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海上平台超声波原油破乳的影响因素

对于目前海上三次采油采出的水包油乳化原油、污水回收油、老化油等,因其化学成分及乳状结构的复杂性,及其针对常规化学破乳方法高成本,设备易腐蚀的缺点,难以用常规方法破乳脱水。而超声波破乳利用超声波作用于性质不同的流体介质产生的位移效应来实现油水分离。许多因素影响超声波破乳脱水的效果,如声强、频率、作用时间、处理功率等。本文通过海上某平台油品实验分析了超声波破乳的几种重要影响因素,研究了各种重要参数对脱水率的影响,得到统一的规律性,根据不同条件,获取最佳破乳参数。

研究意义

原油与其中的含水在一定条件下会形成乳状液。这种乳状液大多数情况下呈现出水包油或油包水的形态,在一定条件下具有相对稳定性。调研表明,乳状液的粘度要比原油和水的粘度高许多倍,不仅大大提高了原油举升的阻力,而且为后续的原油脱水处理工艺等工作带来困难。为此,原油破乳在原油生产过程中占有重要的地位。

常规的破乳技术主要以化学破乳为主。化学破乳具有效率高、操作方便等优点,但同时也具有成本高、对设备腐蚀、为后续处理造成困难以及影响原油品质等严重缺点,使得人们越来越想开发一套新的破乳技术。超声波在一定条件下可以破乳,而在另一条件下也可以致乳。因此,包括超声波在内的物理法处理技术的关键在于物理参数的合理选择。

使用海上某平台现场油品通过室内实验,得出最佳声参数,寻找超声波对油水破乳效果影响的规律,将为超声波发生器的研制提供更加合理的参数。

主要影响因素

2.1 超声波的频率与声强

超声波的频率与声强,是超声波破乳的最主要声波参数。图1为不同频率超声波(在60℃)破乳的脱水率与无量纲声强之间的关系曲线。可以看出,超声波的频率对破乳效果的影响没有明显的差别。而声强对脱水率的影响较大。脱水率与声强的关系出现一个高峰值,即在低声强条件下,脱水率随声强的增加而增大;而当声强达到一定时,随着声强的增加,脱水率反而下降。这表明,利用超声波破乳存在一个最佳声强范围,这个范围不一定是相同的,随着介质的性质不同、乳化液的乳化程度不同而有所不同。但是,存在一个最佳声强范围。最佳无量纲声强范围为0.2~0.4。

超声波频率与声强对破乳的影响

 2.2 作用时间

作用时间反映在处理强度上。一般认为,处理时间越长,处理的强度就越大,因此处理效果就越好。实际情况并非如此,处理时间和处理强度也是有一个限度或最佳期。图2为超声波(20kHz,50W,60℃,无量纲声强为0.2)处理乳状液不同时间所测得的脱水率。由图看出,最佳处理时间应为40~50min。这是由于处理强度同处理声强相类似,在低处理强度条件下,一般随着处理强度的提高,破乳的效果显著,这是可以理解的。但当处理强度提高到一定水平后,会促使油水混合物重新乳化,因此会降低破乳的效果。这也和文献资料报道的超声波在一定条件下可以破乳,而在一定条件下也可以致乳是相一致的。因此在实际应用中,确定最佳处理时间是非常重要的。

处理时间对超声破乳效果的影响

 2.3 处理功率

处理功率也反映在处理强度上,因此它与处理时间同处理的声强的规律性是相类似的。图3为超声波(20kHz,60℃,处理时间为40min,无量纲声强为0.2)在不同处理功率条件下的破乳效果。

处理功率对超声破乳效果的影响

 由图中可以看出,功率的峰值不明显,这与所选择的功率范围有关。在本实验条件下,最佳功率为40W左右。由于介质不同以及乳化液的类型不同,这一结果将会有所差别,峰值可能向左或者向右移动,这是正常的。因此,在实际应用中,要根据海上平台不同性质的乳化液选择出合适的处理功率范围。

另外,处理功率还反映在流变性曲线上的不同。图4为用图3的测样所测得的流变曲线由图4可以看出,不同功率作用下,乳化液的流变曲线将发生变化。作用功率越大,视粘度越小。但是当功率达到一定时,下降的幅度减小。这一结果也表明,存在一个最佳作用功率范围,在此范围内,超声波的破乳效果是最佳的。因此,超声波的作用功率与其它参数一样,都存在一个合适的范围,并不是越大越好。一般应选择较宽一些的作用功率,以便得到相应的实验规律。

乳化液流变曲线

 3 认识与结论

根据海上某平台现场油品结合室内实验结果,可以得出如下结论和看法:

(1)在有效条件下,超声波破乳的效果可以达到化学破乳的水平,即脱水率可达到60%以上。

(2)超声波的声强是影响超声波破乳的主要因素,在实验条件下,无量纲声强的最佳范围在0.2~0.4。频率对超声波破乳的影响不明显。

(3)超声波的作用时间和功率对超声破乳的影响也存在一个合理的范围,并不是强度越大越好。跟声强有些类似,因此,声强、作用时间、作用功率三者都应控制在合理的范围内。

(4)不同海上平台乳化液的性质、乳化程度等诸因素都有所不同,导致最佳破乳参数有所不同,但具有统一的规律性。因此不能以一定条件下的研究结果对所有条件进行普遍应用。

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