專(zhuān)利名稱(chēng)：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(shuō)，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(kāi)采出來(lái)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(dāng)數(shù)量的水和鹽類(lèi)物質(zhì)。原油中含有的NaCI、MgCl2、Ca CI2等無(wú)機(jī)鹽類(lèi)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(kāi)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(huì)提高采油至煉油之間的運(yùn)輸成本，增加煉油廠(chǎng)脫水脫鹽負(fù)擔(dān)，而且會(huì)給原油的運(yùn)輸、儲(chǔ)存 設(shè)施造成嚴(yán)重腐蝕。因此，在原油采油-運(yùn)輸工藝流程中，對(duì)原油進(jìn)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(guó)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(jìn)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(xué)破乳劑的補(bǔ)助措施。這種 "加熱_高壓電場(chǎng)分離_化學(xué)破乳劑_沉降分離"的油水分離技術(shù)，雖已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，也 取得了比較好的效果，但存在的耗電量過(guò)高、分離水中含油量居高難降等技術(shù)難題，始終沒(méi) 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(fèi)用，而且還造成了寶貴石油資 源的浪費(fèi)。特別是應(yīng)用這種常規(guī)的"電脫"油水分離技術(shù)，對(duì)重質(zhì)化、高粘稠、大含硫的特殊 原油，更難達(dá)到油水分離的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)原油采、煉行業(yè)中的這種油水分離技術(shù)難題，世界 各國(guó)的科研人員和原油采、煉企業(yè)，很早以前就開(kāi)始了研究探討，但在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都未獲得 突破性進(jìn)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(yīng)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(jī)遇。
我國(guó)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(jì) 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(kāi)始，部分發(fā)展改 進(jìn)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(kāi)發(fā)出"高速原油電脫"、"鼠 籠式平流電脫"等先進(jìn)技術(shù)。但是，隨著我國(guó)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(kāi)發(fā)應(yīng)用，對(duì)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(duì)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(xué)成份都比較復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的"電脫"技術(shù)很達(dá)到油水分離標(biāo)準(zhǔn)要求，個(gè)別特殊物性 原油甚至?xí)?duì)現(xiàn)有的"電場(chǎng)設(shè)施"造成嚴(yán)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(yīng)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(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)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(gè)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(kāi)采出來(lái)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(dāng)數(shù)量的水和鹽類(lèi)物質(zhì)。原油中所含有的NaCI、MgC^、CaC^等鹽類(lèi)，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(tīng)范圍的機(jī)械振動(dòng)波，這種機(jī)械振動(dòng)波有極強(qiáng)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(jìn)入振動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生并 傳遞強(qiáng)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(xué)破乳劑是一種具有化學(xué)活性的有機(jī)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(jī)械強(qiáng)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(yīng)超聲波的特性，借助化 學(xué)破乳劑的化學(xué)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(shí)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(jī)械振動(dòng)理論。 超聲波對(duì)原油破乳脫水，是依靠超聲波產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)作用于流體介質(zhì)時(shí)，使介 質(zhì)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生"位移效應(yīng)"實(shí)現(xiàn)的。 超聲波的本質(zhì)特性是一種機(jī)械振動(dòng)波，這種頻率大于可聽(tīng)范圍的機(jī)械振動(dòng)波，在 油、水等流體介質(zhì)中有極好的傳導(dǎo)性，當(dāng)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(dǎo)時(shí)，能引發(fā)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行交替的壓縮與伸張，并構(gòu)成質(zhì)點(diǎn)上的壓力變化，這種壓力的 變化，足以引起原油中的微粒進(jìn)入振動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)產(chǎn)生并傳遞強(qiáng)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(jìn)行位移運(yùn)動(dòng)，雖然位移距離不大，但與超聲波振動(dòng)頻率的平 方成正比的加速度卻極大，有時(shí)甚至可以超過(guò)重力加速度的幾萬(wàn)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(yīng)"。 由于原油乳狀液在超聲波輻射下存在這種"位移效應(yīng)"，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(lèi)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(dú)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(xué)破乳劑的微粒界面膜破壞理論。 化學(xué)破乳劑對(duì)原油的破乳脫水作用，是依靠化學(xué)破乳劑對(duì)原油中含水微粒的 油-水界面膜破壞實(shí)現(xiàn)的。 從油層中開(kāi)采出來(lái)的原油，有油包水(W/0)類(lèi)型為主的原油乳狀液，但也有水包油(0/W)類(lèi)型的原油乳狀液；由于長(zhǎng)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(lèi)型原油乳狀液的結(jié)構(gòu)都比較穩(wěn)定，如無(wú)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(wú)法分離。化學(xué)破乳劑，是一種人工合 成的具有特殊化學(xué)活性的有機(jī)聚合物；在原油乳狀液中加入這種極具化學(xué)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(jī)械強(qiáng)度，改變?cè)腿闋钜褐械乃?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(shí)現(xiàn)油、 水分離的目標(biāo)。但單獨(dú)使用化學(xué)破乳劑，這一過(guò)程不僅需要有大劑量的化學(xué)破乳劑投加，而 且需要較長(zhǎng)時(shí)間。 超聲破乳脫水技術(shù)，是借助化學(xué)破乳劑具有的優(yōu)異化學(xué)活性能力，再通過(guò)超聲技 術(shù)的強(qiáng)大高頻機(jī)械振動(dòng)，促使化學(xué)破乳劑能迅速與原油乳狀液均勻充分混合，快速進(jìn)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(xué)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(xué)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(duì)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(shí)現(xiàn)的。 超聲波在原油乳狀液傳導(dǎo)過(guò)程中，存在著一個(gè)正、負(fù)壓強(qiáng)交變周期，在正相位時(shí)， 能對(duì)原油乳狀液產(chǎn)生擠壓，增加原油乳狀液原有的密度，在負(fù)相位時(shí)，又能使原油乳狀液產(chǎn) 生稀疏、離散，密度減??；這種正、負(fù)壓強(qiáng)交變，就導(dǎo)致在原油乳狀液內(nèi)有微小氣泡的形成、 增長(zhǎng)或崩裂、湮滅。微小氣泡在生長(zhǎng)-湮滅過(guò)程中，吸收的聲能會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)，在極小 的空間中釋出來(lái)，可以產(chǎn)生幾千度的高溫和上萬(wàn)個(gè)大氣壓強(qiáng)，形成強(qiáng)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(qiáng)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(jī)率，從而大大提高原油破乳脫水實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)油、水分離的速度和效率。
2、自動(dòng)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(shí)具有實(shí)時(shí)自動(dòng)跟蹤顯示、控制調(diào)整各項(xiàng)運(yùn)行作業(yè)參數(shù)功能的自動(dòng)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(jì)。 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(jī)交互數(shù)字 顯示器、AVR高速嵌入式單片機(jī)、數(shù)字合成模塊、信號(hào)驅(qū)動(dòng)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(jī)做為現(xiàn)場(chǎng)CPU，通過(guò)單片機(jī)的底板總線(xiàn)系 統(tǒng)設(shè)有的標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)、油水分 離罐中的功能傳感器、在線(xiàn)分析儀等相連通；與分別控制原油進(jìn)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(kāi)關(guān)、閥門(mén)、電動(dòng)機(jī)相連接，與PLC連接通訊，并通過(guò)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(duì)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(dú)立元器件、配套電路，全部集成到單獨(dú)模塊上；各單獨(dú)模塊均采用印刷線(xiàn) 路技術(shù)，嵌入所有獨(dú)立元器件；各單獨(dú)模塊均設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)插板，通過(guò)單片機(jī)底板總線(xiàn)系統(tǒng)與 現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)方形不銹鋼板制成的控制櫃 內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與PLC、油水分離罐的總接線(xiàn)控制盒相連接，控制櫃單獨(dú)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(wèn)題。 A、每個(gè)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(kāi)采出來(lái)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(duì)各種類(lèi)型不同物性的原油乳狀液，都能進(jìn)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(yīng)"；代表超聲波特性的聲 強(qiáng)、頻率等特性參數(shù)值，都能對(duì)"位移效應(yīng)"產(chǎn)生直接影響。要實(shí)現(xiàn)對(duì)各種類(lèi)型不同物性原 油乳狀液都能進(jìn)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(yīng)"；而只有產(chǎn)生 代表超聲波特性的不同聲強(qiáng)、頻率等特性參數(shù)值，才能產(chǎn)生不同的超聲波"位移效應(yīng)"。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(qiáng)、頻率等代表超聲波特性的 參數(shù)值，并能根據(jù)各種類(lèi)型原油乳狀液的不同特性參數(shù)，自動(dòng)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(qiáng)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(guò)這種不同的高_(dá)低頻率、不同聲 強(qiáng)的自動(dòng)選擇組合，匹配協(xié)調(diào)作業(yè)，就能以不同的振幅，激勵(lì)不同物性的原油乳狀液微粒產(chǎn) 生不同"位移效應(yīng)"，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種類(lèi)型不同物性原油乳狀液，都能進(jìn)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(yīng)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(qiáng)、頻率等特性 參數(shù)數(shù)值，超聲波的輻射時(shí)間、脈沖寬度，原油沉降時(shí)間、加熱溫度、混合攪拌速度，破乳劑 使用比率等運(yùn)行參數(shù)，也會(huì)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(lèi)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(huì)相同。為達(dá)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(yùn)行參數(shù)，都應(yīng)該隨原油乳狀液的物性指標(biāo)、數(shù)量指標(biāo) 的變化而實(shí)時(shí)調(diào)整。為此，超聲波發(fā)生器，解決了能實(shí)時(shí)自動(dòng)跟蹤顯示、控制調(diào)整各項(xiàng)運(yùn)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(dòng)化控制技術(shù)，鎖相式 頻率自動(dòng)跟蹤、信號(hào)采樣編碼傳輸?shù)刃畔⒎答佅到y(tǒng)；預(yù)設(shè)處理方案組配、分析對(duì)比系統(tǒng)；同 時(shí)設(shè)置了人機(jī)交互數(shù)字顯示器，采用AVR高速嵌入式單片機(jī)作為現(xiàn)場(chǎng)CPU、通過(guò)PLC控制超 聲波發(fā)生器的全部工作等技術(shù)措施，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)參數(shù)設(shè)置、信息反饋、狀態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)自 動(dòng)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(duì)各種類(lèi)型不同物性原油乳狀液的處理都能達(dá)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(diǎn)，提出超聲波發(fā)生器時(shí)，采取了對(duì)所有工
