法，本發(fā)明是應超聲波的特性，借助化學破乳劑的化學活性作用，協(xié)同配合，破壞原油乳狀液的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，促使原油乳狀液快速發(fā)生結(jié)構(gòu)性變化，實現(xiàn)消耗電量少、破乳劑用量比例小、油水分離徹底、分離水和沉降泥砂中含油量極低的原油超聲破乳脫水裝置其破乳脫水方法，本發(fā)明主要應用于油田的中聯(lián)站、采油集中場，只要油田能正常采油作業(yè)，有原油破乳脫水處理要求，都可以應用。
文檔編號C10G33/00GK101724439SQ200810051348
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日
發(fā)明者趙東方, 趙顏玲 申請人:四平市仲科科技有限公司