Электродегидратор
Полезная модель относится к аппаратам для обезвоживания и обессоливания нефти и очистки нефтепродуктов и может быть использована в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.
Предложен электродегидратор, включающий корпус, систему ввода и распределения сырья, штуцер вывода нефти, штуцер вывода воды, два высоковольтных источника питания и электроды, расположенные в вертикальных плоскостях и поочередно соединенные с соответствующими источниками питания, в котором электроды выполнены в виде параллельных решеток, каждая из которых смещена относительно соседней по высоте.
Решетки смещены друг относительно друга по высоте на от 1/5 до 1/3 высоты решетки и могут быть выполнены из металлических труб, стержней, полос или их комбинаций.
Использование предложенного электродегидратора позволяет повысить эффективность и надежность его работы, снизить энергозатраты, а также упростить и удешевить его изготовление.
Полезная модель относится к аппаратам для обезвоживания и обессоливания нефти и очистки нефтепродуктов и может быть использована в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.
Известен электроразделитель для нефти и нефтепродуктов, содержащий корпус, систему ввода сырья, устройства для вывода очищенного продукта и отделенных примесей, высоковольтный источник питания, узел ввода высокого напряжения и пластинчатые электроды в виде вертикальных параллельных и чередующихся между собой заземленных через корпус пластин и потенциальных пластин, изолированных от корпуса с помощью подвесных изоляторов и электрически соединенных с высоковольтным источником питания. Для создания в аппарате электрического поля с возрастающей снизу вверх напряженностью к нижней части каждого ряда вертикальных пластин прикреплены вертикальные стержни разной длины так, что более длинные стержни одного ряда размещены против более коротких стержней соседнего ряда [а.с. СССР 
728881, В01Д 17/06, опубл. 25.04.80 г.].
Недостатком этого аппарата является сложность изготовления плоских пластин большой площади, обеспечения их жесткости и плоскости, поскольку промышленные аппараты имеют большие геометрические размеры. Отклонения от плоскостности не дают возможности поддерживать оптимальное для процесса напряжение на источнике питания из-за пробоев местах наибольшей близости пластин. Из-за этого эффективность работы аппаратов с пластинчатыми электродами невысока и в настоящее время они практически не выпускаются. Другим недостатком указанного аппарата являются повышенные энергозатраты, свойственные любому аппарату с пластинчатыми электродами из-за большой площади этих электродов.
Наиболее близким к предлагаемому является электродегидратор, содержащий корпус, систему ввода сырья, штуцер вывода нефти, сборник отделенной воды, два высоковольтных источника питания и пластинчатые электроды, расположенные в вертикальных пересекающихся плоскостях и поочередно соединенные с разнофазными источниками питания [патент США 4126537, В01Д 13/02, В03С 5/00, опубл. 21.11.78 г.].
Недостатком этого аппарата является низкая эффективность и надежность работы и высокие энергозатраты при обычной для нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности входной обводненности сырья, как правило, превышающей 3% об. Это связано с тем, что исходное сырье с максимальной обводненностью сначала поступает в зону максимальной напряженности электрического поля на участке минимального расстояния между пластинчатыми электродами. Поэтому на этом участке наиболее высока вероятность электрических пробоев, вызываемых интенсивным формированием токопроводящих цепочек из капель воды, приводящих к существенному снижению напряжения на электродах и эффективности процесса коалесценции во всем объеме межэлектродного пространства. Кроме того, наиболее крупные капли полидисперсной эмульсии на входе могут диспергироваться (каждой напряженности электрического поля соответствует свой равновесный размер капли) с образованием мельчайших вторичных капель, которые уже не могут коалесцировать в поле с пониженной напряженностью и выходят из аппарата с потоком нефти, увеличивая его обводненность.
Кроме того, пластинчатые электроды сложны в изготовлении и имеют малую жесткость, из-за чего сложно выдержать требуемые межэлектродные расстояния, что также негативно сказывается на эффективности работы.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности и надежности работы аппарата, упрощение изготовления и снижение энергозатрат.
Указанная задача решается тем, что в электродегидраторе, включающем корпус, систему ввода и распределения сырья, штуцер вывода нефти, штуцер вывода воды, два высоковольтных источника питания и электроды, расположенные в вертикальных плоскостях и поочередно соединенные с соответствующими источниками питания, электроды выполнены в виде параллельных решеток, каждая из которых смещена относительно соседней по высоте.
Указанная задача решается также тем, что смещение решеток по высоте может составлять от 1/5 до 1/3 высоты решетки. Электродные решетки могут быть выполнены из металлических труб, стержней, полос или их комбинаций.
Сущность полезной модели поясняется Фиг.1-3.
На Фиг.1 показан продольный разрез электродегидратора, где: 1 - заземленный корпус, 2 - система ввода и распределения сырья, 3 - штуцер вывода нефти, 4 - штуцер вывода воды, 5 и 6 - электродные решетки, 7 и 8 - высоковольтные источники, подключенные к разным фазам сети переменного тока.
На Фиг.2 - показано сечение А-А фиг.1, где: 1 - заземленный корпус, 2 - система ввода и распределения сырья, 3 - штуцер вывода нефти, 5 и 6 - электродные решетки, 9 и 10 - балки, 11 - подвесные изоляторы.
на Фиг.3 показан схематически характер силовых линий электрического поля в межэлектродном пространстве в электродегидраторе.
