矩形波交流原油脱水电源的研制

论文摘要

原油开采进入高含水开采期后,含水量大增,同时三次采油技术的运用,使得原油性质变差,聚合物增多,现有的脱水设备经常出现“倒电场”现象,脱水工作无法正常进行,对脱水设备提出了更高的要求。常规的脱水电源为正弦波交流,对乳化膜的冲击力度小,采用矩形波交流,电场由零开始瞬间跃变到极大值,即最佳电场,使水珠中的正、负离子得到最大限度的加速,对乳化膜形成最为强烈的冲击;提出采用IGBT为核心的矩形波交流电源的研制。通过对电脱水系统等效电路的分析及实验验证,发现当电路发生谐振时,整个脱水系统效率最高,脱水效果最佳,从而得出脱水系统存在一个最佳频率,设置频率可调电路,可以使脱水系统工作在最佳状态。本文设计了以IGBT为功率开关器件的主电路,对主电路中整流、调压、滤波、保护电路等进行设计计算,给出电路中元器件参数计算方法;控制电路设计给出总体硬件结构,分析了PWM脉宽调制芯片SG3525A的工作原理,详细介绍了该芯片及其外围电路,并对信号驱动电路、保护电路等进行详细说明。本文还研制了数据采集系统,将数据采集系统运用到原油电脱水中,通过采集电压、电流数据并在PC机上还原成波形显示出来,可以实时监控脱水情况,并通过有效值波形的变化,对电源进行反馈控制。通过数据采集采到的有效值波形,可以分析各种性质原油的脱水电流情况,为进一步优化电源各项性能指标提供依据。现场试验运行表明,该电源运行稳定可靠,脱出油含水率保持在0.2%左右,符合相关标准,并对后续工作进行展望。与传统脱水电源相比该电源有极大的优势,可在各油田推广,具有良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 原油脱水现状分析
• 1.2 原油电脱水发展
• 1.3 矩形波电源提出
• 第二章 原油电脱水原理分析
• 2.1 原油乳化液
• 2.2 原油电脱水原理
• 2.3 等效电路分析
• 2.3.1 等效电路分析
• 2.3.2 实验验证
• 第三章 电路设计
• 3.1 主电路设计
• 3.1.1 逆变器拓扑结构
• 3.1.2 开关器件的选择
• 3.1.3 主电路设计与分析
• 3.2 控制电路设计
• 3.2.1 集成脉宽调制芯片——SG3525A
• 3.2.2 控制电路设计
• 3.2.3 驱动电路
• 3.3 变压器设计
• 3.3.1 磁芯的选择
• 3.3.2 绕组计算
• 3.3.3 导线计算
• 3.3.4 校核
• 3.3.5 防爆处理
• 第四章 数据采集系统
• 4.1 系统总体介绍
• 4.1.1 系统设计目的
• 4.1.2 系统总体设计方案
• 4.2 系统硬件设计
• 4.2.1 模拟信号采集
• 4.2.2 数据存储
• 4.2.3 数据传输接口
• 4.2.4 总体电路设计
• 4.3 系统软件设计
• 4.3.1 单片机部分的程序设计
• 4.3.2 人机界面程序设计
• 4.3.3 系统测试
• 第五章 试验及分析
• 5.1 含水量测定
• 5.2 运行情况分析
• 第六章 矩形波交流原油电脱水系统展望
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢
• 附录