表面活性剂体系下高频脉冲静电聚结规律

为深入探究脉冲静电聚结破乳机理,采用数码显微成像系统,对不同表面活性剂条件下W/O乳状液分散相水滴在高压高频脉冲电场作用下的破乳聚并行为进行显微实验研究。结果表明,随OP-10、Tween-80及Span-80的加入,油水界面张力大幅降低,水滴的回弹融合作用减弱;表面活性剂的"空间位阻"效应,阻碍了静电聚结过程中水滴的迁移和相互靠近,乳状液聚并破乳、沉降分离效果降低。表面活性剂浓度由200mg/L左右增大至1 000mg/L时,活性剂分子脱离油水界面形成胶束,乳状液稳定性基本恒定,脉冲静电聚结及破乳分离效果差别不甚明显。Span-80溶于油相,表面扩散效应显著,严重阻碍了液滴的静电聚并,实验条件下水滴聚并时间长达661s;OP-10和Tween-80溶于水相,此类表面活性剂的加入对静电聚结的影响主要体现在油水界面张力降低、水滴融合作用减弱,水滴聚并时间分别为528s和420s。上述研究成果为高压高频脉冲静电破乳机理的深入探讨奠定了基础。     

新型原油脱水方法

1．高频脉冲电脱水法 高频脉冲电脱水法是基于常规电脱水的基础上发展起来的。其机理比较一致的看法是：由于连续相（油）和分散相（水）的电导率相差很大，液滴能被外电场极化，极化液滴通过碰撞在极短时间内完成聚结过程。直流脉冲电场如同交流电场有诱导偶极子，松弛过程作为乳状液破乳机理的一部分，其电场中不仅有液滴的极化，也有相互吸引、碰撞导致的聚结。由于脉冲电场的振动，分散相周围或内部的流体速率发生变化，界面张力诱导界面流动。分散相中两相的电导率、介电常数不连续，也导致界面电荷的累积，根据P．j．Bailes等人的观点，面电荷的累积有利于碰撞聚结。在电场中，特别是施加交流电、直流脉冲电的情况，增加了液滴接触、相遇的频率，液滴界面振动加剧，界面膜容易破裂，从而加速液滴间的相互聚结。     

平挂电极式电脱水器静电聚结特性的实验研究

电脱水器由于能耗低、效率高,是目前应用范围最广的油水分离设备。设计并制作了一种平挂电极式电脱水器的实验评价装置,主要针对电脱水器的静电聚结特性进行研究。通过室内实验,分析电场强度、电场频率、含水率、温度4个因素对聚结特性的影响。实验结果表明:电场强度是影响静电聚结的主要因素,增加电场强度有利于油水分离;高于水滴破裂场强后,发生电分散现象,水滴破裂场强随温度及含水率的升高而变小;水滴聚结存在最优的频率,最优频率会因油品性质的不同而变化。     

聚合物和破乳剂对W/O型乳状液电脱水效果的影响

为揭示聚合物经地层剪切后对油田产出液的影响,通过室内静电聚结快速评价系统研究了破乳剂YFPC-792和降解非离子型聚丙烯酰胺(NPAM)对巴西Peregrino油田W/O型乳状液静电分离效果的影响。结果表明,YFPC-792可提高W/O型乳状液的静电脱水效果,在150 Hz、294.44 k V/m的电场作用下,乳状液最佳电场停留时间为100 min;随NPAM浓度增加,乳状液分离效率和液滴平均粒径降低,NPAM溶液黏度增加;由于NPAM分子间的"架桥絮凝"效应,未降解的NPAM加量为200 mg/L时乳状液的静电聚结效果最好,电分离效率达81%;含降解NPAM的乳状液电分离效率随聚合物浓度增加而减小;含水率20%乳状液静电分离效率为49%,聚结效果最差,而含水率30%乳状液静电分离效率为81%,聚结效果最好。含YFPC-792和降解NPAM的乳状液脱水开始后的5数15 min,重力沉降的分离效果优于电脱水效果,而后电脱水效果优于重力沉降。     

