RU2523313C2

RU2523313C2 - Electric dehydrator

Info

Publication number: RU2523313C2
Application number: RU2012146216/05A
Authority: RU
Inventors: Рустям Исламович Насибуллин
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-07-20
Also published as: RU2012146216A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: electric dehydrator includes electrodes and distribution devices in the form of distribution boxes with open bottom and perforated top out of flexible dielectric material attached to a frame; in the work state, the boxes have vault shape.

EFFECT: enhanced performance of electric dehydrator, expanded scope of work loads, enhanced demineralisation and dehydration efficiency, reduced cost of distribution device.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для обезвоживания и обессоливания нефти и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.The invention relates to devices designed for dehydration and desalting of oil and can be used in the refining industry.

Известны электродегидраторы, содержащие корпус, электроды, штуцера для вывода продуктов и ввода сырья, а также присоединенные к вводу сырья распределительные устройства, представляющие собой трубчатые коллекторы различных конструкций [Логинов В.И. Обезвоживание и обессоливание нефтей. - М.: Химия, 1979 г. - 216 с.].Known electric dehydrators containing a housing, electrodes, fittings for the output of products and input of raw materials, as well as switchgears connected to the input of raw materials, which are tubular collectors of various designs [Loginov V.I. Dehydration and desalination of oils. - M.: Chemistry, 1979 - 216 p.].

В процессе обессоливания и обезвоживания нефти в подогретую нефть добавляют пресную воду и полученную эмульсию подают в нижнюю часть электродегидратора через распределительное устройство. За счет разности плотностей нефти и воды в электродегидраторе происходит отстаивание и разделение эмульсии. В нижней части образуется слой воды, в верхней части слой нефти, а между ними образуется промежуточный эмульсионный слой с относительно высоким содержанием воды. В верхней части в слое нефти расположены два электрода, на которые подается высокое переменное напряжение. Под действием переменного напряжения происходит сближение и слияние мелких капель воды в более крупные, что способствует их отстаиванию. Корпус электродегидратора заземлен или присоединен к нулевой фазе, поэтому переменное электрическое поле возникает не только между электродами, но и между электродами и корпусом, а также между электродами и слоем воды. Толщина промежуточного эмульсионного слоя влияет на производительность электродегидратора. При увеличении его толщины может происходить электрический пробой. С другой стороны, силы притяжения между каплями воды зависят от расстояния между ними, поэтому процесс слияние капель в пределах промежуточного эмульсионного слоя протекает достаточно интенсивно. На эффективность работы электродегидратора влияет качество распределения поступающей жидкости. При неравномерном распределении в нефтяном слое возникают вертикальные потоки, которые существенно влияют на эффективность отстаивания. Распределительные устройства в виде трубчатых коллекторов имеют ряд недостатков. Сложная и разветвленная система труб создает сложности при монтаже и последующем обслуживании. При истечении жидкости через отверстия в трубах, по длине труб коллектора происходит падение давления и возникает неравномерное истечение жидкости. Для более равномерного истечения создают больший перепад давления за счет уменьшения числа отверстий и их диаметра. Уменьшение числа отверстий снижает качество распределения жидкости, а уменьшение диаметра приводит к увеличению скорости истечения жидкости и повышает вероятность их засорения. Увеличение скорости жидкости турбулизует потоки в электродегидраторе и отрицательно влияет на процесс отстаивания. При высокой скорости истечения жидкости происходит дробление капель нефти, мелкие капли медленнее поднимаются и коагулируют, что увеличивает толщину промежуточного эмульсионного слоя типа «нефть в воде».In the process of desalting and dehydration of oil, fresh water is added to the heated oil and the resulting emulsion is fed to the lower part of the electric dehydrator through a switchgear. Due to the difference in the densities of oil and water in the electric dehydrator, sedimentation and separation of the emulsion occur. A layer of water forms in the lower part, an oil layer in the upper part, and an intermediate emulsion layer with a relatively high water content forms between them. In the upper part of the oil layer there are two electrodes to which a high alternating voltage is applied. Under the action of alternating voltage, small drops of water come closer and merge into larger ones, which contributes to their upholding. The body of the electric dehydrator is grounded or connected to the zero phase, so an alternating electric field occurs not only between the electrodes, but also between the electrodes and the body, as well as between the electrodes and the water layer. The thickness of the intermediate emulsion layer affects the performance of the electric dehydrator. As its thickness increases, electrical breakdown can occur. On the other hand, the attractive forces between water droplets depend on the distance between them; therefore, the process of droplet fusion within the intermediate emulsion layer proceeds quite intensively. The efficiency of the electric dehydrator is affected by the quality of the distribution of the incoming fluid. With uneven distribution in the oil layer, vertical flows arise, which significantly affect the effectiveness of sedimentation. Switchgears in the form of tubular collectors have several disadvantages. A complex and extensive pipe system creates difficulties in installation and subsequent maintenance. When fluid flows through openings in the pipes, a pressure drop occurs along the length of the manifold pipes and an uneven fluid flow occurs. For a more uniform outflow, a greater pressure drop is created by reducing the number of holes and their diameter. A decrease in the number of holes reduces the quality of the liquid distribution, and a decrease in diameter leads to an increase in the rate of fluid outflow and increases the likelihood of clogging. An increase in the fluid velocity turbulates flows in the electric dehydrator and adversely affects the settling process. At a high rate of fluid outflow, oil droplets are crushed, small droplets rise and coagulate more slowly, which increases the thickness of the intermediate oil-in-water emulsion layer.

