基于超声波技术处理脱盐脱水罐淤泥的清理器的制作方法

1.本发明涉及清淤处理设备技术领域，尤其涉及基于超声波技术处理脱盐脱水罐淤泥的清理器。


背景技术：

2.为增加油田开采产量，大量采用注剂注水工艺，原油性质逐渐劣质化，原油中夹带着大量和原油乳化的泥沙杂质；这些原油采出后，虽然在油田需经过一定的处理程序，但不可避免地将一部分含油泥杂质带入原油处理厂家(炼油厂)，脱盐脱水工艺是大部分炼油厂家的原料预处理工艺，其目的是将原油中所含的盐、水在其进入分馏塔前将其从原料中分离出来，具体方法是将原油放入沉降罐中并在电场的作用下将水、盐从油中分离出来，在油水分离的过程中，原料中所含的泥沙也会随之沉降在脱盐脱水罐底部，经过长年累月的积累，它将牢固地积聚在罐底形成淤泥。
3.电脱盐脱水罐中淤泥的存在具有极大的危害，主要表现在：
4.1、降低了电脱盐脱水罐实际容积，使其处理量不能达到设备设计指标，原油在罐沉降时间减少，影响脱盐、脱水效果。
5.2、夹带着油浆的淤泥往往附着力很强，这样就要求工艺操作加大反冲洗频次，且反冲洗效果甚微，以致只能采取停工用人工方法将淤泥清理，影响正常生产周期，增加处理成本。
6.3、淤泥的积累抬高了正常的电脱盐油水界位，使油水不能清晰分离，切水发黑严重，并且带油，造成原油浪费；同时迫使电脱盐处理电流增大，浪费能源，有时甚至造成电场加不上，变压器跳闸等现象，影响正常生产。
7.超声波的特点：高频变化的压力波、超过听觉阈值上限、可在物质中传播、穿透性强、携带能量并可转移至传播物质、具有一般声波的一切共性，因此，就现存设备解决不了目前各炼油企业普遍存在的电脱盐脱水罐油泥淤积问题，提出一种基于超声波技术处理脱盐脱水罐淤泥的清理器解决上述问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的用以解决目前石化企业脱盐脱水生产操作中存在的罐底泥沙淤积严重，清理费时费力，工艺操作不稳定的问题，而提出的基于超声波技术处理脱盐脱水罐淤泥的清理器。
9.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
10.一种基于超声波技术处理脱盐脱水罐淤泥的清理器，包括脱盐脱水罐、均布在脱盐脱水罐体下部三分之一部的声波振动结构、控制声波振动结构运行的控制柜，所述脱盐脱水罐的上顶部连接有注水管，脱盐脱水罐的底部连接有排水管；
11.所述声波振动结构包括有固定连接在所述脱盐脱水罐外壁的波导头、与波导头固定连接的换能器、与换能器通过传输电缆连接的超声波发生器，传输电缆将所述超声波发
生器的输出端子和所述换能器连接；
12.所述换能器的一端通过传输电缆与所述超声波发生器电性连接，所述换能器的另一端通过传输电缆电性连接在控制柜上，控制柜与超声波发生器电性连接，控制柜中设置有主机控制单元cpu，主机控制单元cpu通过电源单元供电，主机控制单元cpu还通讯连接有参数调测单元，主机控制单元cpu还通过rs485连接有dcs集控单元，主机控制单元cpu通讯连接有功放模块，功放模块通讯连接有匹配单元，匹配单元通讯连接至机电换能单元，机电换能单元连接在所述脱盐脱水罐上。
13.优选的，单个所述超声波发生器配置带六个换能器负载，六个所述换能器分布在罐体的两侧，同一侧设置有三个换能器。
14.优选的，所述传输电缆穿设在穿线管中，连接六个所述换能器之间的传输电缆外设的穿线管，固定设置在线管支架上，线管支架焊接固定在所述脱盐脱水罐的外壁。
15.优选的，所述波导头焊接或粘接固定在所述脱盐脱水罐的外壁，且所述波导头与所述换能器的数量等同。
16.优选的，换能器选择为超声波换能器和压电陶瓷换能器中的一种，其中压电陶瓷换能器由压电陶瓷片和轻、重两种金属组成，在一定的温度下经极化处理后，具有压电效应，超声波换能器的电声转换材料是采用铁镓基合金为主体，添加微量稀土元素改性的磁致伸缩材料，其最大磁致伸缩系数可达300～400
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。
17.优选的，所述超声波发生器采用高速微处理器作为控制核心，产生快速地跳变频率，由高频功率放大电路输出到换能器，由于独特的快速跳变技术使换能器可产生自hz～mhz之间的复杂振动。
18.优选的，控制柜的工作环境温度-20～50℃，供电要求单相交流电220v、50hz，控制柜具有优良的防护功能，按照防爆要求设置，可安装在相应等级的危险区。
19.本发明的有益效果是：
20.1、本发明，利用超声波技术对罐体内淤泥，实现不停工在线连续清淤，增加了开工周期，而且自动清淤工作的进行，极大地降低了操作者的劳动强度，节省了清洗费用，也极大地改善原设备的利用率，改善了脱盐脱水效果，增加了设备操作平稳性。