作部件都進(jìn)行集成模塊式組裝方式，所有工作部件都通過(guò)單片機(jī)底板總線(xiàn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)插槽
或插座進(jìn)行安裝連接。另外，超聲波發(fā)生器時(shí)，還特別強(qiáng)化了過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、負(fù)載開(kāi)路
短路保護(hù)、激勵(lì)信號(hào)誤觸保護(hù)等防范措施；同時(shí)，還設(shè)計(jì)有異常信號(hào)觸發(fā)、作業(yè)故障識(shí)別、功
能參數(shù)定位限制、調(diào)整補(bǔ)償機(jī)制等報(bào)警系統(tǒng)。
(3)超聲波發(fā)生器的運(yùn)行技術(shù)路線(xiàn)描述 A、接通電源，啟動(dòng)"原油超聲破乳脫水裝置"進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。 B、通過(guò)超聲波發(fā)生器的人機(jī)交互數(shù)字顯示器，檢查驗(yàn)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(kāi)始顯示。 C、通過(guò)原油在線(xiàn)分析儀，將測(cè)得的原油乳狀液流量、含水率、各種鹽類(lèi)物質(zhì)的成份 及含量、密度、溫度等物性指標(biāo)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)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(guò)數(shù)字合成模塊，將接收到的原油物性數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)處置方案組配數(shù)據(jù)，通過(guò) 分析對(duì)比系統(tǒng)的數(shù)學(xué)邏輯模型電路，進(jìn)行自動(dòng)比對(duì)、計(jì)算，選擇確定出對(duì)原油進(jìn)行超聲破乳 脫水處理作業(yè)的頻率、聲強(qiáng)、脈沖寬度等特性參數(shù)和沉降時(shí)間、加熱溫度、分散攪拌速度、破 乳劑加入數(shù)量等運(yùn)行參數(shù)，傳送到信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊。與此同時(shí)，信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊的鎖相式頻率自 動(dòng)跟蹤、信號(hào)采樣編碼傳輸?shù)刃畔⒎答佅到y(tǒng)，將實(shí)時(shí)跟蹤采集的各項(xiàng)特性參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)具 體數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確完整送回?cái)?shù)字合成模塊。在數(shù)字合成模塊內(nèi)， 對(duì)已經(jīng)選擇確定的具體數(shù)據(jù)，再次進(jìn)行比對(duì)、計(jì)算、修正，并將修正結(jié)果在顯示器 屏幕上顯示。 E、在現(xiàn)場(chǎng)CPU內(nèi)，能過(guò)單片機(jī)控制，將修正后的結(jié)果數(shù)據(jù)，傳送到信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊 中。 F、通過(guò)以信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊，將系統(tǒng)需要的頻率信號(hào)，傳送到以開(kāi)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(guò)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)CPU單片機(jī)，將經(jīng)過(guò)對(duì)比修正后的運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)，分別傳送到相應(yīng)的
電機(jī)、閥門(mén)、電磁開(kāi)關(guān)，指令其按運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行開(kāi)啟或關(guān)閉。 3、原油乳狀液進(jìn)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(jī)械振動(dòng)、空化作
用，對(duì)原油乳狀液進(jìn)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(jì)。 本發(fā)明原油超聲破乳脫水裝置，應(yīng)用ANSYS、 ANSFT等先進(jìn)科學(xué)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(yù)應(yīng)力套筒、振 子晶堆、后振動(dòng)體、吸收塊、聲反饋晶片、節(jié)點(diǎn)支座、后端蓋、冷卻氣進(jìn)口、電極引線(xiàn)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(guò)預(yù)應(yīng)力套筒與前負(fù)載塊即聚能輻射棒連接，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接 到油水分離器的總接線(xiàn)控制盒上，再與超聲波發(fā)生器連接，通過(guò)冷卻氣進(jìn)口，與冷卻器連 接，超聲波換能器通過(guò)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(méi)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(jì)。 超聲波換能器產(chǎn)生的頻率、聲強(qiáng)等代表超聲波特性的運(yùn)行參數(shù)，能直接影響原油
破乳脫水效果，也是設(shè)計(jì)超聲波換能器、換能器振子晶堆等關(guān)鍵部件的計(jì)算依據(jù)。 A、超聲波頻率的選擇設(shè)計(jì)。 超聲波在液體媒質(zhì)中傳導(dǎo)時(shí)，在其他條件不變的前提下，聲強(qiáng)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(qiáng)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(chǎng)越均勻。選擇設(shè)計(jì)相對(duì)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(yùn)動(dòng)、碰撞、聚結(jié)、沉降，有利提高破乳脫水效果和超聲波頻率 應(yīng)選擇的范圍。 原油超聲破乳脫水裝置，依據(jù)對(duì)各種類(lèi)型不同物性原油乳狀液都能實(shí)現(xiàn)有效超聲 破乳脫水的基本要求，選擇設(shè)計(jì)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_(dá)低頻率組合的超聲波頻率參數(shù)。
B、超聲波聲強(qiáng)的選擇設(shè)計(jì) 聲強(qiáng)是表述超聲波在傳導(dǎo)方向上每平方厘米每秒所傳送的能量；聲強(qiáng)與傳導(dǎo)媒質(zhì) 的密度、在媒質(zhì)中的聲速、激發(fā)媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(qiáng)與媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移振幅的平方成正比。據(jù)此，超聲波聲強(qiáng)是影響 原油破乳脫水的關(guān)鍵因素之一。 聲強(qiáng)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(qiáng)能量的作 用下，原油乳狀液中所有物質(zhì)微粒都會(huì)因發(fā)生位移振幅而產(chǎn)生"位移效應(yīng)"；當(dāng)超聲波聲強(qiáng) 達(dá)到一定量級(jí)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(huì)發(fā)生破裂， 超聲波的聲強(qiáng)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(jī)率也越多，水微粒通過(guò)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(qiáng)越大，脫水率越高，當(dāng)超聲 波聲強(qiáng)超過(guò)一定量級(jí)以后，在大能量聲強(qiáng)作用下，原油乳狀液中所有物質(zhì)微粒的"位移效 應(yīng)"都會(huì)大幅度提高，已經(jīng)凝聚成大直徑的水滴也會(huì)被擊碎分散，重新碎裂成水微粒；同時(shí) 也使水微粒的運(yùn)動(dòng)速度加快，與周?chē)脑臀⒘Ｅ鲎擦υ龃?，碰撞增多，并?huì)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(huì)使脫水效果大大下降。超聲波聲強(qiáng)應(yīng)選擇的范 圍，據(jù)此，選擇設(shè)計(jì)出可在1. 2 1. 8W/cm2之間，進(jìn)行自動(dòng)選擇的超聲波聲強(qiáng)參數(shù)。
C、超聲波輻射時(shí)間的選擇設(shè)計(jì) 在超聲波一定頻率、聲強(qiáng)的作用下，原油乳狀液中的所有物質(zhì)微粒都會(huì)產(chǎn)生"位移 效應(yīng)"；由于"位移效應(yīng)"存在，水微粒經(jīng)過(guò)分裂、碰撞、粘合、凝聚，直至形成水滴與原油分 離，這需要一個(gè)過(guò)程，完成這個(gè)過(guò)程，就是超聲波輻射時(shí)間。因此，輻射時(shí)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(shí)間越長(zhǎng)越好，實(shí)際上，超聲破乳和超聲乳化是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，需要一定時(shí)間，就是超聲破乳所必須的過(guò)程時(shí)間；達(dá)不到這個(gè)時(shí)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(dá)到超聲破乳所必須的過(guò)程時(shí)間以后，如果繼續(xù)進(jìn)行超聲輻射，對(duì)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(shí)間過(guò)長(zhǎng)，超出一定的時(shí)間范圍，就有可能將已經(jīng)分離、凝聚的水滴重新?lián)羲榉稚?，重新產(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(shí)間應(yīng)選擇的范圍，據(jù)此，選擇設(shè)計(jì)出可在15 20min之間，進(jìn)行自動(dòng)選擇的超聲波輻射時(shí)間參數(shù)。
(3)、超聲波換能器的主要技術(shù)設(shè)計(jì)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(dǎo)線(xiàn)，通過(guò)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(jì)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(jì)。振子晶堆與前負(fù)載塊即聚能輻射棒，以平面全接觸方式連接。前負(fù)載塊通過(guò)螺紋與預(yù)應(yīng)力套筒、微調(diào)套筒連接，并作為固定機(jī)構(gòu)。振子晶堆與后負(fù)載塊也以平面全接觸方式連接，后負(fù)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(qiáng)度有限，在振子晶堆外，設(shè)計(jì)有預(yù)應(yīng)力套筒、微調(diào)套筒、前后負(fù)載塊等調(diào)控機(jī)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整預(yù)應(yīng)力套筒，改變前后負(fù)載塊的間距，就能對(duì)振子晶堆施加足夠預(yù)應(yīng)力，也可以控制晶片預(yù)應(yīng)力大?。辉趽Q能器作大動(dòng)率振動(dòng)時(shí)，壓電效應(yīng)始終能被控制在設(shè)計(jì)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(xì)、燒結(jié)、極化制成，在大電場(chǎng)、高功率條件下，會(huì)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(dāng)晶片溫度達(dá)到其居里溫度的一半時(shí)，就會(huì)使換能器處于嚴(yán)重不穩(wěn)定狀態(tài)。為此，振子晶堆設(shè)計(jì)了厚銅電極板，有利于散熱；同時(shí)，在超聲油水分離罐外，設(shè)計(jì)安裝有小型冷卻器，通過(guò)冷卻氣進(jìn)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(jī)械放大源；同時(shí)，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(xué)、化學(xué)上的隔絕。根據(jù)原油超聲破乳脫水特點(diǎn)，為增加振幅放大系數(shù)，選擇設(shè)計(jì)成復(fù)合式聚能輻射棒；同時(shí)考慮到聚能輻射棒不僅要長(zhǎng)期浸沒(méi)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(qiáng)度、較小聲阻抗特性、而且耐腐蝕的鈦合金材料制造?？紤]到開(kāi)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(jì)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(jì)安裝布置3臺(tái)超聲波換能器，平面布置位置，在同心園120°分界線(xiàn)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(méi)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(shí)現(xiàn)輻射無(wú)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(yīng)用化學(xué)破乳、機(jī)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(chǎng)必需配置的專(zhuān)用設(shè)施。我國(guó)所有油田采油場(chǎng)，無(wú)一例外都在應(yīng)用"加熱——高壓電場(chǎng)——沉降"的電脫技術(shù)，這種"電脫"技術(shù)，存在著工藝復(fù)雜，耗電量高，化學(xué)破乳化劑使用量大，分離污水中含油量高等嚴(yán)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(yīng)用超聲、化學(xué)、機(jī)械破乳技術(shù)，完成對(duì)各種類(lèi)型不同物性原油乳狀液進(jìn)行破乳脫水處理作業(yè)的專(zhuān)用設(shè)施，是應(yīng)用安裝功率超聲、化學(xué)破乳、機(jī)械分散等破乳脫水專(zhuān)業(yè)技術(shù)裝備的載體，是實(shí)現(xiàn)原油乳狀液油水分離的作業(yè)場(chǎng)地。
