雙頻- 雙電壓電脫水新技術

helloshigy

摘要: 目前我國開采出大量稠油和聚合物驅的原油, 這些原油的脫水一直是個難題。傳統電
脫水方法作為這些原油脫水的首選或最后環節, 存在投資及運行費用高、脫水效率小及設備運行
不穩定等技術缺陷。國外針對這些難處理原油, 提出了雙頻- 雙電壓電脫水技術。該技術對電脫
水器的電源信號輸出方式和電極結構進行了改造, 從根本上解決了稠油和聚合物驅的原油難脫水
的問題, 對我國的稠油脫水具有很大的參考價值。
關鍵詞: 稠油; 聚合物驅的原油; 電脫水; 電泳; 靜電聚集
1 　電脫水的機理
電脫水的原理是將原油乳狀液置于直流、交流
或直流/ 交流雙電場中, 由于電場對水滴的作用削
弱了水滴界面膜的強度, 促進水滴的碰撞, 使水滴
聚結成粒徑較大的水滴, 在原油中沉降出來。直流
電場原油脫水主要以電泳聚集為主, 偶爾也會發生
偶極聚集, 脫水效果好, 適合處理較小的水顆粒。
但設備與帶電流體間形成的金屬/ 電解質回路會導
致設備的電化學腐蝕, 在交流電場中, 原油脫水以
偶極聚集和振蕩聚集為主。這兩種聚集的脫水效果
和原油含水率有關, 含水率較高時水滴的平均直徑
亦大, 會有較好的脫水效果, 故不適合處理含水率
較低的原油乳狀液。直流/ 交流雙電場原油脫水結
合了原油電脫水的優缺點, 能夠取長補短[1 ] 。
在外加電場的作用下, 原油乳狀液的液滴間產
生相互作用力, 可使兩個液滴聚合。作用力與外電
場強度、頻率、乳狀液的性質、分散相濃度、性質
和連續相的電性質有關。傳統的電脫水器電源采用
單一的電壓和頻率, 電極采用金屬電極, 是原油電
脫水效率低下的主要原因, 尤其對于稠油和聚合物
驅的原油, 這些硬件設施都無法從機理上解決難脫
水原油的技術問題。美國NA TCO 公司針對傳統
電脫水器存在的這些問題, 研制出了雙頻—雙電壓
電脫水技術, 能夠有效實現稠油和聚合物驅原油的
脫水, 可以說該技術在電脫水技術優化方面邁出了
很堅實的一步。
2 　電源輸出方式的改造
圖1 為雙頻—雙電壓電源電子控制系統示意
圖, 該系統主要包括三相480 V 電源供給系統、
PC 控制器、電源電子器件、中頻高壓變壓器、二
極管整流器及二級電壓輸出系統。為了解決電源電
子器件和變壓器之間的距離問題、冷卻問題以及能
夠更加方便地對已有雙電場脫水變壓器進行改造,
電源電子器件、中頻高壓變壓器、整流器(二極
管) 被封裝在油浸的容器內。工作時, PC 控制器
能夠依據原油的密度、水油密度差、導電率、含水
率及界面張力等參數確定輸出電壓最大值、最小
值、基頻、調諧頻率及基波波形, 電源電子器件按
照PC 控制器的數據信息對三相480 V 進行調整,
從而得到電壓、頻率及波形都滿足優選電場要求的
電壓信號, 供給中頻變壓器的一次繞組線圈, 中頻
變壓器的二次繞組線圈通過二極管整流器輸出DC
- AC 雙電場, 所產生的直流電壓值可達到750 V。
圖1 　雙頻—雙電壓電源電子控制系統示意圖
211 　與傳統的電源控制技術的比較
雙頻—雙電壓電源控制技術同傳統的電脫水電
源控制技術相比, 主要在以下三個方面取得了重大
突破:
(1) 穩定的電力供給。這套技術的供電電源為
三相480 V 電源, 通過二極管整流可輸出高達750 V
的直流, 因此不論脫水裝置需要多大的電壓, 輸入
電源的相電壓在所有工況下都能保持平穩運行。
(2) 提高了電源的可利用效率。傳統的變壓器
都應用100 %電抗線圈對變壓器的“過載”進行保
護, 因此當原油的電導率過大或處理過程失穩時,
將不能提供維持液滴聚集所需要的電壓供給。這項
新技術的電源供給系統應用較小的阻抗可以保證最