CN111853548A - 通过电场及电磁场耦合实现集输***蜡垢联防装置及方法 - Google Patents
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Abstract
通过电场及电磁场耦合实现集输***蜡垢联防装置及方法,包括防垢管道,防垢管道上设置有电磁场发射装置;电磁场发射装置包括外壳、阴极、阳极和壳体,壳体设置在外壳内,壳体内设置有阴极,阴极内设置有一个或多个阳极,阳极内设置有永久磁体。本发明中通过设置阳极,同时阳极作为负载线圈,将电场与电磁场耦合起来,达到蜡垢联防的目的,克服了传统的方法中单一使用电场或磁场来解决蜡垢问题,设备投资费用大且不能同时解决蜡垢联防的问题。本发明在使用时,将原油通入到防垢管道中,原油经电磁场发射装置,给线圈通入交变电流,在电场和磁场的耦合作用下,实现蜡垢联防。
Description
技术领域
本发明涉及通过电场及电磁场耦合实现集输***蜡垢联防装置及方法。
背景技术
近年来,随着国内原油需求量的日益增加,且我国陆地面积大,需要很多跨长距离间的原油运输。油田管道工业在我国迅速崛起。管道输送在我国有着举足轻重的地位。而我国产出的大部分原油是含蜡易凝原油,所以油气管道运输中最常见的问题是结垢和结蜡。管道运输中的结蜡结垢问题一直困扰石油行业。
传统的防垢除垢方法大体上有四种:化学法防垢、化学法除垢、物理法防垢、物理法除垢,由于化学法本身需要添加酸性或碱性试剂,则更容易污染环境、加速设备腐蚀,降低管线和设备的使用寿命,相对化学法除垢物理法除垢更彻底、经济、环保。所以在越来越重视环保、强调可持续发展的今天,化学除垢及防垢表现出越来越明显的局限性。
原油输送的关键在同样于改善原油的流动性,目前,加热、稀释、加入降凝剂等一系列物理、化学方法被应用到含蜡原油的流动改性中,并取得了一定的效果。
近年来,强磁场在除蜡方面由于其独特的优势:
1)具有较好的降凝改性效果。
2)能耗和加热传送相比大大提高。
3)对环境无污染。
因此受到密切关注且在油田得到较多的推广和应用。
市场上现有的设备均是单一的防垢或者防蜡仪器。这样便增加了设备维修和投资费用,还不能同时解决结蜡、结垢这两个困扰石油行业多年的难题。
发明内容
为了解决现有技术中的问题,本发明的目的是提供一种既能高效防蜡同时又能高效防垢的通过电场及电磁场耦合实现油田集输***蜡垢联防装置及方法,该方法可针对不同油型,将电场处理法与电磁处理法耦合,既能单独对蜡、垢一种物质起到防止生成的作用,又能实现蜡垢联防。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
通过电场及电磁场耦合实现集输***蜡垢联防装置,包括防垢管道,防垢管道上设置有电磁场发射装置;电磁场发射装置包括外壳、阴极、阳极和壳体,壳体设置在外壳内,壳体内设置有阴极,阴极内设置有一个或多个阳极,阳极内设置有永久磁体。
本发明进一步的改进在于,防垢管道设置在输油管道一侧,防垢管道的入口和出口均与输油管道的相连通。
本发明进一步的改进在于,输油管道和阴极均为钛合金钢管。
本发明进一步的改进在于,阳极为线圈;线圈总的圈数为30-300圈。
本发明进一步的改进在于,阴极内表面涂覆有绝缘材料,线圈与绝缘材料相接触。
本发明进一步的改进在于,线圈的材质为采用绝缘材料包裹的单股铜导线,外壳与防垢管道通过法兰连接。
本发明进一步的改进在于,所述外壳和壳体材质为塑料。
本发明进一步的改进在于,外壳的顶部设置用于将220V电流转换成频率为20~25kHz的交流电的电器元件集成盒,电器元件集成盒与线圈相连。
基于上述的装置的通过电场及电磁场耦合实现集输***蜡垢联防方法,将原油通入到防垢管道中,原油经电磁场发射装置,给线圈通入交变电流,在电场和磁场的耦合作用下,实现蜡垢联防。