(1)油水分離罐的整體結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)。 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(chǔ)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(xiàn)分析儀器儀、原油進(jìn)油口 、連接法蘭盤(pán)、超聲波換能器、原油破乳脫水區(qū)、沉降泥沙排除口、總接線(xiàn)控制盒、導(dǎo)線(xiàn)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(jì)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(jì)成圓柱體罐形；分成罐體和罐蓋兩部分，用法蘭盤(pán)連接固定；罐體通過(guò)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(chǔ)存區(qū)等五個(gè)作業(yè)功能區(qū)；由泥砂隔離柵，將分離水沉降儲(chǔ)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(chǔ)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(jì)布置安裝三超聲波換能器。布置安裝方式設(shè)計(jì)成在油水分離罐的同心園120°分界線(xiàn)上，按超聲波聚能輻射棒有效輻射面積可重疊、無(wú)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(zhǔn)，在罐體內(nèi)壁上布置安裝換能器安裝支架，通過(guò)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(méi)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(dāng)工作溫度，在罐蓋外壁上設(shè)計(jì)安裝有高壓冷卻器，通過(guò)冷卻通風(fēng)管與換能器的冷卻氣進(jìn)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(yīng)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(jì)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(duì)原油乳狀液的破乳分散能力，在原油進(jìn)入油水分離罐的進(jìn)油管道上，安裝有原油物性成份在線(xiàn)自動(dòng)分析儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)原油的密度、粘度、含水量、化學(xué)成分含量等物性指標(biāo)數(shù)據(jù)，并能實(shí)時(shí)將測(cè)得的指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸至超聲波發(fā)生器的現(xiàn)場(chǎng)CPU內(nèi)，同時(shí)還在原油進(jìn)入油水分離罐的進(jìn)油管道上，裝有化學(xué)破乳劑溶液加注器，能根據(jù)超聲波發(fā)生器給出時(shí)指令，按原油流量以設(shè)計(jì)的比例濃度向原油乳狀液中加注破乳劑，同時(shí)，為進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)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(tái)葉片式高速分散攪拌器；能在對(duì)原油乳狀液進(jìn)行超聲破乳作業(yè)的同時(shí)，對(duì)原油乳狀液進(jìn)行高速分散攪拌，用以提高原油乳狀液的流動(dòng)性和分散能力，增強(qiáng)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(dāng)泥砂中的含油經(jīng)幾次攪動(dòng)分
散，破乳脫水分離后，由泥砂清除器及時(shí)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(lái)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(guò)濾，進(jìn)入分離水
沉降儲(chǔ)存區(qū)；在此過(guò)程中，雖有設(shè)計(jì)安裝的泥砂隔離柵，但仍會(huì)有微細(xì)泥砂隨分離水進(jìn)入；為此，在分離水沉降儲(chǔ)存區(qū)設(shè)計(jì)有泥砂滑降板、泥砂沉淀池、泥砂排出口，可定時(shí)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(yīng)位置上，設(shè)計(jì)布置有傳感器、液面指示儀、油水在線(xiàn)分析儀等數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)儀器儀表；同時(shí)還設(shè)計(jì)布置有控制油水分離罐各工作部件運(yùn)行的電機(jī)、閥門(mén)、開(kāi)關(guān)等電器元件。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化在線(xiàn)控制，所有導(dǎo)線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)，均統(tǒng)一接入設(shè)計(jì)安裝在罐體外部的總接線(xiàn)控制盒內(nèi)；通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)束與超聲波發(fā)生器連接。
(3)油水分離罐的運(yùn)行技術(shù)路線(xiàn)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(dòng)輸油泵，向油水分離罐加注原油乳狀液。 B、原油在線(xiàn)分析儀工作，實(shí)時(shí)測(cè)出原油各項(xiàng)物性指標(biāo)；并將測(cè)到的原油密度、粘度、含水量、含鹽量和化學(xué)成份數(shù)量等物性指標(biāo)數(shù)值，傳輸進(jìn)超聲波發(fā)生器的現(xiàn)場(chǎng)CPU內(nèi)，同時(shí)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(biāo)數(shù)據(jù)，通過(guò)與預(yù)設(shè)處理方案組配進(jìn)行分析對(duì)比，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)邏輯模型電路自動(dòng)分析計(jì)算，選擇確定出超聲波的頻率、聲強(qiáng)、脈沖寬度、輻射時(shí)間等超聲波作業(yè)特性參數(shù)，實(shí)時(shí)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(shí)，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(shí)間、高速分散攪拌器轉(zhuǎn)速及時(shí)間等作業(yè)運(yùn)行指令參數(shù)，實(shí)時(shí)傳輸?shù)较嚓P(guān)運(yùn)行部件的執(zhí)行機(jī)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(yùn)行部件，按超聲波發(fā)生器的指令開(kāi)始運(yùn)行。 E、與此同時(shí)，超聲波發(fā)生器的自動(dòng)跟蹤和信號(hào)采集系統(tǒng)啟動(dòng)；安裝設(shè)置在油水分
離罐內(nèi)相應(yīng)位置上的各動(dòng)能傳感器、油水液面指示儀、油水指標(biāo)在線(xiàn)分析儀等監(jiān)測(cè)儀表也
開(kāi)始工作。實(shí)時(shí)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(chǎng)CPU內(nèi)。在超聲
波發(fā)聲器內(nèi)，按C項(xiàng)描述的作業(yè)程序?qū)崟r(shí)進(jìn)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(shí)間和收到的監(jiān)測(cè)信息，經(jīng)自動(dòng)對(duì)比計(jì)算，斷定
并指令所有運(yùn)行部件停止運(yùn)行，進(jìn)入沉降時(shí)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(xiàn)分析儀實(shí)時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，分別指令先后打開(kāi)脫水原油排出閥門(mén)和分離水排出閥門(mén)，先后排出脫水原油和分離水；然后再指令打開(kāi)分離泥砂排出閥門(mén)，啟動(dòng)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(dòng)輸油泵向油水分離罐加注需要處理的原油乳狀液，進(jìn)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(yīng)用多種破乳技術(shù)進(jìn)行超聲破乳脫水作業(yè)的技術(shù)路線(xiàn)。 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(yīng)用多種破乳技術(shù)，共同對(duì)各種類(lèi)型不同物性原油乳狀液進(jìn)行超聲破乳脫水作業(yè)的完整技術(shù)路線(xiàn)。
本發(fā)明提出的原油超聲破乳脫水作業(yè)技術(shù)路線(xiàn)，由原油物性分析、功率驅(qū)動(dòng)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(yīng)用的技術(shù)裝備，承擔(dān)的主要工藝內(nèi)容，執(zhí)行的具體 參數(shù)，實(shí)現(xiàn)的作業(yè)目標(biāo)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(jìn)行超聲破乳脫水作業(yè)，科學(xué)選 擇確定出的具體超聲特性參數(shù)、作業(yè)運(yùn)行參數(shù)，提供科學(xué)依據(jù)。 B、原油物性分析工部的作業(yè)任務(wù)，主要由配置的有多種監(jiān)測(cè)儀器儀表組成的"原 油在線(xiàn)分析儀"完成。 C、原油物性分析工部承擔(dān)的主要工藝內(nèi)容有 ——對(duì)需要進(jìn)行超聲破乳脫水處理的原油乳狀液，進(jìn)行物性指標(biāo)數(shù)據(jù)檢測(cè)分析； 檢測(cè)分析的物性指標(biāo)包括溫度、粘度、含水率、泥砂率、乳狀液類(lèi)型及NaCI、MgCI2、CaCI2等 鹽類(lèi)物質(zhì)含量等指標(biāo)。 ——除首次處理不同物性原油必須進(jìn)行檢測(cè)分析外，檢測(cè)分析的數(shù)量基數(shù)，時(shí)間 間隔，均根據(jù)國(guó)家規(guī)定的抽樣辦法進(jìn)行檢測(cè)。 ——將規(guī)定檢測(cè)分析的所有物性指標(biāo)數(shù)值，實(shí)時(shí)傳輸進(jìn)超聲波發(fā)生器的現(xiàn)場(chǎng)CPU 內(nèi)，做為選擇超聲波特性參數(shù)和作業(yè)運(yùn)行參數(shù)的基礎(chǔ)依據(jù)。 ——完成原油物性指標(biāo)分析后，根據(jù)功率驅(qū)動(dòng)控制工部的指令，啟動(dòng)輸油泵，向油
水分離罐加注原油乳狀液。
(2)、功率驅(qū)動(dòng)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(shí)要求具有實(shí)時(shí)自動(dòng)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(xiàn)時(shí)，安排布置有功率驅(qū)動(dòng)控 制工部；目的是為進(jìn)行超聲破乳脫水作業(yè)提供大功率超聲功率源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)原油超聲破乳 脫水作業(yè)全過(guò)程在線(xiàn)自動(dòng)控制。 B、功率驅(qū)動(dòng)控制工部的作業(yè)任務(wù)，主要由配置的"超聲波發(fā)生器"完成。
C、功率驅(qū)動(dòng)控制工部承擔(dān)的主要工藝內(nèi)容有 ——接收原油在線(xiàn)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(lèi)型及NaCI、 MgCI2、 CaCI2鹽類(lèi)物質(zhì)含量等物性指標(biāo)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(biāo)后，下達(dá)向油水分離罐進(jìn)行輸油指令。
