[发明专利]基于波形可调优化的双频高压脉冲式原油脱水电源及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于波形可调优化的双频高压脉冲式原油脱水电源及其方法，具体地说是一种依靠电场力的作用对油包水型乳化液进行破乳脱水的装置及其设计方法，该装置利用双频/双电压交流电源脱水，能够增加对乳化膜的冲击力。

背景技术

原油油水乳化液的破乳方法主要有电破乳、生物破乳、微胶囊破乳、声化学破乳、微波辐射破乳以及超声波破乳等。其中，原油电脱水的实质是应用电场对水滴的作用力，削弱水滴界面膜的强度，促进水滴的碰撞，使小水滴聚集成粒径较大的水滴，在原油中沉降分离出来。这种脱水方式效率高、速度快，在各油田得到了普遍应用。普通原油电脱水主要包括直流电场脱水、交流电场脱水两种。直流电场原油脱水，适合处理较小的水颗粒，但设备与带电流体间形成的金属/电解质回路会导致设备的电化学腐蚀。交流电场脱水对含水率较高的原油，会有较好的脱水效果，但不适合处理含水率较低的原油乳状液。故其效率较低，原油处理量较低，使电场发生短路，操作不稳定，耗电量较大。

传统的电脱水器仅使用一个电压指标控制电场，然而依据电脱水静电场中水滴受力原理，较小的液滴需要较高的电压提供足够的力克服界面张力和促进水滴合并，但是如果电压太高，太大的静电场力就会超过大直径水滴的界面张力，引起液滴的破碎和分散，不利于油水分离；同时低电压电场不能提供足够大的电泳力促进油中最小液滴的聚结，但却有利于液滴平均直径的最大化，因此电压过大或过小都不利于原油脱水，必须综合考虑电压最大和最小值来选择最合适的输出电压。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术普通脱水电源电场可利用率低，容易发生短路而造成的操作不稳定，对乳化膜冲击力不够的缺点，提供一种不仅能使电场由一系列频率为F1的基本信号组成，但与此同时该基本信号又随逆变频率F2变化，加速对乳化膜的冲击，而且其控制电路能够控制电源输出基波波形的形状和倾角的双频/双电压式原油脱水电源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于波形可调优化的双频高压脉冲式原油脱水电源，包括整流滤波电路1、半桥式直流斩波调压电路2、滤波电路3、逆变电路4和变压器电路5依次串接在一起构成脱水电源的主电路，与脱水器6相接；其特殊之处在于，所述的主电路上还接有控制电路，主电路的控制电路由两大部分组成：一是半桥式直流斩波调压电路2的控制部分，它是由采样电路7、过流保护电路9、PWM控制电路10、保护电路11和驱动电路12组成，半桥式直流斩波调压电路2上接有驱动电路12和保护电路11，驱动电路12和保护电路11也相接，驱动电路12上又接有PWM控制电路10，滤波电路3和PWM控制电路10之间又接有采样电路7和过流保护电路9；二是逆变电路4的控制部分，它是由采样电路7、防偏磁电路8、PWM控制电路10、保护电路11和驱动电路12组成，逆变电路4上接有驱动电路12和保护电路11，驱动电路12和保护电路11也相接，驱动电路12上又接有PWM控制电路10，变压器电路5和PWM控制电路10之间又接有采样电路7和防偏磁电路8；通过与脱水器6相连的传感器采样电路7采样出原油脱水器内的原油含水率的变化情况，将这个变化的值转变成电压信号，送往控制器13，通过对一个周期内前后两个采样值的比较，控制器13分别控制的半桥式直流斩波调压电路2的控制部分的PWM控制电路10和逆变电路4的控制部分的PWM控制电路10输出PWM驱动信号占空比的大小，控制开关器件的导通，从而改变输出电压的最大值VH、最小值VL、脉宽比D、基频频率F1和逆变频率F2的大小。

其中，所述的最后输出的电压波形为双频率和双电压，即由两个极限电压值和两个频率值和一个优选基波波形决定的输出信号。电源输出电压的最小值是使水滴直径最大化的电压；输出电压的最大值是使最小液滴破乳的电压。频率分基频F1和逆变频率F2，这两个频率主要取决于液滴带电与放电的速度、Stokes直径液滴固有的振荡频率。基波波形是通过控制器处理，可以输出数学上的任何一种基波波形，这些基波波形包括对数、指数、正弦、正方形、锯齿形、梯形等。另外，控制器13还可以改变这些基波波形的倾角，从而改变曲线上行和下行的速度。