本发明进一步的改进在于,线圈的数量为30,交变电流为20~25kHz,交变电流的时间间隔为10-20分钟,通电时长为10-12分钟。
与现有技术相比,本发明具有的有益效果:
1)本发明中通过设置阳极,同时阳极作为负载线圈,将电场与电磁场耦合起来,达到蜡垢联防的目的,克服了传统的方法中单一使用电场或磁场来解决蜡垢问题,设备投资费用大且不能同时解决蜡垢联防的问题。
2)本装置用到的电场不会对设备内壁造成损害,在防垢管道的管壁上形成一层致密的氧化膜,同时提高整个管道原油的电位,相当于使用阳极保护法的方式来降低整个装置的腐蚀率,延长了管道、装置的使用时间。
3)本发明采用磁场除蜡一方面不仅能从根本上阻止了石蜡晶体的生长和聚集,同时磁场还可以阻止结垢,具有耗能低、应用方便、投资少、运行费用低、无污染、节能等优点。
4)本发明在使用时,将原油通入到防垢管道中,原油经电磁场发射装置,给线圈通入交变电流,在电场和磁场的耦合作用下,实现蜡垢联防。
附图说明
图1为空心实验装置结构示意图。
图2为实心实验装置结构示意图。
图3为不同线圈匝数下的油垢质量。
图4为不同频率下油的浓度。
图标:1-外壳、2-阴极、3-阳极、4-壳体、5-电器元件集成盒、6a-第一控制阀、6b-第二口控制阀、7a-第三控制阀、7b-第四控制阀、8a-第一法兰盘、8b-第二法兰盘、9-输油管道、10-防垢管道、11-正极输入口、12-负极输入口、13-永久磁体。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1和图2,本发明的蜡垢联防实验装置本发明中的通过电场及电磁场耦合实现集输***蜡垢联防装置,包括设置在输油管道9的一侧的防垢管道,防垢管道内设置有电磁场发射装置;电磁场发射装置包括外壳1、阴极2、阳极3和壳体4,壳体4设置在外壳1内,壳体4内设置有阴极2,阴极内设置有一个或多个阳极3,阳极3内设置有永久磁体13。
防垢管道的入口和出口均与输油管道9的相连通。
阴极2为与输油管道9相同的内径为141.5mm的钛合金钢管。阳极为线圈。线圈总的圈数为50-300圈,整齐缠绕环状管内。
阴极内表面涂覆有绝缘材料。线圈的材质为采用绝缘材料包裹的1.5平方毫米的单股铜导线,只保留上表面露出,线圈与钛合金钢管内表面的绝缘材料相接触。外壳1与防垢管道通过法兰连接。所述的绝缘材料包裹导线主要起到与管道绝缘且保护导线的作用。
将防垢管道作为备路,设置在输油管道的一侧。工作时打开第一控制阀6a和第三控制阀7a,关闭第二控制阀6b和第四控制阀7b,让原油通过防垢管道10进行处理,装置维修时关闭第一控制阀6a和第三控制阀7a,打开6b和第四控制阀7b让原油经过输油管道9流过。
所述防垢管道与输油管道9之间用绝缘材料隔开,起到绝缘的作用。
所述外壳1和壳体4材质为塑料。
所述外壳1的顶部设置电器元件集成盒5。工作时,所述电器元件集成盒5由外接电源220V,并经过电器元件集成盒5转换成频率为20~25kHz的交流电,电器元件集成盒与线圈相连。
当防止结垢时,以交变电流,时间间隔为10-20分钟,通电时长为10-12分钟。
当消除已经结垢的管段时,电磁线圈连续通以交变电流至结垢清除后,转入断续工作。
本发明蜡垢联防方法的技术原理:按照自然状态下的原油是无序排列的,但装置中阴、阳极产生的电场将会使他们发生有规则的链状排列。可将管道中的原油的成垢阳离子Mg2+、Ca2+、Ba2+、Sr2+和阴离子CO3 3-、SO4 4-、HCO3 3-分别包围起来,阻止其化学反应的发生生成垢。同时装置阴阳极产生的电场也可以在原油和管道设备间形成电位差,束缚离子向设备聚集的能力,起到阻止结垢保护管道以及其他设备的作用。另外原油在负载线圈3磁场的作用下,其中的石蜡分子中会形成电子环流使得电子轨道运动状态发生改变,电子环流又产生感应磁场,感应磁场与分子间的作用力相互干扰,破坏石蜡分子的瞬时偶极的取向,达到消弱石蜡分子结晶时的色散力,抑制了石蜡结晶核的生产,阻止了石蜡晶体的生长和聚集。另外如果管道中的原油在磁处理前已有石蜡析出,由于原油中的蜡晶带有电荷,当这种含有蜡晶的原油经过磁场处理时,受到洛伦兹力的作用,破坏了晶体原有的定向生长速度,使蜡晶畸形,以细小的颗粒状悬浮在原油中,达到了防蜡的目的。