——通過(guò)數(shù)字合成模塊，將接收到的原油乳狀液物性指標(biāo)數(shù)值，實(shí)時(shí)與存儲(chǔ)的預(yù) 設(shè)處理方案組配進(jìn)行自動(dòng)對(duì)比分析，經(jīng)設(shè)有的數(shù)學(xué)邏輯模型電路自動(dòng)分析計(jì)算，選擇確定 出對(duì)該批原油乳狀液進(jìn)行超聲破乳脫水處理應(yīng)采用的超聲波頻率、聲強(qiáng)、輻射時(shí)間、脈沖寬 度等超聲波特性參數(shù)；同時(shí)選擇確定出破乳劑溶解液加注量、冷卻氣通入時(shí)間及數(shù)量、高速 分散攪拌器轉(zhuǎn)速、加熱溫度及時(shí)間等運(yùn)行作為參數(shù)；并將選擇確定的這些參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)?信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊，同時(shí)在顯示器屏幕上顯示。 ——通過(guò)信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊中的鎖相式頻率自動(dòng)反饋跟蹤系統(tǒng)和信號(hào)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(lèi)參數(shù)數(shù)值，轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)執(zhí)行需要頻率激勵(lì)信號(hào)，分別實(shí)時(shí)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(shí)， 指令啟動(dòng)保護(hù)電路，自動(dòng)設(shè)定異常信號(hào)，設(shè)定作業(yè)故障、作業(yè)參數(shù)的定位限制，補(bǔ)償機(jī)制等 報(bào)警識(shí)別、觸發(fā)信息。 ——通過(guò)功率放大模塊中的激勵(lì)放大器、開(kāi)關(guān)型功率放大器等電路、器件的工作， 將從信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊中接收到的頻率激勵(lì)信號(hào)，轉(zhuǎn)換成超聲波換能器能使用的超聲電能，并 實(shí)時(shí)傳輸?shù)狡ヅ渚W(wǎng)絡(luò)模塊中。 ——通過(guò)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(dá)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(jì)電能，并指令超聲波換能器工作。 ——與此同時(shí)，經(jīng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊指令啟動(dòng)的自動(dòng)跟蹤、信號(hào)采樣系統(tǒng)和破乳脫水
工部中設(shè)計(jì)布置的各功能傳感器、油水液面指示儀、油水指標(biāo)在線(xiàn)分析儀等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，都進(jìn)
入正常工作狀態(tài)，并實(shí)時(shí)向數(shù)字合成模塊傳輸所測(cè)得的各種數(shù)據(jù)信息；在數(shù)字合成模塊內(nèi) 對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行比對(duì)分析、邏輯運(yùn)算；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，對(duì)已經(jīng)選擇確定的超聲波特性參數(shù)和
運(yùn)行作為參數(shù)，分別進(jìn)行調(diào)整修正，發(fā)出調(diào)整修正指令，同時(shí)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(dòng)判斷進(jìn)行超聲破乳脫水處理作業(yè)時(shí)輻射時(shí)
間、沉降時(shí)間等作業(yè)開(kāi)始或停止；自動(dòng)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(kāi)始或停止，并向相關(guān)執(zhí)行工作部件，發(fā)出相應(yīng)執(zhí)行指令。
(3)電/聲轉(zhuǎn)換輻射工部 A、實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)械振動(dòng)和空化作用的超聲換能器來(lái)實(shí)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(qiáng)
等代表超聲波特性的運(yùn)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(wù)，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(dān)的主要工藝內(nèi)容有 ——通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)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(guò)設(shè)計(jì)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(yīng)和振模特性，把從功率驅(qū)動(dòng)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(qiáng)、脈沖寬度等形式，傳輸?shù)骄勰茌椛浒羯稀?——通過(guò)以全浸沒(méi)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(qiáng)、脈沖寬度等作業(yè)參數(shù)，并實(shí)時(shí)向原油乳狀液中輻射傳導(dǎo)，完成超聲破乳脫水作業(yè)。 ——通過(guò)信號(hào)采樣傳輸反饋系統(tǒng)，將超聲波換能器作業(yè)過(guò)程中的各種信息，實(shí)時(shí)
采集反饋到功率驅(qū)動(dòng)控制工部中的數(shù)字合成模塊上，為自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)提供修正調(diào)整運(yùn)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(shí)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(xué)破乳技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，機(jī)械分散技術(shù)等多種應(yīng)用科學(xué)技術(shù)的協(xié) 助配合，而且還必須提供一種能安裝應(yīng)用這些技術(shù)裝備，使其能充分協(xié)調(diào)運(yùn)行共同對(duì)原油乳狀液進(jìn)行油水分離作業(yè)的載體。據(jù)此，計(jì)原油超聲破乳脫水作業(yè)技術(shù)路線(xiàn)時(shí)，安排布置有
破乳脫水作業(yè)工部；目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)所有進(jìn)行原油破乳脫水作業(yè)的技術(shù)及裝備，能進(jìn)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(jì)效益和社會(huì)效益。 B、破乳脫水作業(yè)工部的作業(yè)任務(wù)，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(dān)的主要工藝內(nèi)容有 ——通過(guò)原油進(jìn)油口，接收需要進(jìn)行超聲破乳脫水處理的原油乳狀液。 ——通過(guò)破乳劑溶解液加注器，按功率驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)破壞原油乳狀液的油水界面膜，增強(qiáng)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(yīng)"，提高對(duì)原油
乳狀液的破乳脫水效率和效果。 ——通過(guò)安裝在油水分離罐內(nèi)的超聲波換能器，實(shí)時(shí)向原油乳狀液輻射傳導(dǎo)代表 超聲波特性的頻率、聲強(qiáng)、脈沖寬度等超聲波聲能，使原油乳狀液產(chǎn)生"位移效應(yīng)"和"空化 作用"，實(shí)現(xiàn)超聲破乳脫水作業(yè)。 ——與此同時(shí)，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(dòng)控制工部發(fā)出的指令同時(shí)分別開(kāi)始運(yùn)行。高速分散攪拌器，以1800r/ min的轉(zhuǎn)速高速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)葉片攪動(dòng)原油乳狀液在油水分離罐內(nèi)高速流動(dòng)分散，實(shí)現(xiàn)增加水 微粒分散、碰撞、聚潔機(jī)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(shí)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(guò)獨(dú)立管路為 超聲波換能器的振子晶堆提供高壓冷風(fēng)方式，進(jìn)行散熱降溫作業(yè)，高壓冷風(fēng)管道壓力控制 在0. 02 0. 05Mpa之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)確保振子晶片的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定正常工作。—與此同時(shí)同，功率驅(qū)動(dòng)控制工部指令自動(dòng)跟蹤和信號(hào)采樣反饋系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn) 行，安裝在油水分離罐內(nèi)相應(yīng)位置上的各功能傳感器、油水界面指示儀、油水指標(biāo)分析儀等 監(jiān)測(cè)儀表也開(kāi)始工作，并實(shí)時(shí)將搜集到的各種信息、數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦β黍?qū)動(dòng)控制工部中的數(shù) 字合成模塊內(nèi)；為功率驅(qū)動(dòng)控制工部選擇確定、修正調(diào)整運(yùn)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(shí)間，根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)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(shí)間，由功率驅(qū)動(dòng)控制工部 根據(jù)采集和反饋的數(shù)據(jù)，自動(dòng)判定，并發(fā)出完成超聲波輻射的指令?！瓿沙暡ㄝ椛涞臅r(shí)間，就是開(kāi)始執(zhí)行沉降時(shí)間，功率驅(qū)動(dòng)控制工部在發(fā)出 完成超聲波輻射時(shí)間的同時(shí)，發(fā)出所有運(yùn)行部件停止運(yùn)行的指令；根據(jù)停止運(yùn)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(yùn)行；破 乳脫水作業(yè)工部進(jìn)入執(zhí)行沉降時(shí)間。 ——超聲破乳脫水處理作業(yè)的沉降時(shí)間，根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證，對(duì)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(shí)間，由功率驅(qū)動(dòng)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(biāo)分析儀等監(jiān)測(cè)儀表，實(shí)時(shí)傳輸?shù)?油水分離效果數(shù)據(jù)自動(dòng)判定，并實(shí)時(shí)發(fā)出相應(yīng)指令。
——功率驅(qū)動(dòng)控制工部，根據(jù)對(duì)油水分離作業(yè)效果的自動(dòng)判斷，首先指令打開(kāi)脫 水原油排出閥門(mén)，從脫水原油排出口，將脫水原油排出；然后再指令打開(kāi)分離水排出閥門(mén)， 從分離水排出口，將分離水排出；最后指令打開(kāi)分離沉降泥砂排出口，啟動(dòng)泥砂清除器，靠 螺旋葉片推動(dòng)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(duì)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(dòng)控制工部，應(yīng)該指令啟動(dòng)輸油泵，向油水分離罐加注原油乳狀液，進(jìn)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(jìn)性 A、充分利用當(dāng)代的自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)在線(xiàn)控制新技術(shù)，提供多種適用的超聲電能，并具 有實(shí)時(shí)自動(dòng)跟蹤采樣、調(diào)整控制各項(xiàng)運(yùn)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(dòng)調(diào)整控制運(yùn)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(dǎo)產(chǎn)生"位移
效應(yīng)"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(duì)各種類(lèi)型不同物性原油乳狀液，都能進(jìn)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(shí)協(xié)調(diào)應(yīng)用化學(xué)破乳、機(jī)械分散等實(shí)用技
術(shù)，并能連續(xù)不間斷進(jìn)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(yīng)用各種原油破乳脫水技術(shù)的有效載體，較好地解決了實(shí)現(xiàn)對(duì)原油乳狀液進(jìn)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(yīng)用化學(xué)破乳、機(jī)械分散、現(xiàn)場(chǎng)在線(xiàn)自動(dòng)化控制
等多種技術(shù)的原油超聲破乳脫水技術(shù)路線(xiàn)；
2、本發(fā)明主要技術(shù)特點(diǎn)
(1)應(yīng)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(yīng)用于油田的中聯(lián)站、采油集中 場(chǎng)在原油出場(chǎng)運(yùn)輸前的破乳脫水和除雜處理技術(shù)作業(yè)；稍加改進(jìn)，增設(shè)防爆裝置后，也可以 應(yīng)用于煉油廠(chǎng)的原油預(yù)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(yīng)用化學(xué)破乳、機(jī)械分散、現(xiàn)場(chǎng)在線(xiàn)自動(dòng)控制等多 項(xiàng)先進(jìn)成熟技術(shù)，具有超聲功率大、高低頻率匹配組合應(yīng)用、聲場(chǎng)分布均勻；作業(yè)狀態(tài)穩(wěn)定、 操作簡(jiǎn)單容易、運(yùn)行自動(dòng)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(qiáng)、油水 分離徹底，分離水中含油量極低、可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化連續(xù)作業(yè)等突出特點(diǎn)。
3、本發(fā)明意義 A、科研成果科學(xué)地利用了超聲波特有的"位移效應(yīng)"和"空化作用"，采取多組高低 頻率自動(dòng)選擇組合、浸沒(méi)式安裝布置聚能輻射棒、高壓冷風(fēng)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(xiàng)獨(dú)創(chuàng)性超聲裝備技術(shù)措施，成功地將超聲破乳技術(shù)應(yīng)用到極具 市場(chǎng)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(shí)際應(yīng)用，開(kāi)拓 了一個(gè)新領(lǐng)域。
B、成功地應(yīng)用以超聲破乳脫水技術(shù)為主，綜合協(xié)調(diào)采用化學(xué)破乳、機(jī)械分散、現(xiàn)場(chǎng) 在線(xiàn)自動(dòng)控制等多項(xiàng)先進(jìn)成熟技術(shù)，通過(guò)獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)的預(yù)設(shè)處理方案組配、以單片機(jī)做現(xiàn)場(chǎng) CPU、自動(dòng)跟蹤采樣反饋及安全保護(hù)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(zhǎng)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(jìn)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(diǎn)，可以極大的降低原油油水分離作業(yè)費(fèi)用，減輕處理污水和沉降