液-液聚结器在柴油破乳中的工业应用

福建炼油化工有限公司柴油加氢装置 ,生产过程中柴油要经蒸汽直接汽提 ,致使产品柴油含有微量乳化水 ,影响了质量 ,甚至不能出厂。1 998年 1 2月开始采用颇尔过滤器 (北京 )有限公司的液 液聚结器进行柴油破乳脱水。该聚结器由一个预过滤器和一级、二级聚结器组成。预过滤器内装 36组滤芯 ,先把柴油中的大颗粒固体杂质除去。一级、二级聚结器内装31组相分离聚结元件。混合液体流过一级聚结器的相分离元件时 ,悬浮的小液滴聚结成大液滴。含悬浮液的连续液相和分散相大液滴流过二级聚结器时 ,分离元件表面的疏水性物质只允许油相通过 ,阻止水…     

内置静电聚结构件油水分离器液滴聚结特性

为了提高含聚结构件油水分离器分离效率,针对容器内置式静电聚结构件进行研究,通过粒径的变化和分离器油出口含水变化来评价静电聚结效果。在油水分离器内安装单板绝缘电极,改变含水率、流量和电压,确定聚结板的分离特性。评价结果表明:电场强度对聚结设备分离效率有重要影响,提高电场强度,可以有效提高液滴聚并速率;含水率对原油乳状液的黏度、初始粒径分布和介电常数有重要影响;随着流量降低,分离器中水滴沉降时间延长,油水分离效率提高。     

粒径分析法评价物理聚结构件分离特性

利用重力式油水分离模拟试验装置,以柴油和水为试验介质,并使用激光粒度仪和显微高速摄像法测量液滴粒径。通过分析液滴粒径的分离效率,研究了7种物理聚结构件对水包油乳化物的分离特性。结果表明：对于水包油型乳状液,亲油性聚结填料的油水分离效果要优于亲水性聚结填料,表面粗糙的亲油性聚结填料效果较好;激光粒度仪和显微高速摄像法的测量结果可以直观反映聚结构件聚结效果,聚结构件的有效分离粒径〉20μm;显微高速摄像法测量液滴粒径与激光粒度仪测量结果接近,但需要放大倍数更高的显微镜头才能准确测量液滴直径。     

电破乳微观机理及其影响因素分析进展

鉴于电破乳法在油田生产中广阔的应用前景,为完善电破乳微观液滴聚结机理,从分散相液滴变形、靠近、破裂与聚结等动力学过程着手,系统梳理了国内外有关聚结机理的研究进展。从乳状液含水率、黏度、导电性、液滴表面张力四个方面详细叙述了物理因素对液滴聚结的影响,针对电场参数对聚结速度的影响,着重综述了电场形式、电场强度、频率等对液滴聚结速度的影响。     

油水乳化液分散相动力学的研究进展

根据乳化液分散相液滴的发展历程以及运动状态,从分散相液滴受力变形、聚集、碰撞及其聚结与破裂等几个方面综述了乳化液分散相动力学的研究进展。并就分散相几种运动状态的界定条件、液滴聚结与破裂机理以及系统全面的研究方法等亟待解决的问题提出了分散相动力学的研究思路。     

我国液化天然气接收站防爆设计

利用动力学模型分析、Turbiscan Lab型分散稳定性分析仪、单滴法等研究了黏土颗粒对吉林原油乳状液及油水界面性质的影响。结果表明,随黏土浓度增加,体系动力学反应速率常数先降低后增加,乳状液稳定性先增加后有所降低;黏土颗粒的加入降低了乳状液背散射光减小的幅度,增加体系聚结稳定性,但也可充当液滴间的连接媒介促进小液滴间的排液与聚并;黏土在油水界面的吸附使液滴排液时间、生存半衰期增长,破裂速度常数降低,界面膜强度增加。     

An investigation into the deformation, movement and coalescence characteristics of water-in-oil droplets in an AC electric field

Drop-drop coalescence is important in electric dehydrators used for oil-water separation in the oil industry.The deformation degree,angle between the electric field and the center line of two drops,effects of intensities and frequencies of the electric field have been studied by analyzing droplet images.However,seldom have people investigated the movement and the relative velocity in the process of dropdrop coalescence.In this paper forces acting on a single droplet and horizontal water droplets in an AC electric field were analyzed,and experiments were carried out to investigate the deformation,movement and coalescence characteristics of droplets with white oil and water.With a micro high-speed camera system and image processing technology,the droplet images were collected and analyzed.The results indicate that the deformation is mainly affected by the electric field intensity,frequency,droplet diameter and the oil viscosity.High field strength and large diameter facilitate deformation of drops in the electric field.The effect of frequency and oil viscosity is not obvious.Higher frequency and higher oil viscosity will lead to smaller oscillation amplitude.The effect of electric field intensity and droplet diameter on oscillation amplitude is not obvious.When the center-to-center distance between droplets is large,the forces acting on droplets in the horizontal direction are mainly dipole-dipole attraction and drag forces.There is also the film-thinning force when droplets get closer.The forces are simplified and derived.Based on force analysis and Newton’s second law,the relative movement is analyzed in different parts,and the relationship of center-to-center distance and time is in accordance with an explinear function at different stages.According to experimental data,the movement of 145 μm double droplets before coalescence can be fitted well with an explinear function at two stages.In addition,the whole movement process is investigated and can be estimated with a fourth order polynomial curve,from which the relative velocity of droplet movement can also be obtained.With an increases in electric field intensity and droplet diameter and a decrease in oil viscosity,the relative velocity increases.Only when the oil-water interfacial tension is obviously high,can it influence the relative movement significantly.The coalescence is mainly dipole coalescence and chain coalescence under influence of the AC electric field.     