Известны электродегидраторы содержащие корпус, электроды, штуцера для вывода продуктов и ввода сырья, а также распределительные устройства, представляющие собой открытые снизу и перфорированные сверху распределительные короба, присоединенные к трубам подачи сырья и соединенные между собой распределительными трубами [Логинов В.И. Обезвоживание и обессоливание нефтей. - М.: Химия, 1979 г. - 216 с.].Known electrical dehydrators containing a housing, electrodes, fittings for outputting products and introducing raw materials, as well as distribution devices, which are open distribution boxes below and perforated above, connected to raw material supply pipes and interconnected by distribution pipes [V. Loginov. Dehydration and desalination of oils. - M.: Chemistry, 1979 - 216 p.].

Основным достоинством таких распределительных устройств является то, что перепад давления на отверстиях невелик и зависит от высоты слоя нефти в коробе, которая по длине короба является практически постоянной. Поэтому обеспечивается практически одинаковая и сравнительно низкая скорость истечения жидкости через отверстия. Конструкция имеет недостатки. Размеры коробов определяются требованиями монтажа через люк-лазы, поэтому требуется установить достаточно большое количество коробов и соединить их распределительными трубами. Короба должны быть достаточно прочными, что предполагает сравнительно высокую материалоемкость. Для обеспечения равномерности распределения жидкости по коробам распределительных труб должно быть достаточно много, они должны иметь достаточно большой диаметр и должна быть достаточно большой высота слоя нефти ниже распределительных труб. Распределительное устройство имеет низкий диапазон рабочих нагрузок. Диапазон рабочих нагрузок определяется соотношением между минимальной и максимальной высотой слоя нефти в коробе. При увеличении расхода и повышении плотности нефти увеличивается высота слоя нефти в коробах, и максимальная производительность ограничивается высотой короба. При снижении расхода и плотности нефти высота слоя нефти уменьшается, и минимальная производительность определяется работоспособностью распределительных труб. Отметим, что расход жидкости, протекающей через отверстия, пропорционален квадрату перепада давления, то есть, например, при увеличении расхода в два раза высота слоя нефти в коробах увеличивается в четыре раза. Таким образом, для обеспечения широкого диапазона рабочих нагрузок, короба должны иметь сравнительно большую высоту. Но высота коробов ограничивается размерами люк лазов, кроме того, увеличение высоты коробов уменьшает расстояние между границей раздела фаз и электродами, что может приводить к электрическому пробою. Отметим, что в нижней части коробов имеется граница раздела фаз между нефтью и водой и в коробах происходит частичное отстаивание воды. Сравнительно крупные капли воды отделяются, что приводит к уменьшению содержания воды в нефти, уменьшению высоты промежуточного эмульсионного слоя и увеличению максимальной производительности. Но площадь отстаивания в коробах невелика и этот эффект в литературе даже не упоминается.The main advantage of such switchgears is that the pressure drop across the holes is small and depends on the height of the oil layer in the box, which is almost constant along the length of the box. Therefore, almost the same and relatively low rate of fluid flow through the holes is provided. The design has disadvantages. The dimensions of the boxes are determined by the installation requirements through the manhole, therefore it is required to install a sufficiently large number of boxes and connect them with distribution pipes. Boxes should be strong enough, which implies a relatively high material consumption. To ensure uniform distribution of fluid across the boxes of the distribution pipes, there should be a lot of them, they should have a sufficiently large diameter and there should be a sufficiently large height of the oil layer below the distribution pipes. The switchgear has a low operating load range. The range of workloads is determined by the ratio between the minimum and maximum height of the oil layer in the box. With increasing consumption and increasing oil density, the height of the layer of oil in the boxes increases, and the maximum productivity is limited by the height of the box. With a decrease in oil consumption and density, the height of the oil layer decreases, and the minimum productivity is determined by the performance of the distribution pipes. Note that the flow rate of the fluid flowing through the holes is proportional to the square of the pressure drop, that is, for example, when the flow rate is doubled, the height of the oil layer in the boxes increases four times. Thus, to ensure a wide range of workloads, boxes should have a relatively large height. But the height of the boxes is limited by the size of the manhole, in addition, increasing the height of the boxes reduces the distance between the phase boundary and the electrodes, which can lead to electrical breakdown. It should be noted that in the lower part of the boxes there is a phase boundary between oil and water, and partial settling of water occurs in the boxes. Relatively large droplets of water are separated, which leads to a decrease in the water content in oil, a decrease in the height of the intermediate emulsion layer and an increase in maximum productivity. But the area of sedimentation in the boxes is small and this effect is not even mentioned in the literature.

