Глава 7.0. Электрическое обезвоживание и обессоливание.

Электрический способ деэмульгирования нефти эффективен и широко распространен в промысловой и особенно в заводской практике. Правильно подобранные режимы оказывают положительное воздействие на любую эмульсию. Как уже отмечалось, эмульсия, то есть вся дисперсная система электрически может находиться в уравновешенном состоянии, и взаимодействующие положительные заряды капель воды стремятся воспрепятствовать сближению их и агрегированию, предавая, таким образом, дополнительную стабильность. При относительном перемещении фаз эмульсии под действием внешних сил дисперсная система становится не нейтральной, так как часть отрицательных зарядов, находящихся на удалении от капель, уносится от них. Начинает превалировать положительный заряд капель воды, которые становятся по отношению к системе электрически заряженным положительным зарядом определенного потенциала. Однако заряд капель может быть не только положительным, а и отрицательным в зависимости от кислотности нефтяной среды. Наиболее эффективно электрическому воздействию поддаются эмульсии (вода в нефти), так как проводимость воды повышает проводимость эмульсии. Электрические способы характеризуются конструктивной особенностью применяемой аппаратуры и электрическим полем. По характеру электрического поля способы разделяют по переменному и постоянному напряжению промышленной и высокой частоты.

При прохождении эмульсии через электрическое поле, созданное током постоянного напряжения, капли воды стремятся располагаться вдоль силовых линий поля. Это объясняется тем, что аналогично железным опилкам в магнитном поле капли воды имеют большую диэлектрическую постоянную, чем нефть. С образованием водяных цепочек резко увеличиваются проводимость эмульсии и количество перетекающего тока, в электрическом поле наблюдаются и явления катафореза и электрофореза, когда диспергированные капли воды, имеющие положительный заряд, устремляются к отрицательному электроду, скапливаясь вокруг него, и наоборот. Это сопровождается разрушением адсорбированного слоя на поверхности капель и их слиянием.

Под воздействием взаимного притяжения форма капель изменяется, в результате – ослабляется поверхностное натяжение. Под действием приведенных факторов капли беспрерывно сливаются, причем, подчиняясь закону Стокса, оседают. Начинается интенсивное расслоение эмульсии. Следует заметить, что по закону Стокса укрупнением капель обуславливает увеличение скорости их движения. В результате создаются благоприятные условия для агрегирования капель.

Рис. 7.1. Расположение глобул воды в нефти.

а – исходная система; б – изменения при помещение системы в электрическое поле; в – взаимодействие глобул воды между собой в электрическом поле;

На эффективность электрического деэмульгирования нефти большое влияние оказывает также процентное содержание воды в нефти и дисперсность системы. Чем больше воды в нефти и выше дисперсность системы, тем эффективнее протекает деэмульгирование. Однако увеличение содержания воды в нефти, может приводить к нарушению режима работы электродегидратора в результате замыкания тока на корпус или между электродами. Поэтому для поддержания нормального режима работы электродегидратора количество воды в эмульсии не должно превышать 2-3%.

7.1. Вертикальные электродегидраторы

На рис.7.2. показан вертикальный электродегидратор, имеющий диаметр 3 м и высоту 6 м. Аппарат рассчитан на работу при температуре 90 °С и давлении 3, 92· 10⁵ Н/м² с производительностью от 300 до 600 т/сутки.

Эмульсия подается в электродегидратор по горизонтальной 100- мм трубе 2, на которой по оси аппарата установлен стояк 3, оканчивающийся распределительной головкой 4, обеспечивающей поступление эмульсии в межэлектродное пространство в виде веерообразной струи. Щель в распределительной головке 4 может регулироваться специальной тягой 5, выходящей наружу аппарата.

Отстоявшаяся вода удаляется через патрубок 6 в нижнем днище аппарата, а обезвоженная и обессоленная нефть – через патрубок 7.

В средней части аппарата расположены два горизонтальных электрода 8 и 9 диаметром 2, 7 м. Каждый электрод подвешен на трех гирляндах изоляторов 10 к шестиугольной звезде 11, закрепленной в крыше аппарата. Расстояние между электродами 8 и 9 может изменяться от 10 до 14 см, в зависимости от чего скорость разложения эмульсии в межэлектродном пространстве также может изменяться. Время пребывания эмульсии в электрическом поле примерно равно от 1 до 3 мин. Электроды питаются от двух высоковольтных трансформаторов 12 мощностью по 5 кВт. Напряжение между электродами колеблется от 15 до 33 кВ.

Описанный электродегидратор имеет ряд недостатков: сравнительно быстрое разрушение подвесных изоляторов 10 из-за местных разрядов, обусловленных оседанием на них различных механических примесей и соленой воды; система тяг 5, регулирующих щель в распределительной головке 4, часто выходит из строя, а сама головка забивается грязью и не поддается перемещению; эффективность работы распределительной головки крайне низка, так как поступление эмульсии в межэлектродное пространство. В связи с увеличением обводненности нефти и темпов роста нефтедобычи вертикальные электродегидратор оказались слишком малопроизводительными.

Рис.7.2. Вертикальный электродегидратор

1 – корпус; 2 – ввод эмульсии; 3 – вертикальный стояк; 4 – распределительная головка; 5 – тяги для регулирования щели в распределительной головке; 6 – спуск воды; 7 – выход нефти; 8 и 9 – электроды; 10 – подвесные изоляторы; 11 – опоры для изоляторов; 12 – трансформатор; 13 – водомерное стекло.

В связи с увеличением обводненности нефти и темпов роста нефтедобычи вертикальные электродегидратор оказались слишком малопроизводительными.