Электродегидратор (фиг.1, 2) содержит заземленный корпус 1, систему ввода и распределения сырья 2, штуцер вывода нефти 3, штуцер вывода воды 4 и электродную систему в виде размещенных в вертикальной плоскости параллельных решеток 5 и 6, соединенных через одну с соответствующими источниками питания 7 и 8. Элементы электродной системы выполнены в виде параллельных решеток 5 и 6 соединенных через одну с соответствующими высоковольтными источниками питания 7 и 8. Решетки закреплены на балках 9 и 10, подвешенных на изоляторах 11. Каждая из решеток 5 и 6 смещена относительно соседней по высоте, это смещение составляет от 1/5 до 1/3 высоты нижерасположенной решетки.
Все решетки изготавливают из металла, что намного упрощает и удешевляет их изготовление.
Предлагаемый аппарат (фиг.1-3) работает следующим образом.
Нефть в смеси с водой подают в систему ввода и распределения сырья 2. Внутри аппарата она проходит восходящим потоком, обрабатывается электрическим полем при прохождении электродной системы и выводится через систему сбора и вывода нефти 3. В электрическом поле на капли воды, находящейся в нефти, действуют силы взаимного притяжения, в результате чего капли укрупняются и осаждаются в нижнюю часть аппарата, где с помощью автоматики поддерживает постоянный уровень воды, сбрасывая ее избыток. Электрическое поле существуют как между соседними решетками, соединенными с источниками питания, подключенным к разным фазам сети переменного тока, так и между нижерасположенной решеткой и уровнем воды, как это показано на фиг.3.
При оценке заявляемого устройства следует иметь в виду, что основной характеристикой электрического поля является его напряженность, определяемая разностью потенциалов между соседними элементами электродов и расстоянием между ними. Укрупнение капель происходит под действием сил взаимного притяжения, зависящих от напряженности электрического поля, расстояния между каплями и их радиусов. Чем ближе капли находятся друг к другу, тем сильнее они притягиваются и быстрее сливаются.
Каждой напряженности электрического поля соответствует свой равновесный размер капель воды, которые могут существовать в нем: более мелкие укрупняются, более крупные дробятся.
Заявленное устройство создает четыре зоны электрического поля.
Первая зона - поле между нижним краем нижерасположенной электродной решетки и уровнем электропроводной воды, создающей заземленный через корпус электрод. В этой зоне наиболее высока концентрация воды, т.е. наименьшее расстояние между ее каплями в нефти. Силы притяжения капель друг к другу, под действием которых капли сливаются друг с другом и укрупняются, определяются напряженностью электрического поля и расстоянием между каплями. В нижней зоне из-за малого расстояния между каплями эффективно идет процесс коалесценции и осаждения капель, так что основное количество воды выпадает в этой зоне. Для этой зоны характерна невысокая напряженность электрического поля, она определяется уровнем воды в аппарате и легко регулируется в процессе эксплуатации. В промышленных аппаратах высота этой зоны может составлять от 300 до 1000 мм.
Наличие зоны с пониженной напряженностью существенно повышает надежность работы аппарата благодаря уменьшению вероятности пробоев в зоне максимальной обводненности сырья.
Вторая по высоте зона электрического поля образуется между нижним краем вышерасположенной решетки и соседней нижерасположенной решеткой. Напряженность поля в этой зоне возрастает по высоте, достигает максимума на уровне низа вышерасположенной решетки и сохраняется таковой до уровня верха нижерасположенной решетки. В зоне постепенно возрастающей напряженности коалесцируют капли соответствующих каждой напряженности размеров. В зоне максимальной напряженности, т.е. в третьей зоне электрообработки нефти, коалесцируют наиболее мелкие капли. Размер образующихся в результате коалесценции капель не может быть больше, чем это соответствует максимальной напряженности поля. Доукрупнение капель воды и их дополнительное осаждение происходит в следующей по высоте, четвертой зоне электрообработки в объеме между верхними краями соседних решеток, где снижается напряженность электрического поля.
В результате в выходящей из аппарата нефти снижается содержание воды и солей, т.е. повышается эффективность работы.
В заявленном аппарате достигается существенное снижение энергозатрат по сравнению с известными аналогами по следующим причинам. Потребляемая электрическая мощность пропорциональна электропроводности нефтяной эмульсии и квадрату напряженности электрического поля. Электропроводность эмульсии при заданной температуре определяется ее обводненностью. В заявляемом устройстве в зоне наиболее обводненной, т.е. в зоне наиболее электропроводной эмульсии, минимальна напряженность электрического поля, по ходу движения нефти снижается электропроводность нефти и растет напряженность поля. В результате существенно снижается потребляемая электрическая мощность по сравнению с потребляемой электрической мощностью аппарата, у которого нижние края всех электродов находятся на одном уровне. Кроме того, площадь поверхности решетчатого электрода во много раз меньше, чем площадь поверхности пластинчатого электрода, что так же обеспечивает снижение энергозатрат.
1. Электродегидратор, включающий корпус, систему ввода и распределения сырья, штуцер вывода нефти, штуцер вывода воды, два высоковольтных источника питания и электроды, расположенные в вертикальных плоскостях и поочередно соединенные с соответствующими источниками питания, отличающийся тем, что электроды выполнены в виде параллельных решеток, каждая из которых смещена относительно соседней по высоте.
2. Электродегидратор по п.1, отличающийся тем, что решетки смещены относительно друг друга по высоте на от 1/5 до 1/3 высоты решетки.
3. Электродегидратор по п.1, отличающийся тем, что решетки выполнены из металлических труб, стержней, полос или их комбинаций.