本发明的装置的使用方法如下:
1)根据现场调研和原输油管道的安装情况确定试验装置的参数(负载线圈的圈数、电源参数等):在同样的电压、电流波和电磁频率下的条件下,电磁线圈匝数的多少直接影响电磁场强度大小,将不同线圈数下电磁除垢效果实验数据绘制成曲线图,见图3。
由图3可知,随着线圈匝数的增加,油垢质量呈下降又上升的趋势,并不是磁场的强度越大线圈匝数越多时,对结垢的影响越好。根据实验结果在该电压电流情况下,当线圈匝数在30圈时,油垢质量达到最小值,故现场的实验装置参数在30圈左右找出除垢、除蜡效果最好的圈数。
2)安装蜡垢联防装置,安装位置为输油管道9的备用路线。因为这样安装可以最小化影响正常生产;另一方面,在试验装置处设有备用装置,当设备在维修或清洗时,能够保证集输***的正常运转。
3)试验数据记录,每隔12小时检测装置出口处油田水中的成垢离子含量以及结蜡情况,进一步调整负载线圈圈数以及电源参数,使出口结蜡情况最小且成垢离子含量达到最低。
影响电磁结垢效果好坏的重要影响参数-频率。在最佳除垢线圈匝数为30圈时,将不同频率下电磁的除垢后结果的实验数据绘制成曲线图,参见图4。
依据实验结果油浓度的变化情况,从图4可以得出20~25kHz这一频段内,烧杯中的油水混合物中油的浓度处于下降的趋势,蜡晶结构的范德华力增强,结晶数量却在增多,形成固体污垢的能力变强。管道内成垢周期变长,管道内除垢效果显著。
下面为具体实施例。
实施例1
工作时打开第一控制阀6a和第三控制阀7a,关闭6b和第四控制阀7b,让原油通过防垢管道10进行处理,装置维修时关闭第一控制阀6a和第三控制阀7a,打开6b和第四控制阀7b让原油经过普通管道9流过。管道中原油流速设置为0.8m/s。温度为40℃。
防垢管道采用和普通输油管道内径一样的141.5mm镍合金钢管。
本装置由外接电源220V经过顶部电器元件集成盒5转换成适合装置的电流和电压,正负极分别与壳体上正负极输入端11和12相连。工作时由外接电源220V经过顶部电器元件集成盒5转换成适合装置的电流和电压。电器元件集整盒5将电源转换成频率为50赫兹的交流电。
原油通过6a、第一法兰盘8a进入防垢管道10,电源正极通过铜制线圈2释放电子。电源负极与金属防垢管道10连接。阴极和阳极形成电子流从而产生升可变变频电场。
进一步,当防止结垢时,电磁线圈通以交变电流,时间间隔为10-20分钟,通电时长为10-12分钟。
进一步地,当消除已经结垢的管段时,电磁线圈连续通以交变电流至结垢清除后,转入断续工作。线圈段数为9段,每段匝数为30。每段间距为70mm。负载线圈工作频率为20kHz~25kHz。
原油通过防垢管道的电场和磁场同时处理,达到蜡垢联防的目的。经过电磁处理过的原油经法兰8b、控制阀第三控制阀7a流出装置。
实施例2
本实施例与实施例1的区别之处仅在于:为了研究实施例1所产生的电磁场对于不同内经的输油管道初蜡除垢效果,从而选择出适合此方法的管径。
将原先的141.5mm管径改为127mm的管径。管道中原油流速设置为0.8m/s。温度为40℃。相应的也将原来缠绕的负载线圈的内经变为127mm,负载线圈的材料和匝数保持不变,线圈段数为9段,每段匝数为30。每段间距为70mm。负载线圈工作频率为20kHz~25kHz。仍然选用1.5平方毫米的单股铜导线,只保留上表面露出,整齐缠绕环状管内围,这样便可以得出此设备对不同管径的输油管道的作用效果。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于实施例1的线圈是空心的,此实施例的线圈是实心的,既线圈中间放置一个永久磁体13。所述磁芯的长度与管子的长度相等,磁芯为棒状永久磁铁,磁芯顶端成导流状,链接片镶嵌在磁芯的端部,并且焊接在管子中间,磁芯材料是钕铁硼。线圈段数仍为9段,每段匝数为30。每段间距为70mm。负载线圈工作频率为20kHz~25kHz。管道中原油流速设置为0.8m/s。温度为40℃。
