CN107957005A - 石油管道防垢破乳加热设备及油气水分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石油管道防垢破乳加热设备及油气水分离方法，该设备外壳内部设置了多层聚结斜板板束，所述聚结斜板板束的两端分别设有热源入口联箱和热源出口联箱，所述热源入口联箱上开设有热源入口，所述热源出口联箱上开设有热源出口，该聚结斜板板束通过传振杆一端固定并和外壳内紧密连接，所述传振杆的另一端连接有超声波换能器，所述集气管通过若干个集气支管与外壳连通，所述外壳一端具有原油来液入口，另一端具有原油来液出口。本发明能够长期高效的保持油田采出液的连续加热和油气水分离效果，石油管道防垢破乳加热设备加热效果及除垢能力强，使用寿命长，油气水分离效率高，降低了工程成本。

Description

石油管道防垢破乳加热设备及油气水分离方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，特别是一种石油管道防垢破乳加热设备及油气水分离方法。

背景技术

油田加热炉是采出原油进行油水分离***中的重要设备，在运行过程中经常发生结垢的问题，轻者堵塞换热管道使压力增大，增大电耗，严重时加热炉直接报废。目前油田加热炉在设计时采用较大通径的换热管，来延长垢堵塞的时间，这样使加热炉的体积增大，不但浪费钢材、增大运输和安装成本，即使在没有结垢的前提下，由于换热管管径较大中间流体和管壁距离远造成换热效率非常低，严重浪费能源。如果再加上结垢的问题，浪费能源就更加严重。另外，目前现场应用的加热炉只能具有加热的作用，在原油通过加热炉过程中而没有破乳和主动防垢的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石油管道防垢破乳加热设备及油气水分离方法，用于解决原油进行油水分离时***管道结垢严重，管道使用寿命短，成本高，油水分离效果差及破乳效果不佳等问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种石油管道防垢破乳加热设备，它包括外壳、热源入口联箱、传振杆、超声波换能器、聚结斜板板束、热源出口联箱、集气支管、集气管，所述外壳内部设置了多层聚结斜板板束，所述聚结斜板板束的两端分别设有热源入口联箱和热源出口联箱，所述热源入口联箱上开设有热源入口，所述热源出口联箱上开设有热源出口，该聚结斜板板束通过传振杆一端固定并和外壳内紧密连接，所述传振杆的另一端连接有超声波换能器，所述集气管通过若干个集气支管与外壳连通，所述外壳一端具有原油来液入口，另一端具有原油来液出口。

进一步的，所述聚结斜板板束中间是空的，该聚结斜板板束的板与板之间距为10mm、每块板的厚度为1mm。

进一步的，所述聚结斜板板束和外壳轴向成40-50°设置，该聚结斜板板束的板与板之间均为平行设置。

进一步的，所述集气支管内设有排气逆止阀。

一种利用石油管道防垢破乳加热设备油水气分离方法，包括如下步骤，

步骤一，首先加热源通过热源入口联箱进入每片斜板中间的热源入口，热源在斜板内部流动并与斜板间的原油进行热交换；

步骤二，原油来液从原油来液入口左端进入设备后首先经过聚结斜板板束进行分离，首先较大的油滴在重力差的作用下上浮粘附在每个斜板的下表面，水滴下沉，此时斜板发出的功率超声能量具有很好机械振动、剪切和加热作用，一方面加速管道内板束间还没有分离或上浮的乳化液破乳分离，一方面加速已经粘附在每个斜板的下表面油滴聚合，并形成和保持油路的上升通道，水滴下沉至管道内，同时气体上排，由集气支管进入集气管，此过程油气水分离不断重复；

步骤三，打开集气支管里面的排气逆止阀，及时排除分离出来的气体，分离后的混合液由原油来液出口排出，同时热源由热源出口联箱上的热源出口排出。

本发明的有益效果：油水气分离效果好，集防垢破乳加热为一体，降低了成本，提高了工作效率，延长了石油管道的使用寿命，本发明的石油管道防垢破乳加热设备占地面积小、安装使用方便、免维护、节能高效且可连续稳定运行。