泥砂的環(huán)保壓力，提高原油實(shí)際有效產(chǎn)量，為我國(guó)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(jì)效益和社會(huì)效益； 4、推廣應(yīng)用條件。
(1)本發(fā)明推廣應(yīng)用條件 主要應(yīng)用于油田的中聯(lián)站、采油集中場(chǎng)，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(yīng)用，無(wú)特殊限制價(jià)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(xiàn)圖； 圖4是超聲波聲強(qiáng)與原油破乳脫水關(guān)系曲線(xiàn)圖； 圖5是超聲波輻射時(shí)間與原油破乳脫水關(guān)系曲線(xiàn)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(xiàn)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)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(yīng)超聲波的特性，借助化 學(xué)破乳劑的化學(xué)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(shí)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(jī)交互數(shù) 字顯示器、AVR高速嵌入式單片機(jī)、數(shù)字合成模塊、信號(hào)驅(qū)動(dòng)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(jī)做為現(xiàn)場(chǎng)CPU，通過(guò)單片機(jī)的底板總線(xiàn)系 統(tǒng)設(shè)有的標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)、油水分 離罐中的功能傳感器、在線(xiàn)分析儀相連通；與分別控制原油進(jìn)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(kāi)關(guān)、閥 門(mén)、電動(dòng)機(jī)相連接；與PLC連接通訊，并通過(guò)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(duì)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(dú)立元器件、配套電路，全部集成到單獨(dú)模塊上；各單獨(dú)模塊均采用印刷線(xiàn)路技術(shù)，嵌入所有獨(dú)立元器件；各單獨(dú)模塊均設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)插板，通過(guò)單片機(jī)底板總線(xiàn)系統(tǒng)與 現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)方形不銹鋼板制成的控制櫃 內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與PLC、油水分離罐的總接線(xiàn)控制盒相連接；控制櫃單獨(dú)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(yùn)行技術(shù)路線(xiàn)描述 A、接通電源，啟動(dòng)"原油超聲破乳脫水裝置"進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)； B、通過(guò)超聲波發(fā)生器的人機(jī)交互數(shù)字顯示器，檢查驗(yàn)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(kāi)始顯示； C、通過(guò)原油在線(xiàn)分析儀，將測(cè)得的原油乳狀液流量、含水率、各種鹽類(lèi)物質(zhì)的成份 及含量、密度、溫度等物性指標(biāo)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)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(guò)數(shù)字合成模塊，將接收到的原油物性數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)處置方案組配數(shù)據(jù)，通過(guò) 分析對(duì)比系統(tǒng)的數(shù)學(xué)邏輯模型電路，進(jìn)行自動(dòng)比對(duì)、計(jì)算，選擇確定出對(duì)原油進(jìn)行超聲破乳 脫水處理作業(yè)的頻率、聲強(qiáng)、脈沖寬度等特性參數(shù)和沉降時(shí)間、加熱溫度、分散攪拌速度、破 乳劑加入數(shù)量等運(yùn)行參數(shù)，傳送到信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊。與此同時(shí)，信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊的鎖相式頻率自 動(dòng)跟蹤、信號(hào)采樣編碼傳輸?shù)刃畔⒎答佅到y(tǒng)，將實(shí)時(shí)跟蹤采集的各項(xiàng)特性參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)具 體數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確完整送回?cái)?shù)字合成模塊。在數(shù)字合成模塊內(nèi)，對(duì)已經(jīng)選擇確定的具體數(shù) 據(jù)，再次進(jìn)行比對(duì)、計(jì)算、修正，并將修正結(jié)果在顯示器屏幕上顯示； E、在現(xiàn)場(chǎng)CPU內(nèi)，能過(guò)單片機(jī)控制，將修正后的結(jié)果數(shù)據(jù)，傳送到信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊 中； F、通過(guò)以信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊，將系統(tǒng)需要的頻率信號(hào)，傳送到以開(kāi)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(guò)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)CPU單片機(jī)，將經(jīng)過(guò)對(duì)比修正后的運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)，分別傳送到相應(yīng)的 電機(jī)、閥門(mén)、電磁開(kāi)關(guān)，指令其按運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行開(kāi)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(fù)合聚能輻射棒1、微調(diào)套筒2、預(yù)應(yīng) 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(diǎn)支座 9、后振動(dòng)體10、、吸收塊11、聲反饋晶片12、后端蓋13、電極引線(xiàn)14、冷卻氣進(jìn)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(guò)預(yù)應(yīng)力套筒3與前負(fù)載塊即聚能輻射棒1連接； 通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接到油水分離器的總接線(xiàn)控制盒上，再與超聲波發(fā)生器連接；通過(guò)冷卻氣進(jìn)口 15，與冷卻器連接。超聲波換能器通過(guò)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(méi)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(dǎo)時(shí)，在其他條件不變的前提下，聲強(qiáng)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(chǎng)越均勻，在聲強(qiáng) 條件基本相同的條件下，選擇設(shè)計(jì)相對(duì)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(yùn)動(dòng)、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(xiàn)圖，是超聲波頻率應(yīng)選擇的范圍。原油超聲破乳脫 水裝置"，依據(jù)對(duì)各種類(lèi)型不同物性原油乳狀液都能實(shí)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_(dá)低頻率組合的超聲波頻率參數(shù)。
2、超聲波聲強(qiáng)的選擇 圖4超聲波聲強(qiáng)與原油破乳脫水的關(guān)系曲線(xiàn)圖，充分考慮了各種類(lèi)型不同物性原 油乳狀液特點(diǎn)，選擇設(shè)計(jì)出可在1. 2 1. 8W/cm2之間，進(jìn)行自動(dòng)選擇的超聲波聲強(qiáng)參數(shù)。
3、超聲波輻射時(shí)間的選擇 圖5是超聲波輻射時(shí)間與原油破乳脫水關(guān)系曲線(xiàn)圖，充分考慮了各種類(lèi)型不同物 性原油乳狀液特點(diǎn)，選擇設(shè)計(jì)出可在15 20min之間，進(jìn)行自動(dòng)選擇的超聲波輻射時(shí)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(dǎo)線(xiàn)，通過(guò)
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(jì)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(jì)。振子晶堆與前負(fù)載塊即聚能輻射棒1，以平面全接觸方
式連接。前負(fù)載塊通過(guò)螺紋與預(yù)應(yīng)力套筒3、微調(diào)套筒2連接，并作為固定機(jī)構(gòu)。 振子晶堆與后負(fù)載塊也以平面全接觸方式連接，后負(fù)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(qiáng)度有限，在振子晶堆外，設(shè)計(jì)有預(yù)應(yīng)力套筒3、 微調(diào)套筒2、前后負(fù)載塊等調(diào)控機(jī)構(gòu)。通過(guò)調(diào)整預(yù)應(yīng)力套筒3，改變前后負(fù)載塊的間距，就能 對(duì)振子晶堆施加足夠預(yù)應(yīng)力，也可以控制晶片預(yù)應(yīng)力大小；在換能器作大動(dòng)率振動(dòng)時(shí)，壓電 效應(yīng)始終能被控制在設(shè)計(jì)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(xì)、燒結(jié)、極化制成，在大電場(chǎng)、高功 率條件下，會(huì)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(dāng)晶片溫度達(dá)到其 居里溫度的一半時(shí)，就會(huì)使換能器處于嚴(yán)重不穩(wěn)定狀態(tài)。為此，振子晶堆設(shè)計(jì)了厚銅電極板 6，有利于散熱；同時(shí)，在超聲油水分離罐外，設(shè)計(jì)安裝有小型冷卻器，通過(guò)冷卻氣進(jìn)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(jī)械放大源；同時(shí)，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(xué)、化學(xué)上的隔絕。根據(jù)原油超聲破乳脫水特點(diǎn)，為增加振幅 放大系數(shù)，選擇復(fù)合式聚能輻射棒；同時(shí)考慮到聚能輻射棒不僅要長(zhǎng)期浸沒(méi)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(qiáng)度、較小聲阻抗特性、而且 耐腐蝕的鈦合金材料制造?？紤]到開(kāi)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(jì)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(tái)超 聲波換能器。平面布置位置設(shè)計(jì)成在同心園120°分界線(xiàn)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(jì)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(méi)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(jì)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(shí)現(xiàn)輻射無(wú)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(yīng)用化學(xué)破乳、機(jī)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(yīng)用超 聲、化學(xué)、機(jī)械破乳技術(shù)，完成對(duì)各種類(lèi)型不同物性原油乳狀液進(jìn)行破乳脫水處理作業(yè)的專(zhuān) 用設(shè)施，是應(yīng)用安裝功率超聲、化學(xué)破乳、機(jī)械分散等破乳脫水專(zhuān)業(yè)技術(shù)裝備的載體，是實(shí) 現(xiàn)原油乳狀液油水分離的作業(yè)場(chǎng)地。根據(jù)實(shí)際情況，油水分離罐既可以單獨(dú)組織生產(chǎn)制造， 也可以利用油田采油場(chǎng)現(xiàn)有的原油油水分離罐進(jìn)行改裝加工。