电场和剪切场耦合作用下双液滴聚结数值模拟

静电聚结设备中的液滴行为属于电流体动力学研究的重要内容,采用相场(phase-field)法,将电场与剪切场进行双向耦合,建立电场和剪切场协同作用下双液滴运动、聚结数值模型,采用微观实验对数值模型的准确性进行验证,研究双液滴的运动、聚结规律及毛细数、电毛细数、剪切强度和液滴粒径等因素对双液滴聚结速率的影响。研究结果表明,电场和剪切场协同作用下双液滴的动态行为分为不聚结、聚结和聚结后破裂3种类型;电场和剪切场协同作用比单一场作用下的聚结效率提高63% ~94% ;毛细数、电毛细数及雷诺数对双液滴聚结时间的影响规律较好地符合Holliday函数,一定范围内三者的增大均能明显提高双液滴聚结效率。本研究为复杂湍流场中液滴的电聚结和新型静电聚结设备的优化提供了理论基础。     

双场耦合破乳脱水装置中乳化油液滴聚结与破碎的数值分析

针对依靠单一的破乳方法或手段,难以对乳化油进行有效地脱水净化处理的问题,运用一种集成电场破乳和旋流离心脱水于一体的双场耦合破乳脱水装置,使油中液滴在电场中聚结增大,在旋流离心场的作用下快速实现油-水分离。由于乳化油中液滴在双场耦合装置中的动态聚结和破碎,对装置的油-水分离性能影响较大,且过程复杂,通过电聚结核函数和破碎核函数,建立群体平衡模型,模拟了双场耦合脱水装置中乳化液滴的聚结和破碎。计算结果表明：外加电压对液滴聚结产生重要影响,随着电压升高,液滴平均粒径和分离效率先增大,随后保持稳定;当U=11 kV时,相对于无电场条件,液滴平均粒径增大了60%,分离效率提高了27.5%;较低的入口流速虽对液滴聚结有利,但降低了油-水在装置中的分离效果,因此存在最佳入口流速。计算结果对装置参数设计与选择具有较好的指导意义。     

新型静电聚结器中水滴粒径的分布特性

传统电脱水器采用裸电极,乳化液含水率较高时高强电场作用下容易发生击穿现象,设计了包覆绝缘层的高压电极并加工了新型静电聚结器,采用水/原油乳状液为实验介质,并利用显微高速摄像系统结合图像处理技术,考察了电场强度,乳化液流量、含水率对液滴滴粒径分布特性的影响。结果表明,现场与室内实验的液滴粒径分布与Rosin-Rammler分布均吻合较好;包覆绝缘层的高压电极可有效防止电击穿现象的发生;增加电场强度有助于油、水分离,但高于临界电场强度后,容易导致液滴破碎,并且含水率越高,最优电场强度越低;随着乳化液流量的增加,电场作用降低,但高强电场在高流量下依然使液滴粒径明显增大。     

乳化油液水击谐波破乳技术的机理研究

对水击谐波破乳的机理进行了分析,在此基础上建立了分散相液滴的力学平衡方程,并进行了水击谐波破乳实验。分析和讨论了在水击谐波场中分散相液滴由于受到水击谐波强迫振动力而相互聚集的原因和特点,从分散相液滴的聚集、变形、碰撞和聚结等几个阶段探讨了水击谐波破乳的机理,得到分散相液滴在水击谐波场作用下的运动规律。实验结果表明,在水击谐波场中分散相液滴在一定波长范围相互聚集,水击谐波的频率对分散相液滴聚集有一定的影响;随分散相液滴粒径和密度的增大,分散相液滴聚集能力增强,有利于破乳。     