附图说明

图1是本发明石油管道防垢破乳加热设备结构示意图。

图2是本发明石油管道防垢破乳加热设备传振杆局部结构示意图。

具体实施方式

如图1~2所示，本发明公开了一种石油管道防垢破乳加热设备及油气水分离方法，它包括外壳1、热源入口联箱3、传振杆5、超声波换能器6、聚结斜板板束8、热源出口联箱9、集气支管11、集气管12，所述外壳1内部设置了多层聚结斜板板束8，该聚结斜板板束8板的块数根据实际需求进行调整。所述聚结斜板板束8的两端分别设有热源入口联箱3和热源出口联箱9，所述热源入口联箱3上开设有热源入口2，所述热源出口联箱9上开设有热源出口7，该聚结斜板板束8通过传振杆5一端固定并和外壳1内紧密连接，所述传振杆5的另一端连接有超声波换能器6，所述集气管12通过若干个集气支管11与外壳1连通，所述外壳1一端具有原油来液入口4，另一端具有原油来液出口10。

聚结斜板板束8中间是空的，该聚结斜板板束8的板与板之间距为10mm、每块板的厚度为1mm。聚结斜板板束8和外壳1轴向成40-50°设置，该聚结斜板板束8的板与板之间均为平行设置。

另外，所述集气支管11内设有排气逆止阀，用于及时排除分离出来的气体，以减少一体化设备内部的压力和气体体积，确保油水充满外壳1内部空间，保持分离效率。

本发明的基本原理：使油水混合液在流动过程中因受功率超声能量的斜板作用实现破乳和防垢，在斜板环境下受重力作用而自然分层，密度较大的水相下沉到斜板的下部并汇集在管道中，密度较小的油相上浮到斜管的上部并汇集在管道中，最后形成油水两相的分层流动，原油来液中的气相继续上升到最上面的气相管道，最终实现油气水的高效快速分离。

本发明一体化设备在正常工作时，功率超声波***首先启动，超声波换能器6通过传振杆5将功率超声波能量耦合到聚结斜板板束8上，此时板束和管道都带有了超声波能量，即管道壁面和板束壁面始终保持一种高频低振幅的波动，这种超声波动的结果将超声能量的机械振动、剪切和热作用有效的传递给需要处理的油水混合液，从而收到高效破乳、高效防垢、高效换热、高效聚结的结果。采用的超声波技术能够实现变频、扫频、长脉冲等功能，并将超声能量控制在空化之前的最佳状态，以实现最佳的破乳和防垢功能。

如图1所示，原油来液从原油来液入口4进入本发明一体化设备后，首先经过聚结斜板板束8进行聚结分离处理，该斜板束倾角沿管道的轴向成40度到50度设置，板束材质采用弹性好和吸附油滴好的不锈钢材料制作，板束间为平行设置，板间距根据原油来液特点设置在10mm。首先较大的油滴在重力差的作用下上浮粘附在每个斜板的下表面，而水滴下沉，此时斜板发出的功率超声能量具有很好机械振动、剪切和热作用，一方面加速管道内板束间还没有分离或上浮的乳化液破乳分离，一方面加速已经粘附在每个斜板的下表面油滴聚合，并形成和保持油路的上升通道，从而提高油水气的分离效率，处理后的原油来液从原油来液出口10排出。

如图2所示，本发明中热源可以为热蒸汽、热水、导热油、高温烟气等热源来给通过聚结斜板板束8板束之间的原油来液进行加热，供热源可以是热泵、MVR、加热炉、太阳能加热器等多种形式。

实施例1

以热蒸汽热源为例，原油来液从原油来液入口4左端进入本发明一体化设备后首先经过聚结斜板板束8的聚结分离处理，该斜板束倾角沿管道的轴向成40度设置，板束材质采用弹性好和吸附油滴好的不锈钢材料制作，板束间为平行设置，板间距根据原油来液特点设置在10mm。首先热蒸汽通过热源入口联箱3进入每片斜板中间的热源入口2，热蒸汽在斜板内部流动并和斜板间的原油来液进行热交换，最后热交换后的汽水混合物从热源出口7和热源出口联箱9排出。

实施例2

以导热油热源为例，原油来液从原油来液入口4进入本发明一体化设备后首先经过聚结斜板板束8的聚结分离处理，该斜板束倾角沿管道的轴向成50度设置，板束材质采用弹性好和吸附油滴好的不锈钢材料制作，板束间平行设置，板间距根据原油来液特点设置在10mm。首先导热油通过热源入口联箱3进入每片斜板中间的热源入口2，导热油在斜板内部流动并和斜板间的原油来液进行热交换，最后热交换后的导热油从热源出口7和热源出口联箱9排出。