1、油水分離罐的整體結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)。 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(lèi)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(jì)方案對(duì)比分析后，設(shè)計(jì)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(chǔ)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(xiàn)分析儀器儀35、原油進(jìn)油口 36、連接法蘭盤(pán)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(xiàn)控制盒41、導(dǎo)線(xiàn)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(jì)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(pán)37連接固定；罐體通過(guò)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(chǔ)存區(qū)19等五個(gè)作業(yè)功能區(qū)；由泥砂隔離柵20，將分離水沉降儲(chǔ)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(chǔ)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(jì)布置安裝三臺(tái)超聲波換能器23，布置安裝方式設(shè) 計(jì)成在油水分離罐的同心園120°分界線(xiàn)上，按超聲波聚能輻射棒有效輻射面積可重疊、無(wú) 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(zhǔn)，在罐體內(nèi)壁上布置安裝 換能器安裝支架29，通過(guò)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(méi)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(dāng)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(guò)冷卻通風(fēng)管與超聲波換能器38的冷卻氣進(jìn)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(yīng)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(duì)北方地區(qū)氣候特點(diǎn)，在罐體外壁設(shè)計(jì)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(duì)原油乳狀液的破乳分散能力，在原油進(jìn)入油水分離罐的進(jìn)油管道上， 安裝有原油在線(xiàn)自動(dòng)分析儀35，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)原油的密度、粘度、含水量、化學(xué)成分含量等物性 指標(biāo)數(shù)據(jù)，并能實(shí)時(shí)將測(cè)得的指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸至超聲波發(fā)生器28的現(xiàn)場(chǎng)CPU內(nèi)。同時(shí)還在原 油進(jìn)入油水分離罐的進(jìn)油管道上，設(shè)計(jì)裝有化學(xué)破乳劑溶液加注器34，能根據(jù)超聲波發(fā)生 器43給出時(shí)指令，按原油流量以設(shè)計(jì)的比例濃度向原油乳狀液中加注破乳劑。同時(shí)，為進(jìn) 一步增強(qiáng)對(duì)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(tái)葉片式高速分散攪拌器；能在對(duì)原油乳狀液進(jìn)行超聲破乳 作業(yè)的同時(shí)，對(duì)原油乳狀液進(jìn)行高速分散攪拌，用以提高原油乳狀液的流動(dòng)性和分散能力， 增強(qiáng)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(dāng)泥砂中的含油經(jīng)幾次攪 動(dòng)分散，破乳脫水分離后，由泥砂清除器21及時(shí)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(lái)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(guò)濾，進(jìn)入分離水沉降儲(chǔ)存區(qū)19 ;在此過(guò)程中，雖有安裝的泥砂隔離柵5，但仍會(huì)有微細(xì)泥 砂隨分離水進(jìn)入；為此，在分離水沉降儲(chǔ)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(shí)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(yīng)位置上，設(shè)置有傳感器、液 面指示儀、油水在線(xiàn)分析儀35等數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)儀器儀表；同時(shí)還布置有控制油水分離罐各工作 部件運(yùn)行的電機(jī)、閥門(mén)、開(kāi)關(guān)等電器元件。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化在線(xiàn)控制，所有導(dǎo)線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)，均統(tǒng) 一接入設(shè)計(jì)安裝在罐體外部的總接線(xiàn)控制盒內(nèi)41 ;通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)束42與超聲波發(fā)生器43連 接。 3、油水分離罐的運(yùn)行技術(shù)路線(xiàn)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(dòng)輸 油泵，向油水分離罐加注原油乳狀液。 B、原油在線(xiàn)分析儀35工作，實(shí)時(shí)測(cè)出原油各項(xiàng)物性指標(biāo)；并將測(cè)到的原油密度、 粘度、含水量、含鹽量和化學(xué)成份數(shù)量等物性指標(biāo)數(shù)值，傳輸進(jìn)超聲波發(fā)生器43的現(xiàn)場(chǎng)CPU 內(nèi)，同時(shí)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(biāo)數(shù)據(jù)，通過(guò)與預(yù)設(shè)處理方案組 配進(jìn)行分析對(duì)比，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)邏輯模型電路自動(dòng)分析計(jì)算，選擇確定出超聲波的頻率、聲強(qiáng)、 脈沖寬度、輻射時(shí)間等超聲波作業(yè)特性參數(shù)，實(shí)時(shí)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(shí)，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(shí)間、高速分散攪拌器轉(zhuǎn)速及時(shí)間等作業(yè)運(yùn)行指令參數(shù)，實(shí)時(shí)傳輸?shù)较嚓P(guān)運(yùn)行部件的 執(zhí)行機(jī)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(yùn)行部件，按超聲波發(fā)生器38的指令開(kāi)始運(yùn)行。 E、與此同時(shí)，超聲波發(fā)生器43的自動(dòng)跟蹤和信號(hào)采集系統(tǒng)啟動(dòng)；安裝設(shè)置在油水分離罐內(nèi)相應(yīng)位置上的各動(dòng)能傳感器、油水液面指示儀、油水指標(biāo)在線(xiàn)分析儀35等監(jiān)測(cè)儀 表也開(kāi)始工作。實(shí)時(shí)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(chǎng)CPU內(nèi)。 在超聲波發(fā)聲器43內(nèi)，按C項(xiàng)描述的作業(yè)程序?qū)崟r(shí)進(jìn)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(shí)間和收到的監(jiān)測(cè)信息，經(jīng)自動(dòng)對(duì)比計(jì)算，斷 定并指令所有運(yùn)行部件停止運(yùn)行，進(jìn)入沉降時(shí)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(xiàn)分析儀35 實(shí)時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，分別指令先后打開(kāi)脫水原油排出閥門(mén)和分離水排出閥門(mén)，先后排出脫水 原油和分離水；然后再指令打開(kāi)分離泥砂排出閥門(mén)，啟動(dòng)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(dòng)輸油泵向油水分離罐加注需要處理的原油乳狀液，進(jìn)
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(yīng)用多種破乳技術(shù)進(jìn)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(yīng)用多種破乳技術(shù)，共同對(duì)各 種類(lèi)型不同物性原油乳狀液進(jìn)行超聲破乳脫水作業(yè)的完整技術(shù)路線(xiàn)。 本發(fā)明提出的原油超聲破乳脫水作業(yè)技術(shù)路線(xiàn)，由原油物性分析、功率驅(qū)動(dòng)控制、 電/聲轉(zhuǎn)換輻射、破乳脫水作業(yè)等四個(gè)具體作業(yè)工部組成。 各作業(yè)工部設(shè)置的理由目的，應(yīng)用的技術(shù)裝備，承擔(dān)的主要工藝內(nèi)容，執(zhí)行的具體 參數(shù)，實(shí)現(xiàn)的作業(yè)目標(biāo)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(xiàn)示意圖。
1、原油物性分析工部 A、目的是為進(jìn)行超聲破乳脫水作業(yè)，科學(xué)選擇確定出的具體超聲特性參數(shù)、作業(yè) 運(yùn)行參數(shù)。 B、原油物性分析工部的作業(yè)任務(wù)，主要由配置的有多種監(jiān)測(cè)儀器儀表組成的"原 油在線(xiàn)分析儀"完成。 C、原油物性分析工部承擔(dān)的主要工藝內(nèi)容有 ——對(duì)需要進(jìn)行超聲破乳脫水處理的原油乳狀液，進(jìn)行物性指標(biāo)數(shù)據(jù)檢測(cè)分析； 檢測(cè)分析的物性指標(biāo)包括溫度、粘度、含水率、泥砂率、乳狀液類(lèi)型及NaCI、MgCI2、CaCI2等 鹽類(lèi)物質(zhì)含量等指標(biāo)。 ——除首次處理不同物性原油必須進(jìn)行檢測(cè)分析外，檢測(cè)分析的數(shù)量基數(shù)，時(shí)間 間隔，均根據(jù)國(guó)家規(guī)定的抽樣辦法進(jìn)行檢測(cè)。 ——將規(guī)定檢測(cè)分析的所有物性指標(biāo)數(shù)值，實(shí)時(shí)傳輸進(jìn)超聲波發(fā)生器的現(xiàn)場(chǎng)CPU 內(nèi)，做為選擇超聲波特性參數(shù)和作業(yè)運(yùn)行參數(shù)的基礎(chǔ)依據(jù)。 ——完成原油物性指標(biāo)分析后，根據(jù)功率驅(qū)動(dòng)控制工部的指令，啟動(dòng)輸油泵，向油
水分離罐加注原油乳狀液。 2、功率驅(qū)動(dòng)控制工部 A、目的是為進(jìn)行超聲破乳脫水作業(yè)提供大功率超聲功率源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)原油超聲破 乳脫水作業(yè)全過(guò)程在線(xiàn)自動(dòng)控制。 B、功率驅(qū)動(dòng)控制工部的作業(yè)任務(wù)，主要由配置的"超聲波發(fā)生器"完成。
C、功率驅(qū)動(dòng)控制工部承擔(dān)的主要工藝內(nèi)容有
——接收原油在線(xiàn)分析儀傳輸?shù)脑腿闋钜簻囟?、密度、粘度、含水率、泥砂率、?狀液類(lèi)型及NaCI、 MgCI2、 CaCI2鹽類(lèi)物質(zhì)含量等物性指標(biāo)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(biāo)后，下達(dá)向油水分離罐進(jìn)行輸油指令。
——通過(guò)數(shù)字合成模塊，將接收到的原油乳狀液物性指標(biāo)數(shù)值，實(shí)時(shí)與存儲(chǔ)的預(yù) 設(shè)處理方案組配進(jìn)行自動(dòng)對(duì)比分析，經(jīng)設(shè)有的數(shù)學(xué)邏輯模型電路自動(dòng)分析計(jì)算，選擇確定 出對(duì)該批原油乳狀液進(jìn)行超聲破乳脫水處理應(yīng)采用的超聲波頻率、聲強(qiáng)、輻射時(shí)間、脈沖寬 度等超聲波特性參數(shù)；同時(shí)選擇確定出破乳劑溶解液加注量、冷卻氣通入時(shí)間及數(shù)量、高速 分散攪拌器轉(zhuǎn)速、加熱溫度及時(shí)間等運(yùn)行作為參數(shù)；并將選擇確定的這些參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)?信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊，同時(shí)在顯示器屏幕上顯示。 ——通過(guò)信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊中的鎖相式頻率自動(dòng)反饋跟蹤系統(tǒng)和信號(hào)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(lèi)參數(shù)數(shù)值，轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)執(zhí)行需要頻率激勵(lì)信號(hào)，分別實(shí)時(shí)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(shí)， 指令啟動(dòng)保護(hù)電路，自動(dòng)設(shè)定異常信號(hào)，設(shè)定作業(yè)故障、作業(yè)參數(shù)的定位限制，補(bǔ)償機(jī)制等 報(bào)警識(shí)別、觸發(fā)信息。 ——通過(guò)功率放大模塊中的激勵(lì)放大器、開(kāi)關(guān)型功率放大器等電路、器件的工作， 將從信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊中接收到的頻率激勵(lì)信號(hào)，轉(zhuǎn)換成超聲波換能器能使用的超聲電能，并 實(shí)時(shí)傳輸?shù)狡ヅ渚W(wǎng)絡(luò)模塊中。 ——通過(guò)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(dá)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(jì)電能，并指令超聲波換能器工作。 ——與此同時(shí)，經(jīng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊指令啟動(dòng)的自動(dòng)跟蹤、信號(hào)采樣系統(tǒng)和破乳脫水
工部中設(shè)計(jì)布置的各功能傳感器、油水液面指示儀、油水指標(biāo)在線(xiàn)分析儀等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，都進(jìn)
入正常工作狀態(tài)，并實(shí)時(shí)向數(shù)字合成模塊傳輸所測(cè)得的各種數(shù)據(jù)信息；在數(shù)字合成模塊內(nèi) 對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行比對(duì)分析、邏輯運(yùn)算；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，對(duì)已經(jīng)選擇確定的超聲波特性參數(shù)和
運(yùn)行作為參數(shù)，分別進(jìn)行調(diào)整修正，發(fā)出調(diào)整修正指令，同時(shí)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(dòng)判斷進(jìn)行超聲破乳脫水處理作業(yè)時(shí)輻射時(shí)