实施例4
本实施例与实施例3的区别之处仅在于将原先的141.5mm管径改为127mm的管径。管道中原油流速设置为0.8m/s。温度为40℃。相应的也将原来缠绕的负载线圈的内经变为127mm,负载线圈的材料和匝数保持不变,仍然选用1.5平方毫米的单股铜导线,线圈段数为9段,每段匝数为30。每段间距为70mm。负载线圈工作频率为20kHz~25kHz。只保留上表面露出,整齐缠绕环状管内围,这样便可以得出此实心线圈对不同管径的输油管道的作用效果。
性能测试:
通过做两组对照实验:第一组为不同管径的实心油管,管径分别为141.5mm、和127mm。第二组为不同管径的空心油管,管径分别为141.5mm、和127mm。
表1实心油管实验数据
表2空心油管实验数据
从表1和表2的结果可以看出无论是除垢率还是阻蜡率,管径127mm的效果明显好于141.5mm。原因就在于细管相对于粗管产生的电磁场更集中,除垢和防蜡效果更好。
从表1和表2的同样可以看出无论是除垢率还是阻蜡率,空心线圈效果明显差于实心线圈。原因就在实心线圈产磁的效果更好,所以除垢和防蜡效果更好。
综合以上实验数据可以得出此装置在实际中应偏向于实心细管径。
Claims (10)
1.通过电场及电磁场耦合实现集输***蜡垢联防装置,其特征在于,包括防垢管道,防垢管道上设置有电磁场发射装置;电磁场发射装置包括外壳(1)、阴极(2)、阳极(3)和壳体(4),壳体(4)设置在外壳(1)内,壳体(4)内设置有阴极(2),阴极内设置有一个或多个阳极(3),阳极(3)内设置有永久磁体(13)。
2.根据权利要求1所述的通过电场及电磁场耦合实现集输***蜡垢联防装置,其特征在于,防垢管道设置在输油管道(9)一侧,防垢管道的入口和出口均与输油管道(9)的相连通。
3.根据权利要求1所述的通过电场及电磁场耦合实现集输***蜡垢联防装置,其特征在于,输油管道(9)为钛合金钢管,阴极(2)为钛合金钢管。
4.根据权利要求1所述的通过电场及电磁场耦合实现集输***蜡垢联防装置,其特征在于,阳极为线圈;线圈的圈数为30-300圈。
5.根据权利要求4所述的通过电场及电磁场耦合实现集输***蜡垢联防装置,其特征在于,阴极内表面涂覆有绝缘材料,线圈与绝缘材料相接触。
6.根据权利要求5所述的通过电场及电磁场耦合实现集输***蜡垢联防装置,其特征在于,线圈的材质为采用绝缘材料包裹的单股铜导线,外壳(1)与防垢管道通过法兰连接。
7.根据权利要求1所述的通过电场及电磁场耦合实现集输***蜡垢联防装置,其特征在于,所述外壳(1)和壳体(4)材质为塑料。
8.根据权利要求1所述的通过电场及电磁场耦合实现集输***蜡垢联防装置,其特征在于,外壳(1)的顶部设置用于将220V电流转换成频率为20~25kHz的交流电的电器元件集成盒(5),电器元件集成盒(5)与线圈相连。
9.基于权利要求1-8中任意一项所述的装置的通过电场及电磁场耦合实现集输***蜡垢联防方法,其特征在于,将原油通入到防垢管道中,原油经电磁场发射装置,给线圈通入交变电流,在电场和磁场的耦合作用下,实现蜡垢联防。
10.根据权利要求9所述的通过电场及电磁场耦合实现集输***蜡垢联防方法,其特征在于,线圈的数量为30,交变电流为20~25k Hz,交变电流的时间间隔为10-20分钟,通电时长为10-12分钟。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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