实施例3

以热水热源为例，原油来液从原油来液入口4左端进入本发明一体化设备后首先经过聚结斜板板束8的聚结分离处理，该斜板束倾角沿管道的轴向成45度设置，板束材质采用弹性好和吸附油滴好的不锈钢材料制作，板束间平行设置，板间距根据原油来液特点设置在10mm。首先热水通过热源入口联箱3进入每片斜板中间的热源入口2，热水在斜板内部流动并和斜板间的原油来液进行热交换，最后热交换后的气水混合液从热源出口7和热源出口联箱9排出。

本发明的一体化设备在正常工作过程中，不论是外壳1还是聚结斜板板束8都始终有功率超声波能量，该能量能够持续保持管道和板束具有很好的剪切力，该剪切力能够有效的防止和清除结垢，杜绝结垢给设备带来的任何不利影响，由于板束之间的距离只有10mm，再加上板束上具有的超声波能量的波动效果，不断的破坏冷热壁面两侧的滞流层的热阻，使换热效率比普通的加热炉高出很多，本发明的一体化设备能够长期高效的保持油田采出液的连续加热和油气水分离效果。本发明的一体化设备会有巨大的市场空间。

如图1所示，本发明在实际运行中可以单独使用，也可以集中多级串联或并联使用，也可以分段多级串联或并联使用，具体的组成数量主要由现场的原油来液的特点确定，同时考虑现场其它油水分离的设备的配备情况。本发明设备不仅可以用来给原油来液加热、还可以进行高效的油水气的分离，在运行过程中还可以有效的防止污垢的影响，能够保持长期稳定的运行。和再用的油田加热炉比较，相同的换热效率基础上，本发明的一体化设备的体积小于原来加热炉的1/3，重量小于原来加热炉的1/5。由此可以看出本实用新大大降低了成本，减少安装的工作量。

超声破乳原理

（1） 为什么需要超声技术破乳

原油中的天然乳化剂和开采时加入的表面活性剂吸附在油－水界面，形成具有一定强度的黏弹性膜，增大了油－水界面能，所以油田采出的原油大都是以乳状液的形式存在的，乳状液分散结构十分复杂，随着我国很多油田进入二、三次采油，原油品质变差，化学成分和油水乳状结构变得更为复杂，给分散水滴的聚并造成了动力学障碍。尤其是对于重质原油，粘度高、密度大，其破乳脱水比稀质油更困难。常规的重力分离法只能分离较大的水滴和油滴组成的混合液，例如对水包油型（O/W）、油包水型（W/O）、油包水再包油(O/W/O)、水包油再包水（W/O/W）等复杂的乳状液就无能为力。研究发现，难以用常规方法破乳脱盐脱水的原油，功率超声辅助法可用于此类油的脱盐脱水，且具有较好的结果。

（2）超声波破乳机理和优势

超声波破乳主要是利用超声波的机械振动、剪切和热作用，强化油中水滴的碰撞与聚并，从而加速油、水两相分离。

超声波的机械振动作用促使油滴或水滴凝聚，例如当超声波通过有悬浮水“粒子”的原油介质时，造成悬浮水“粒子”与原油介质一起振动。由于大小不同的水“粒子”具有不同的相对振动速度，水“粒子”将相互碰撞、粘合，使粒子的体积和重量均增大，最后沉降分离。

超声波的剪切作用可降低油－水界面膜强度，或直径破坏界面膜，加速液膜排液过程，从而促进水滴或油滴的聚并而分离。

超声波的热作用降低油一水界面膜强度和原油粘度，一方面，边界摩擦使油一水分界处温度升高，有利于界面膜的破裂，另一方面，原油吸收部分声能转化成热能，可降低原油的粘度，有利于水“粒子”的油--水重力沉降分离。研究发现超声波辐射能促进污油乳状液中水滴的聚并。相比传统连续式超声辐射，脉冲式超声波辐射能取得更好的水滴聚并效果。

超声波破乳优势，目前，普遍应用的破乳方法主要是化学破乳剂法。此种方法容易引起环境污染，且专一性太强，破乳剂只能针对单一的乳状液起作用，应用范围狭窄。超声波在各种介质中都可以传导，使用起来不存在局限性。超声破乳作为一种新兴的物理破乳方法，它效果好、无污染、成本低。实验证明，超声波破乳法不仅可以单独使用，还可以配合其他方法一同使用，如和破乳剂法就有很好的协同作用，一同使用时可以大大提高破乳效率。

