管道式静电聚结器的研制与聚结特性研究

作     者：韩凤杰 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：何利民

授予年度：2021年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：管道式静电聚结器 聚结特性 沉降特性 能耗 小型供电设备 

摘      要：在油田生产中,因紧凑型静电聚结器结构紧凑、破乳效果好、能耗低,已被重点关注,然而由于电极间距较小、绝缘涂层喷涂工艺不成熟等因素,静电聚结器不能实现长时间的安全运行。本文提出一种新型绝缘方式并研制了小型供电电源以达到整体设备结构紧凑且稳定运行的目的,本设备应用于多级沉降罐之前,可使液滴粒径增大数倍,极大程度减少后续脱水设备的体积。本文详细介绍了管道式静电聚结器的结构设计及相关尺寸,对比不同电极材料、绝缘材料、绝缘形式特性,选出更适合于工业应用的绝缘电极形式。运用Comsol软件对静电聚结器内电场进行数值模拟,计算不同设备尺寸下的电场强度及停留时间,为静电聚结器研发制造提供借鉴。本文通过室内实验研究发现:过高的电场强度会使乳状液发生“电分散现象,最优电场强度随含水率和频率增加而降低;液滴粒径随电场频率的增加呈“N形变化规律,第一个拐点为最优频率,最优频率数值大小与电场强度成反比;交流脉冲波结合了直流脉冲和交流电的优点,实际的电场强度高于有效值,交流脉冲波的最优电场强度较小;随乳状液流量减小,液滴聚结效果明显,但当流量过小时,乳状液液滴间碰撞的频率和强度均降低,不利于液滴界面膜破裂;随设备电极板电压增加,静电聚结器的能耗增速大大增加,含水率越高,能耗相应增大。在电场参数选择时不仅要考虑静电聚结器较优的聚结效果,同时要保证设备能耗较小,极板电压选取应小于“电分散电压,以追求最高的聚结效果和较低的电能损耗。由于常用供电设备体积较大,违背了管道式静电聚结器结构紧凑的初衷,本文根据室内实验聚结效果研究结果制造了一套新型供电设备,其占地面积小,可实现长时间稳定运行,新型供电设备能耗仅为老电源能耗的三分之一到一半,节能效果显著,而其在相同实验条件下,新型供电设备比老式电源上层乳状液脱水率提升10%左右,具有更好的工业应用价值。