Задачей изобретения является повышение производительности электродегидратора, расширение диапазона рабочих нагрузок, повышение эффективности обессоливания и обезвоживания, а также снижение стоимости распределительного устройства.The objective of the invention is to increase the performance of the electric dehydrator, expanding the range of workloads, increasing the efficiency of desalination and dehydration, as well as reducing the cost of the switchgear.

Технический результат достигается тем, что в известном электродегидраторе, содержащем корпус, электроды, штуцера для вывода продуктов и ввода сырья, распределительные устройства, представляющие собой открытые снизу и перфорированные сверху распределительные короба, присоединенные к трубам подачи сырья, согласно изобретению, короба в рабочем состоянии имеют куполообразную форму и выполнены из гибкого диэлектрического материала, прикрепленного к раме.The technical result is achieved by the fact that in the known electric dehydrator containing a housing, electrodes, nozzles for outputting products and introducing raw materials, distribution devices, which are open at the bottom and perforated from above distribution boxes connected to the feed pipes of the raw materials according to the invention, have boxes in working condition dome-shaped and made of flexible dielectric material attached to the frame.

В электродегидраторе нефть, содержащая воду, через штуцера ввода сырья и подающие трубы поступает под распределительные короба, выполненные из перфорированного гибкого диэлектрического материала, прикрепленного к раме. За счет разности плотностей нефти и воды, заполняющей нижнюю часть электродегидратора, нефть приподнимает гибкий материал и придает коробу куполообразную форму. Нефть протекает через отверстия в материале, поднимается в воде, достигает границы раздела фаз и попадает в промежуточный эмульсионный слой. Под действием переменного электрического поля в слое нефти и промежуточном эмульсионном слое происходит слияние капель воды и их отстаивание. Обезвоженная и обессоленная нефть и отделившаяся вода выводятся через штуцера вывода продуктов. Размеры распределительных коробов не связаны с размером люк-лазов, так как они выполнены из гибкого материала, а рама может быть выполнена разборной. То есть короба могут занимать большую часть горизонтального сечения аппарата. Короба не имеют распределительных труб и сохраняют работоспособность при малых расходах нефти. При увеличении расхода нефть занимает большую часть купола и увеличивается количество отверстий, через которые протекает нефть. Поэтому, при увеличении расхода, высота слоя нефти возрастает сравнительно медленно и обеспечивается широкий диапазон рабочих нагрузок при небольшой высоте коробов. Кроме того, с увеличением расхода равномерность распределения повышается. При высоком расходе или высокой плотности нефти увеличивается площадь отстаивания под куполом коробов, что позволяет отделить сравнительно крупные капли воды и уменьшить толщину промежуточного эмульсионного слоя. Возможен также режим, при котором верхняя часть купола находится в промежуточном эмульсионном слое. Материл диэлектрический и в этом случае электрическое поле проникает под купол, и интенсивный процесс слияния капель происходит уже под куполом. То, что материл диэлектрический, исключает вероятность электрического пробоя между электродом и куполом короба. Таким образом, повышение производительности обеспечивается за счет уменьшения высоты распределительного устройства, что позволяет работать при большей высоте промежуточного эмульсионного слоя, а также за счет создания дополнительной площади отстаивания, что позволяет отделить часть воды до ее попадания в промежуточный эмульсионный слой. Малая высота слоя нефти под куполом позволяет увеличить диаметр и число отверстий, что обеспечивает снижение скорости истечения нефти и повышает равномерность ее распределения. Равномерное распределение нефти по сечению аппарата положительно влияет на эффективность обезвоживания и обессоливания. Толщина гибкого материала мала, что обеспечивает снижение материалоемкости и стоимости распределительного устройства. Уменьшение количества коробов и отсутствие распределительных труб также снижают стоимость устройства и затраты на его монтаж.In an electric dehydrator, oil containing water, through a raw material inlet and supply pipes, flows under distribution boxes made of perforated flexible dielectric material attached to the frame. Due to the difference in the densities of oil and water filling the lower part of the electric dehydrator, oil lifts the flexible material and gives the box a domed shape. Oil flows through holes in the material, rises in water, reaches the interface and enters the intermediate emulsion layer. Under the action of an alternating electric field in the oil layer and the intermediate emulsion layer, water droplets merge and settle. Dehydrated and desalted oil and separated water are discharged through the product outlet fitting. The size of the distribution boxes is not related to the size of the manhole, as they are made of flexible material, and the frame can be made collapsible. That is, boxes can occupy most of the horizontal section of the apparatus. Boxes do not have distribution pipes and maintain performance at low oil consumption. With an increase in consumption, oil occupies a large part of the dome and the number of holes through which oil flows increases. Therefore, with an increase in flow rate, the height of the oil layer increases relatively slowly and provides a wide range of workloads with a low height boxes. In addition, with increasing flow rate, the uniformity of distribution increases. At a high flow rate or high oil density, the settling area under the canopy of the ducts increases, which allows the separation of relatively large drops of water and a decrease in the thickness of the intermediate emulsion layer. A mode is also possible in which the upper part of the dome is in the intermediate emulsion layer. The material is dielectric and, in this case, an electric field penetrates under the dome, and the intense process of droplet fusion occurs already under the dome. The fact that the material is dielectric eliminates the possibility of electrical breakdown between the electrode and the duct dome. Thus, an increase in productivity is ensured by reducing the height of the switchgear, which allows working at a higher height of the intermediate emulsion layer, as well as by creating an additional settling area, which allows you to separate part of the water before it enters the intermediate emulsion layer. The small height of the oil layer under the dome allows you to increase the diameter and number of holes, which ensures a decrease in the flow rate of oil and increases the uniformity of its distribution. The uniform distribution of oil over the cross section of the apparatus has a positive effect on the effectiveness of dehydration and desalination. The thickness of the flexible material is small, which reduces the material consumption and cost of the switchgear. Reducing the number of boxes and the absence of distribution pipes also reduce the cost of the device and the cost of its installation.