21.2、本发明，利用基于超声波技术对脱盐脱水罐进行油泥清理，超声波以金属为传播媒介的长距离传播，全面覆盖电脱盐脱水罐设备，清理器在运行过程中，无需安排人力做定期清理，全自动化连续作业，高效自动化。
22.2、本发明中的清理器无需购买填充料、辅助剂等费用，不必担心化学剂对设备造成的腐蚀，显著降低电脱盐排水含油及cod，提高b/c，降低污水处理成本，超声波清淤是物理过程，不需要任何化学试剂，无腐蚀、无污染，对操作人员的健康无害。
附图说明
23.图1为本发明提出的基于超声波技术处理脱盐脱水罐淤泥的清理器的前视结构示意图；
24.图2为本发明提出的基于超声波技术处理脱盐脱水罐淤泥的清理器的波导头和换能器在罐体上的右视结构示意图；
25.图3为本发明提出的基于超声波技术处理脱盐脱水罐淤泥的清理器的模块示意
图；
26.图4为本发明提出的基于超声波技术处理脱盐脱水罐淤泥的清理器的有、无清理装置的罐体脱盐后比较示意图；
27.图5为本发明提出的基于超声波技术处理脱盐脱水罐淤泥的清理器的有、无清理装置的罐体脱盐脱水后含水示意图；
28.图6为本发明提出的基于超声波技术处理脱盐脱水罐淤泥的清理器的有、无清理装置的罐体排水后含油比较示意图。
29.图中：1脱盐脱水罐、2注水管、3波导头、4换能器、5排水管、6线管支架、7传输电缆、8超声波发生器、9穿线管、10控制柜。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
31.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
32.本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
33.超声波是频率超出人的听觉范围的振动，它能方便地在脱盐脱水罐体材料(碳钢或不锈钢)中传播，并能通过罐体内壁传输到与其接触的液体内，当声波由罐体内壁进入罐内液体时，其强烈的机械振动可导致液体内的微泡产生“空化”作用，使液体中的微粒泥沙等产生微爆炸，将其击碎，从而不易沉淀，由于超声波在罐体材料和罐内液体材料中传播速度不同，在其结合面存在剪切，使泥沙等淤积物不易附着于罐体上，强烈的超声波作用还可在液体中产生速度极高的微射流，冲刷泥沙等淤积材料。
34.实施例：参照说明书附图中图1、图2，基于超声波技术处理脱盐脱水罐淤泥的清理器，包括脱盐脱水罐1、均布在脱盐脱水罐1体下部三分之一部的声波振动结构、控制声波振动结构运行的控制柜10，脱盐脱水罐1的上顶部连接有注水管2，脱盐脱水罐1的底部连接有排水管5，通过注水管2向罐体内注水，在利用超声波清淤器对罐体内部的油泥进行清除后，碎裂的油污将混合在水中，通过排水管5排出。
35.声波振动结构包括有固定连接在脱盐脱水罐1外壁的波导头3、与波导头3固定连接的换能器4、波导头3与所述换能器4的数量等同，与换能器4通过传输电缆7连接的超声波发生器8，即高频传输电缆7将超声波发生器8的输出端子和换能器4连接，超声波发生器8安装在脱盐脱水罐1的罐体附近适当位置，每个超声波发生器8可以配置带6个超声波换能器4负载，6个换能器4可以分布在罐体的两侧，同一侧设置有三个，均匀的分布安装在罐体上，传输电缆7穿设在穿线管9中，连接六个换能器4之间的传输电缆7外设的穿线管9，固定设置在线管支架6上，线管支架6焊接固定在脱盐脱水罐1的外壁。
36.参照说明书附图中图3，换能器4的一端通过传输电缆7与超声波发生器8电性连接，换能器4的另一端通过传输电缆7电性连接在控制柜10上，控制柜10与超声波发生器8电性连接，控制柜10中设置有主机控制单元cpu，主机控制单元cpu通过电源单元供电，主机控
制单元cpu还通讯连接有参数调测单元，对清理器包括的各个部件参数进行调节，可以通过显示单元对脱盐脱水罐1参数、用于脱盐脱水罐1连接的结构参数进行显示，主机控制单元cpu还通过rs485连接有dcs集控单元，集控单元是集散控制系统，以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统，主机控制单元cpu通讯连接有功放模块，功放模块通讯连接有匹配单元，功放模块是功率放大器，匹配单元是辅助功放模块的匹配电路，匹配单元通讯连接至机电换能单元，机电换能单元为超声波发生器和超声波换能器配合，可对罐体进行超声波清淤的单元，机电换能单元连接在结垢设备上(本发明的结垢设备是脱盐脱水罐1)。