間、沉降時(shí)間等作業(yè)開(kāi)始或停止；自動(dòng)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(kāi)始或停止，并向相關(guān)執(zhí)行工作部件，發(fā)出相應(yīng)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(xiàn)時(shí)，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(qiáng)等代表超聲波特性的運(yùn)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(wù)，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(dān)的主要工藝內(nèi)容有 ——通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)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(guò)設(shè)計(jì)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(yīng)和振模特性，把從功率驅(qū)動(dòng)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(qiáng)、脈沖寬度等形式，傳輸?shù)骄勰茌椛浒羯稀?——通過(guò)以全浸沒(méi)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(qiáng)、脈沖寬度等作業(yè)參數(shù)，并實(shí)時(shí)向原油乳狀液中輻射傳導(dǎo)，完成超聲破乳脫水作業(yè)。 ——通過(guò)信號(hào)采樣傳輸反饋系統(tǒng)，將超聲波換能器作業(yè)過(guò)程中的各種信息，實(shí)時(shí) 采集反饋到功率驅(qū)動(dòng)控制工部中的數(shù)字合成模塊上，為自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)提供修正調(diào)整運(yùn)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(jì)原油超聲破乳脫水作業(yè)技術(shù)路線(xiàn)時(shí)，安排布置有破乳脫水作業(yè)工部；目的 是實(shí)現(xiàn)對(duì)所有進(jìn)行原油破乳脫水作業(yè)的技術(shù)及裝備，能進(jìn)行有效組合及協(xié)調(diào)布置，充分利 用已研究設(shè)計(jì)出的先進(jìn)技術(shù)及裝備資源，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
B、破乳脫水作業(yè)工部的作業(yè)任務(wù)，主要由設(shè)計(jì)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(dān)的主要工藝內(nèi)容有 ——通過(guò)原油進(jìn)油口 ，接收需要進(jìn)行超聲破乳脫水處理的原油乳狀液。
——通過(guò)破乳劑溶解液加注器(34)，按功率驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)破壞原油乳狀液的油水界面膜，增強(qiáng)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(yīng)"，提高對(duì) 原油乳狀液的破乳脫水效率和效果； ——通過(guò)安裝在油水分離罐內(nèi)的超聲波換能器(38)，實(shí)時(shí)向原油乳狀液輻射傳導(dǎo) 代表超聲波特性的頻率、聲強(qiáng)、脈沖寬度等超聲波聲能，使原油乳狀液產(chǎn)生"位移效應(yīng)"和 "空化作用"，實(shí)現(xiàn)超聲破乳脫水作業(yè)。 ——與此同時(shí)，設(shè)計(jì)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(dòng)控制工部發(fā)出的指令同時(shí)分別開(kāi)始運(yùn)行，高速分 散攪拌器，以1800r/min的轉(zhuǎn)速高速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)葉片攪動(dòng)原油乳狀液在油水分離罐內(nèi)高速 流動(dòng)分散，實(shí)現(xiàn)增加水微粒分散、碰撞、聚潔機(jī)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(shí)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(guò)獨(dú)立管路為超聲波換能器的振子晶堆提供高壓冷風(fēng)方式，進(jìn)行散熱降溫作 業(yè)，高壓冷風(fēng)管道壓力控制在0. 02 0. 05Mpa之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)確保振子晶片的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定正常 工作。 ——與此同時(shí)同，功率驅(qū)動(dòng)控制工部指令自動(dòng)跟蹤和信號(hào)采樣反饋系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn) 行，安裝在油水分離罐內(nèi)相應(yīng)位置上的各功能傳感器、油水界面指示儀、油水指標(biāo)分析儀等 監(jiān)測(cè)儀表也開(kāi)始工作，并實(shí)時(shí)將搜集到的各種信息、數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦β黍?qū)動(dòng)控制工部中的數(shù) 字合成模塊內(nèi)；為功率驅(qū)動(dòng)控制工部選擇確定、修正調(diào)整運(yùn)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(shí)間，根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)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(shí)間，由功率驅(qū)動(dòng)控制工部根據(jù)采集和反饋的數(shù)據(jù)，自動(dòng)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(shí)間，就是開(kāi)始執(zhí)行沉降時(shí)間。功率驅(qū)動(dòng)控制工部在發(fā)出完成超聲波輻射時(shí)間的同時(shí)，發(fā)出所有運(yùn)行部件停止運(yùn)行的指令；根據(jù)停止運(yùn)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(yùn)行；破乳脫水作業(yè)工部進(jìn)入執(zhí)行沉降時(shí)間。 ——超聲破乳脫水處理作業(yè)的沉降時(shí)間，根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證，對(duì)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(shí)間，由功率驅(qū)動(dòng)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(biāo)分析儀等監(jiān)測(cè)儀表，實(shí)時(shí)傳輸?shù)挠退蛛x效果數(shù)據(jù)自動(dòng)判定，并實(shí)時(shí)發(fā)出相應(yīng)指令。 ——功率驅(qū)動(dòng)控制工部，根據(jù)對(duì)油水分離作業(yè)效果的自動(dòng)判斷，首先指令打開(kāi)脫水原油排出閥門(mén)，從脫水原油排出口，將脫水原油排出；然后再指令打開(kāi)分離水排出閥門(mén)，從分離水排出口，將分離水排出；最后指令打開(kāi)分離沉降泥砂排出口，啟動(dòng)泥砂清除器，靠螺旋葉片推動(dòng)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(duì)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(dòng)控制工部，應(yīng)該指令啟動(dòng)輸油泵，向油水分離罐加注原油乳狀液，進(jìn)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(fù)合聚能輻射棒(1)、微調(diào)套筒(2)、預(yù)應(yīng)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(diǎn)支座(9)、后振動(dòng)體(10)、吸收塊(11)、聲反饋晶片(12)、后端蓋(13)、電極引線(xiàn)(14)、冷卻氣進(jìn)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(guò)預(yù)應(yīng)力套筒(3)與前負(fù)載塊即聚能輻射棒(1)連接；通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接到油水分離器的總接線(xiàn)控制盒(41)上，再與超聲波發(fā)生器(43)連接；通過(guò)冷卻氣進(jìn)口(15)，與冷卻器(30)連接，超聲波換能器通過(guò)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(méi)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(dǎo)線(xiàn)，通過(guò)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(jì)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(jì)，振子晶堆與前負(fù)載塊即聚能輻射棒(1)，以平面全接觸方式連接，前負(fù)載塊通過(guò)螺紋與預(yù)應(yīng)力套筒(3)、微調(diào)套筒(2)連接，并作為固定機(jī)構(gòu)，振子晶堆與后負(fù)載塊也以平面全接觸方式連接，后負(fù)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(jì)有預(yù)應(yīng)力套筒(3)、微調(diào)套筒(2)、前后負(fù)載塊調(diào)控機(jī)構(gòu)；C、 壓電稀土陶瓷晶片(5)是由鐵電材料經(jīng)磨細(xì)、燒結(jié)、極化制成，振子晶堆設(shè)計(jì)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(fù)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(tái)超聲波換能器(38)，平面布置位置設(shè)計(jì)成在同心園120°分界線(xiàn)上，垂直位置設(shè)計(jì)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(méi)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(chǔ)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(xiàn)分析儀器儀(35)、原油進(jìn)油口 (36)、連接法蘭盤(pán)(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(xiàn)控制盒(41)、導(dǎo)線(xiàn)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(pán)(37)連接固定；罐體通過(guò)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(chǔ)存區(qū)(19)五個(gè)作業(yè)功能區(qū)；由泥砂隔離柵(20)，將分離水沉降儲(chǔ)存區(qū)(19)與其他作業(yè)區(qū)分隔；在分離水沉降儲(chǔ)存區(qū)(19)內(nèi)，設(shè)有泥砂沉淀池；B、 安裝三臺(tái)超聲波換能器(23)，安裝在油水分離罐的同心園120°分界線(xiàn)上，原油乳狀液在油水分離罐內(nèi)的最高界面為基準(zhǔn)，在罐體內(nèi)壁上安裝換能器安裝支架(29)，通過(guò)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(méi)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(guò)冷卻通風(fēng)管與超聲波換能器(38)的冷卻氣進(jìn)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(jìn)入油水分離罐的進(jìn)油管道上，安裝有原油在線(xiàn)自動(dòng)分析儀(35)，并能實(shí)時(shí)將測(cè)得的指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸至超聲波發(fā)生器(28)的現(xiàn)場(chǎng)CPU內(nèi)；同時(shí)還在原油進(jìn)入油水分離罐的進(jìn)油管道上，裝有化學(xué)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(yīng)位置上，設(shè)置有傳感器、液面指示儀、油水在線(xiàn)分析儀(35)，同時(shí)還布置有控制油水分離罐各工作部件運(yùn)行的電機(jī)、閥門(mén)、開(kāi)關(guān)電器元件，均統(tǒng)一接入設(shè)計(jì)安裝在罐體外部的總接線(xiàn)控制盒(41)內(nèi)；通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)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(jī)交互數(shù)字顯示器、AVR高速嵌入式單片機(jī)、數(shù)字合成模塊、信號(hào)驅(qū)動(dòng)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(jī)做為現(xiàn)場(chǎng)CPU，通過(guò)單片機(jī)的底板總線(xiàn)系統(tǒng)設(shè)有的標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)、油水分離罐中的功能傳感器、在線(xiàn)分析儀(35)相連通；與分別控制原油進(jìn)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(kāi)關(guān)、閥門(mén)、電動(dòng)機(jī)相連接；與PLC連接通訊，并通過(guò)PLC指揮控制原油超聲破乳脫水裝置，對(duì)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(dú)立元器件、配套電路，全部集成到單獨(dú)模塊上，各單獨(dú)模塊均采用印刷線(xiàn)路技術(shù)，嵌入所有獨(dú)立元器件；各單獨(dú)模塊均設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)插板，通過(guò)單片機(jī)底板總線(xiàn)系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)輸油泵，向油水分離罐加注原油乳狀液；B、 原油在線(xiàn)分析儀(35)工作，實(shí)時(shí)測(cè)出原油各項(xiàng)物性指標(biāo)；并將測(cè)到的原油密度、粘度、含水量、含鹽量和化學(xué)成份數(shù)量等物性指標(biāo)數(shù)值，傳輸進(jìn)超聲波發(fā)生器(43)的現(xiàn)場(chǎng)CPU內(nèi)，同時(shí)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(biāo)數(shù)據(jù)，通過(guò)與預(yù)設(shè)處理方案組配進(jìn)行分析對(duì)比，選擇確定出超聲波的頻率、聲強(qiáng)、脈沖寬度、輻射時(shí)間超聲波作業(yè)特性參數(shù)，實(shí)時(shí)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(shí)，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(shí)間、高速分散攪拌器轉(zhuǎn)速及時(shí)間作業(yè)運(yùn)行指令參數(shù)，實(shí)時(shí)傳輸?shù)较嚓P(guān)運(yùn)行部件的執(zhí)行機(jī)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(yùn)行部件，按超聲波發(fā)生器(38)的指令開(kāi)始運(yùn)行；E、 