На фигуре изображен электродегидратор.The figure shows an electric dehydrator.

Электродегидратор имеет корпус 1, электроды 2, штуцера ввода и трубы 3 подачи сырья, штуцер 4 вывода нефти, штуцер 5 вывода воды, распределительные короба 6 куполообразной формы из перфорированного, гибкого, диэлектрического материала, например, из стеклоткани, прикрепленные к раме 7. Нефть, содержащая воду, через штуцера ввода сырья и трубы 3 подачи сырья поступает под распределительные короба 6, выполненные из перфорированного гибкого диэлектрического материала, прикрепленного к раме 7. За счет разности плотностей нефти и воды, нефть приподнимает гибкий материал и придает коробам 6 куполообразную форму. Нефть протекает через отверстия в материале, поднимается в воде, достигает границы раздела фаз и попадает в промежуточный эмульсионный слой. Под действием переменного электрического поля, создаваемого с помощью электродов 2, в слое нефти и промежуточном эмульсионном слое происходит слияние капель воды и их отстаивание. Обезвоженная и обессоленная нефть выводится через штуцер 4 вывода нефти, отделившаяся вода выводится через штуцер 5. Процесс отстаивания происходит также внутри коробов 6, где отстаиваются только капли воды сравнительно крупного размера.The electric dehydrator has a housing 1, electrodes 2, an inlet fitting and a feed pipe 3, an oil outlet 4, a water outlet 5, a domed distribution box 6 made of perforated, flexible, dielectric material, for example, fiberglass, attached to the frame 7. Oil containing water, through the raw material inlet fitting and the raw material supply pipe 3, flows under the distribution boxes 6 made of perforated flexible dielectric material attached to the frame 7. Due to the difference in the density of oil and water, the oil is raised flexible material and gives boxes 6 a domed shape. Oil flows through holes in the material, rises in water, reaches the interface and enters the intermediate emulsion layer. Under the action of an alternating electric field created with the help of electrodes 2, in the oil layer and the intermediate emulsion layer, water droplets merge and settle. Dehydrated and desalted oil is discharged through the nozzle 4 of the oil outlet, the separated water is discharged through the nozzle 5. The settling process also takes place inside the boxes 6, where only relatively large droplets of water settle.

Claims

An electric dehydrator comprising a housing, electrodes, fittings for introducing raw materials and outputting products, pipes for supplying raw materials, distribution devices, which are open distribution boxes that are open at the bottom and perforated from above, characterized in that the boxes are domed in working condition and are made of flexible dielectric material, attached to the frame.