37.其中，根据脱盐脱水罐1相应的结构、容积、及生产处理量、原油性质等参数确定安装超声波换能器4的具体数量及位置，其基本配置为按罐容积每10～20m3配置1个超声波换能器4和波导头3，换能器4旋拧紧安装于波导头3上，波导头3焊接于相应的位置上，其基本安装位置是脱盐脱水罐1体下部1/3部基本均布。
38.超声波发生器8接通电源，可调整发生器的工作参数，调整超声波中心工作频率，作息比等参数，用超声波振幅测量仪监控罐体的谐振特性，确保脱盐脱水罐1在执行清淤工作时的安全。
39.换能器4选择为超声波换能器和压电陶瓷换能器中的一种，压电陶瓷换能器由压电陶瓷片和轻、重两种金属组成，在一定的温度下经极化处理后，具有压电效应，超声波换能器的电声转换材料是采用铁镓基合金为主体，添加微量稀土元素改性的磁致伸缩材料，其最大磁致伸缩系数可达300～400
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，具有电声转换效率高、输出振幅大、输出应力大等优点，超声波发生器8采用高速微处理器作为控制核心，产生快速地跳变频率，由高频功率放大电路输出到超声波换能器4，由于独特的快速跳变技术使换能器4可产生自hz～mhz之间的复杂振动，这样可方便地和各种形式的脱盐脱水罐1体匹配，控制罐体产生高效的振动，从而起到对罐体内油污全面清除的目的。
40.采用先进的驱动控制方式，避免了大的脉冲电流出现，设备运行更平稳可靠，同时极大地降低了电磁干扰。不会影响周边的精密仪表设备的正常工作，利用超声波技术对罐体内淤泥，实现不停工在线连续清淤，增加了开工周期，而且自动清淤工作的进行，极大地降低了操作者的劳动强度，节省了清洗费用，也极大地改善原设备的利用率，改善了脱盐脱水效果，增加了设备操作平稳性，运营时无电磁辐射、无放射性污染、不产生任何废弃物、工业噪声低于20db,对人体无害，实现无公害的安全运营，运作方式环保，减少了环境污染，社会效益明显。
41.利用基于超声波技术对脱盐脱水罐1进行油泥清理，超声波以金属为传播媒介的长距离传播，全面覆盖电脱盐脱水罐1设备，清理器在运行过程中，无需安排人力做定期清理，全自动化连续作业，高效自动化，解放人力，本清理器无需购买填充料、辅助剂等费用，不必担心化学剂对设备造成的腐蚀，显著降低电脱盐排水含油及cod，提高b/c，降低污水处理成本，超声波清淤是物理过程，不需要任何化学试剂，无腐蚀、无污染，对操作人员的健康无害。
42.参照说明书附图中图1-图3，在罐体执行清淤工作时，利用超声波技术作用机理：破坏聚积机理、高速微涡效应、剪切应力效应，实现基于超声波技术对脱盐脱水罐1内油泥的清理，破坏聚积机理：液体介质流动时，由于与固体壁面有摩擦力，会在近壁区域形成滞
流层，也叫边界层。这一区域的流动速度比中间液体低得多，因此滞流层的存在会油泥壁面聚积。当有超声波作用时，由于超声波引起的高速微涡可有效破坏滞流层，可以起到破坏聚积的作用；高速微涡效应：由于超声波频率很高，在壁面产生的加速度很大，作用在与壁面直接接触的液态介质时，瞬时会出现一个微小的真空区域，真空区域刚一形成，附近介质在压力的作用下就会迅速涌向这一区域，形成微小的涡流，对壁面形成不间断的冲刷，这就是高速微涡效应。这一效应相当于介质随时都在对壁面进行清洗，可有效防止污垢的粘附；剪切应力效应：壁面振动会带动其上的油泥层一起振动，从而在壁面和垢层之间产生剪切力和推斥力，对于已有淤积层，剪切力和推斥力会使其疲劳，裂纹，疏松，破碎而脱落；对于即将粘附的污垢成分，使之无法接触壁面，油泥成分就会随着介质的流动被带走，这就是剪切应力效应。
43.参照说明书附图中图4，利用相同原料对比2020年5-6月脱盐效果，平均脱后含盐：无超声波清淤装置—2.88mg/l，有超声波清淤装置—2.10mg/l；电脱盐运行状态：无超声波清淤装置—波动明显(出现13个不合格数据)，有超声波清淤装置—非常平稳(无不合格数据)；
44.参照说明书附图中图5，利用相同原料对比2020年5-6月脱后含水效果，平均脱后含水：无超声波清淤装置—0.332％，有超声波清淤装置—0.284％；
45.参照说明书附图中图6，利用相同原料对比2020年5-7月脱后排水含油效果，平均排水含油：无超声波清淤装置—621.5mg/l，有超声波清淤装置—149.4mg/l；监控期内共14组数据：无超声波清淤装置—有6个超过企业内控指标不合格，有超声波清淤装置—全部合格。
46.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
47.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
48.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。