电场作用下W/O乳化液中水颗粒的形变模拟研究与动力学分析

采用COMSOL Multipysics^TM软件,对W/O乳化液中分散相水颗粒在电场作用下的变形特性进行数值模拟,并结合已开展的室内实验,讨论电场强度(E)、电压波形、电场频率(f)、水颗粒半径(r)和连续相黏度(μ_c)对单个水颗粒变形的影响。结果表明:增加电场强度、增大水颗粒半径、降低连续相黏度会加剧水颗粒变形,电场强度存在上临界值;当电场频率较低时其值变化对水颗粒变形影响不明显,频率较高时则影响显著,但总体来看存在一个最优电场频率(2000 Hz);交流矩形波对水颗粒变形的影响强于交流锯齿波、直流脉冲波、交流三角波、交流正弦波等波形。当E为3~4 kV/cm、r为0.25~0.5 mm、使用交流矩形波时,水颗粒的拉伸发生增速变形,从而缩短水滴间的碰撞时间和W/O乳化液的电场破乳时间。     

高压交流电场中单液滴振荡特性实验

 以白油和水为实验介质,利用显微高速摄像系统结合图像处理技术对高压交流电场(AC)作用下水滴在油中的振荡特性进行了研究,考察了电场强度、频率、油品黏度、介电常数、油-水界面张力以及液滴直径对液滴伸缩变形幅度的影响。结果表明,交流电场作用下液滴变形度呈周期性变化,且变形度变化频率是电场变化频率的2倍;液滴变形度主要受电场强度、液滴直径、油-水界面张力等因素的影响,而液滴伸缩变形幅度受电场频率、油品黏度和油-水界面张力的影响明显;在50~300 Hz的交流电场中,电场频率越大、油品黏度越高、油-水界面张力越低,液滴的伸缩变形幅度越小;电场强度和直径对液滴伸缩变形幅度的影响不明显。     

油滴在界面张力下的渗流——添加表面活性剂蒸汽吞吐微观渗流机理

蒸汽吞吐开采稠油或超稠油经常添加水溶性表面活性剂。由于表面活性剂的影响,使得连续相的液体在毛细管中的渗透变成了油滴和水滴在多孔介质中的渗流,同时,由于渗流影响,表面活性剂在气泡或液滴上的分布是不均匀的,在气泡或液滴表面存在张力梯度。研究了油滴在毛细管中的渗流特征以及界面张力的变化对油滴渗流的影响,结果表明,原油的分散程度越好,油滴的尺寸越小,油滴的渗流速度将越快。在添加表面活性剂进行蒸汽吞吐开采时,油滴的渗流速度将提高,对提高采油速率十分有利。辽河油田杜80块兴隆台14口井、杜84块绕阳河东43口井、曙175块77口井试验表明:在1年的试验期内,3个区块累计增产油4.353×104t,油汽比分别提高0.336、0.403、0.001,增产效果明显。图4参10     

混沌脉宽调制电场激励油中液滴振动动力学特性分析

常用的恒定脉冲电场进行破乳脱水处理过程中,由于乳化油中液滴粒径的动态变化导致了电场最佳破乳频率的不确定,使得电场破乳效果受到了影响,进而提出了运用混沌脉宽调制电场实现乳化油高效破乳处理。以油中单液滴为研究对象,建立了液滴混沌脉宽调制电场振动动力学模型,数值分析了液滴的振动特性。结果表明：电场频率对液滴振动产生了直接影响,当施加的电场频率等于或接近液滴共振频率时,液滴发生共振;当电场频率小于液滴共振频率一半时,液滴振动频率高于电场频率;反之,液滴振动频率与电场频率一致。此外,不同粒径的液滴在混沌脉宽调制电场中的振动响应均存在滞后现象,粒径越大,其响应滞后越明显,混沌振动程度也会随之降低。     

Coalescence behavior of two water drops in viscous oil under an AC electric field

Electric coalescence in alternating current (AC) electric field is one of the important electrical dehydrate technologies. In this study, the coalescence behavior of two water drops in an AC electric field was studied experimentally using a high-speed camera. There is a critical electric field strength above which the two drops would not coalescence. Such coalescence behavior was supposed to be depended on the electric field strength and the frequency. Lower electric field strength, lower frequency and smaller size would facilitate the coalescence of drops. The understanding of the electric coalescence could be helpful to advance the design of the electrocoalescencers.