與此同時(shí)，超聲波發(fā)生器(43)的自動(dòng)跟蹤和信號(hào)采集系統(tǒng)啟動(dòng)；安裝在油水分離罐內(nèi)相應(yīng)位置上的各動(dòng)能傳感器、油水液面指示儀、油水指標(biāo)在線(xiàn)分析儀(35)監(jiān)測(cè)儀表也開(kāi)始工作，實(shí)時(shí)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(chǎng)CPU內(nèi)，在超聲波發(fā)聲器(43)內(nèi)，按C項(xiàng)描述的作業(yè)程序?qū)崟r(shí)進(jìn)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(shí)間和收到的監(jiān)測(cè)信息，經(jīng)自動(dòng)對(duì)比計(jì)算，斷定并指令所有運(yùn)行部件停止運(yùn)行，進(jìn)入沉降時(shí)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(xiàn)分析儀(35)實(shí)時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，分別指令先后打開(kāi)脫水原油排出閥門(mén)和分離水排出閥門(mén)，先后排出脫水原油和分離水；然后再指令打開(kāi)分離泥砂排出閥門(mén)，啟動(dòng)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(dòng)輸油泵向油水分離罐加注需要處理的原油乳狀液，進(jìn)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(xiàn)，由原油物性分析、功率驅(qū)動(dòng)控制、電/聲轉(zhuǎn)換輻射、破乳脫水作業(yè)四個(gè)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(wù)，主要由配置的有多種監(jiān)測(cè)儀器儀表組成的原油在線(xiàn)分析儀(35)完成，原油物性分析工部承擔(dān)的主要工藝內(nèi)容有——對(duì)需要進(jìn)行超聲破乳脫水處理的原油乳狀液，進(jìn)行物性指標(biāo)數(shù)據(jù)檢測(cè)分析；檢測(cè)分析的物性指標(biāo)包括溫度、粘度、含水率、泥砂率、乳狀液類(lèi)型及NaCI、MgCI2、CaCI2鹽類(lèi)物質(zhì)含量，——除首次處理不同物性原油必須進(jìn)行檢測(cè)分析外，檢測(cè)分析的數(shù)量基數(shù)，時(shí)間間隔，均根據(jù)國(guó)家規(guī)定的抽樣辦法進(jìn)行檢測(cè)，——將規(guī)定檢測(cè)分析的所有物性指標(biāo)數(shù)值，實(shí)時(shí)傳輸進(jìn)超聲波發(fā)生器的現(xiàn)場(chǎng)CPU內(nèi)，做為選擇超聲波特性參數(shù)和作業(yè)運(yùn)行參數(shù)的基礎(chǔ)依據(jù)，——完成原油物性指標(biāo)分析后，根據(jù)功率驅(qū)動(dòng)控制工部的指令，啟動(dòng)輸油泵，向油水分離罐加注原油乳狀液；(2) 、功率驅(qū)動(dòng)控制工部A、 目的是為進(jìn)行超聲破乳脫水作業(yè)提供大功率超聲功率源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)原油超聲破乳脫水作業(yè)全過(guò)程在線(xiàn)自動(dòng)控制，B、 功率驅(qū)動(dòng)控制工部的作業(yè)任務(wù)，主要由配置的超聲波發(fā)生器(43)完成，C、 功率驅(qū)動(dòng)控制工部承擔(dān)的主要工藝內(nèi)容有——接收原油在線(xiàn)分析儀(35)傳輸?shù)脑腿闋钜簻囟?、密度、粘度、含水率、泥砂率、乳狀液?lèi)型及NaCI、MgCI2、 CaCI2鹽類(lèi)物質(zhì)含量物性指標(biāo)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(biāo)后，下達(dá)向油水分離罐進(jìn)行輸油指令；——通過(guò)數(shù)字合成模塊，將接收到的原油乳狀液物性指標(biāo)數(shù)值，實(shí)時(shí)與存儲(chǔ)的預(yù)設(shè)處理方案組配進(jìn)行自動(dòng)對(duì)比分析，經(jīng)設(shè)有的數(shù)學(xué)邏輯模型電路自動(dòng)分析計(jì)算，選擇確定出對(duì)該批原油乳狀液進(jìn)行超聲破乳脫水處理應(yīng)采用的超聲波頻率、聲強(qiáng)、輻射時(shí)間、脈沖寬度等超聲波特性參數(shù)，同時(shí)選擇確定出破乳劑溶解液加注量、冷卻氣通入時(shí)間及數(shù)量、高速分散攪拌器轉(zhuǎn)速、加熱溫度及時(shí)間等運(yùn)行作為參數(shù)，并將選擇確定的這些參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)叫盘?hào)驅(qū)動(dòng)模塊，同時(shí)在顯示器屏幕上顯示，——通過(guò)信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊中的鎖相式頻率自動(dòng)反饋跟蹤系統(tǒng)和信號(hào)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(lèi)參數(shù)數(shù)值，轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)執(zhí)行需要頻率激勵(lì)信號(hào)，分別實(shí)時(shí)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(shí)，指令啟動(dòng)保護(hù)電路，自動(dòng)設(shè)定異常信號(hào)，設(shè)定作業(yè)故障、作業(yè)參數(shù)的定位限制，補(bǔ)償機(jī)制等報(bào)警識(shí)別、觸發(fā)信息；——通過(guò)功率放大模塊中的激勵(lì)放大器、開(kāi)關(guān)型功率放大器電路、器件的工作，將從信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊中接收到的頻率激勵(lì)信號(hào)，轉(zhuǎn)換成超聲波換能器能使用的超聲電能，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)狡ヅ渚W(wǎng)絡(luò)模塊中；——通過(guò)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(dá)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(jì)電能，并指令超聲波換能器工作；——與此同時(shí)，經(jīng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊指令啟動(dòng)的自動(dòng)跟蹤、信號(hào)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(biāo)在線(xiàn)分析儀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，都進(jìn)入正常工作狀態(tài)，并實(shí)時(shí)向數(shù)字合成模塊傳輸所測(cè)得的各種數(shù)據(jù)信息，在數(shù)字合成模塊內(nèi)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行比對(duì)分析、邏輯運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，對(duì)已經(jīng)選擇確定的超聲波特性參數(shù)和運(yùn)行作為參數(shù)，分別進(jìn)行調(diào)整修正，發(fā)出調(diào)整修正指令，同時(shí)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(dòng)判斷進(jìn)行超聲破乳脫水處理作業(yè)時(shí)輻射時(shí)間、沉降時(shí)間作業(yè)開(kāi)始或停止，自動(dòng)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(kāi)始或停止，并向相關(guān)執(zhí)行工作部件，發(fā)出相應(yīng)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(xiàn)時(shí)，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(qiáng)代表超聲波特性的運(yùn)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(wù)，主要由配置的超聲波換能器(43)來(lái)完成，C、 電/聲轉(zhuǎn)換輻射工部承擔(dān)的主要工藝內(nèi)容有——通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)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(guò)設(shè)計(jì)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(yīng)和振模特性，把從功率驅(qū)動(dòng)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(qiáng)、脈沖寬度的形式，傳輸?shù)骄勰茌椛浒?1)上，——通過(guò)以全浸沒(méi)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(qiáng)、脈沖寬度等作業(yè)參數(shù)，并實(shí)時(shí)向原油乳狀液中輻射傳導(dǎo)，完成超聲破乳脫水作業(yè)；——通過(guò)信號(hào)采樣傳輸反饋系統(tǒng)，將超聲波換能器作業(yè)過(guò)程中的各種信息，實(shí)時(shí)采集反饋到功率驅(qū)動(dòng)控制工部中的數(shù)字合成模塊上，為自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)提供修正調(diào)整運(yùn)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(xiàn)時(shí)，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(wù)，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(dān)的主要工藝內(nèi)容有——通過(guò)原油進(jìn)油口 ，接收需要進(jìn)行超聲破乳脫水處理的原油乳狀液，——通過(guò)破乳劑加注器(34)，按功率驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)破壞原油乳狀液的油水界面膜，增強(qiáng)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(yīng)，提高對(duì)原油乳狀液的破乳脫水效率和效果，——通過(guò)安裝在油水分離罐內(nèi)的超聲波換能器(38)，實(shí)時(shí)向原油乳狀液輻射傳導(dǎo)代表超聲波特性的頻率、聲強(qiáng)、脈沖寬度等超聲波聲能，使原油乳狀液產(chǎn)生位移效應(yīng)和空化作用，實(shí)現(xiàn)超聲破乳脫水作業(yè)；——與此同時(shí)，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(dòng)控制工部發(fā)出的指令同時(shí)分別開(kāi)始運(yùn)行，高速分散攪拌器，以1800r/min的轉(zhuǎn)速高速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)葉片攪動(dòng)原油乳狀液在油水分離罐內(nèi)高速流動(dòng)分散，實(shí)現(xiàn)增加水微粒分散、碰撞、聚潔機(jī)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(shí)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(guò)獨(dú)立管路為超聲波換能器(38)的振子晶堆提供高壓冷風(fēng)方式，進(jìn)行散熱降溫作業(yè)，高壓冷風(fēng)管道壓力控制在0. 02 0. 05Mpa之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)確保振子晶片的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定正常工作，——與此同時(shí)同，功率驅(qū)動(dòng)控制工部指令自動(dòng)跟蹤和信號(hào)采樣反饋系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，安裝在油水分離罐內(nèi)相應(yīng)位置上的各功能傳感器、油水界面指示儀、油水指標(biāo)分析儀監(jiān)測(cè)儀表也開(kāi)始工作，并實(shí)時(shí)將搜集到的各種信息、數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦β黍?qū)動(dòng)控制工部中的數(shù)字合成模塊內(nèi)，為功率驅(qū)動(dòng)控制工部選擇確定、修正調(diào)整運(yùn)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(shí)間，可以控制在15 20min之內(nèi)；——完成超聲波輻射的時(shí)間，就是開(kāi)始執(zhí)行沉降時(shí)間，功率驅(qū)動(dòng)控制工部在發(fā)出完成超聲波輻射時(shí)間的同時(shí)，發(fā)出所有運(yùn)行部件停止運(yùn)行的指令，根據(jù)停止運(yùn)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(yùn)行；破乳脫水作業(yè)工部進(jìn)入執(zhí)行沉降時(shí)間；——超聲破乳脫水處理作業(yè)的沉降時(shí)間，可以控制在30 40min之內(nèi)；具體執(zhí)行時(shí)間，由功率驅(qū)動(dòng)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(biāo)分析儀等監(jiān)測(cè)儀表，實(shí)時(shí)傳輸?shù)挠退蛛x效果數(shù)據(jù)自動(dòng)判定，并實(shí)時(shí)發(fā)出相應(yīng)指令；——功率驅(qū)動(dòng)控制工部，根據(jù)對(duì)油水分離作業(yè)效果的自動(dòng)判斷，首先指令打開(kāi)脫水原油排出閥門(mén)，從脫水原油排出口 (24)，將脫水原油排出，然后再指令打開(kāi)分離水排出閥門(mén)，從分離水排出口 (18)，將分離水排出，最后指令打開(kāi)分離沉降泥砂排出口 (40)，啟動(dòng)泥砂清除器，靠螺旋葉片推動(dòng)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(duì)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(shuō)，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(yīng)超聲波的特性，借助化學(xué)破乳劑的化學(xué)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(shí)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(yīng)用于油田的中聯(lián)站、采油集中場(chǎng)，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(yīng)用。
文檔編號(hào)C10G33/00GK101724439SQ200810051348
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)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(qǐng)人:四平市仲科科技有限公司