(3)斜板油水分离原理和存在的问题

油水分离效果一般情况取决于聚结元件材料的特性和分离设备内部构件结构特点，斜板的“浅池原理”已成为油水分离技术中不可或缺的方法，该法具有耗能低，分离效率高，可操作性强，环保无二次污染等特点，已经广泛应用于各大油田的工业生产。

根据“浅池原理”在管道中设置斜板束，不仅增大了隔油池的有效分离面积，缩短了油珠垂直上升距离，而且提高了整流效果。其作用机理是通过降低斜板中流体的流动速度，延长流体在管道中的停留时间，从而增加离散相油滴在斜板中发生碰撞和聚结的概率，促使油水两相在密度差的作用下发生相向运动，为离散相油滴在混合相中的浮升与分离提供了有利条件，增加小油滴碰撞的几率来提高油水分离效率，从而达到油水分离的一种物理的油水分离技术。

实验发现，由于不锈钢具有良好的亲油性，在没有超声波作用时当不同粒径的油滴颗粒到达不锈钢制成的斜板之后，很快便粘附在斜板的下表面，进而覆盖整个斜板式聚结板；由于受表面张力的作用相邻的油滴之间并没有迅速融合，而形成连续油膜，而是以颗粒的形式紧密排列在一起。随着分散相油滴的不断融入，分布于聚结板表面的部分油滴颗粒不断增大，当油滴聚并到足够大时，便会与上侧邻近的油滴连续合并，然后随机地形成一条流道，将油相输送到斜板顶端，流道消失后的板面又回到初始状态。分散相油滴又重新在该区域粘附，如此不断循环，从而实现分散相的聚结与分离。

由于油田的集输***结垢问题非常普遍，常规情况下斜板板束间及易结垢，甚至堵塞，严重影响分离效果。通过上述分离过程分析发现，常规的斜板聚结分离技术的分离效率不高，更关键的是单靠油滴和水滴的自身重力无法对乳化液进行分离，或者是分离效果非常不好。

综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (5)

1.一种石油管道防垢破乳加热设备，其特征在于：它包括外壳（1）、热源入口联箱（3）、传振杆（5）、超声波换能器（6）、聚结斜板板束（8）、热源出口联箱（9）、集气支管（11）、集气管（12），所述外壳（1）内部设置了多层聚结斜板板束（8），所述聚结斜板板束（8）的两端分别设有热源入口联箱（3）和热源出口联箱（9），所述热源入口联箱（3）上开设有热源入口（2），所述热源出口联箱（9）上开设有热源出口（7），该聚结斜板板束（8）通过传振杆（5）一端固定并和外壳（1）内紧密连接，所述传振杆（5）的另一端连接有超声波换能器（6），所述集气管（12）通过若干个集气支管（11）与外壳（1）连通，所述外壳（1）一端具有原油来液入口（4），另一端具有原油来液出口（10）。

2.根据权利要求1所述的石油管道防垢破乳加热设备，其特征在于：所述聚结斜板板束（8）中间是空的，该聚结斜板板束（8）板间距为10mm、每块板的厚度为1mm。

3.根据权利要求1或2所述的石油管道防垢破乳加热设备，其特征在于：所述聚结斜板板束（8）与外壳（1）轴向成40-50°设置，该聚结斜板板束（8）的板与板之间均为平行设置。

4.根据权利要求1所述的石油管道防垢破乳加热设备，其特征在于：所述集气支管（11）内设有排气逆止阀。

5.一种利用权利要求1或2或3或4所述的石油管道防垢破乳加热设备油水气分离方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一，首先加热源通过热源入口联箱进入每片斜板中间的热源入口，热源在斜板内部流动并与斜板间的原油进行热交换；

步骤二，原油来液从原油来液入口左端进入设备后首先经过聚结斜板板束进行分离，首先较大的油滴在重力差的作用下上浮粘附在每个斜板的下表面，水滴下沉，此时斜板发出的功率超声能量具有很好机械振动、剪切和加热作用，一方面加速管道内板束间还没有分离或上浮的乳化液破乳分离，一方面加速已经粘附在每个斜板的下表面油滴聚合，并形成和保持油路的上升通道，水滴下沉至管道内，同时气体上排，由集气支管进入集气管，此过程油气水分离不断重复；

步骤三，打开集气支管里面的排气逆止阀，及时排除分离出来的气体，分离后的混合液由原油来液出口排出，同时热源由热源出口联箱上的热源出口排出。