1、创 新 教 育 大 作 业学 院：专 业：学 号：姓 名：TRIZ 培训作业学院：专业：学号：姓名：项目名称 提高原油重力脱水效果的装置项目来源 自拟题目 研究领域 油田水处理项目概述(技术参数、 图片)所有的油田都要经历含水开发期的，特别是采油速度大和采取注水强化开发的油田，无水采油期一般都较短，油井见水早，原油含水率增长快。原油含水不仅增加了储存、输送、炼制过程中设备的压力。而且增加了升温时的燃料消耗，甚至因为水中含盐等而引起设备和管道的结垢或腐蚀。因此，原油含水有百害无一利。但水在油田开发过程中，几乎是原油的“永远伴生者” ，尤其是在油田开发的中后期，油井不采水，也就没有了油。所以原油脱
2、水就成为油田开发过程中一个不可缺少的环节，一直受到人们的重视。多年的反复实践，现在研究成功的多种原油脱水工艺技术有：沉降分离脱水、化学破乳脱水、点破乳脱水、润湿凝结破乳。沉降分离脱水。这是利用水重油轻的原理，在原油通过一个特定的装置时，使水下沉，油、水分开。这也是所有原油脱水的基本过程。该方法具有结构简单、成本低、无二次污染的特点，但是处理效果相对其他方法不好。提高重力原油脱水设备效率，以达到节省成本、简化工艺的目的。技术参数：脱水率：50%70%水的溶点：0水的沸点：100油分凝固点：大约在-5035之间水分密度：1kg/L油分密度：0.750.95 之间，少数大于 0.95 或小于 0.7
3、5，相对密度在 0.91.0的称为重质原油，小于 0.9 的称为轻质原油。初始问题描述系统的工作原理：原油通过管道进入到原油脱水罐中，在原油脱水罐中原油停留一段时间，在这段时间内密度较小的轻油浮在上端，密度较大的重油沉下端，水在中间，在原油脱水罐上中下段各有轻油、重油和水的出口，达到分离油水的目的。存在主要问题：原油中有些油分和水的密度比较接近，油和水很难在短时间内出现较为明显的分层现象，会造成分离困难的情况。限制条件：1.想要出现较为明显的分层，达到较好的分离效果，需要较长的时间，在原油产量一定的情况下，原油在现行的脱水装置中的停留时间较短，脱水效果不好。2.单纯的重力脱水时间较长，如果投加
4、化学药剂可以缩短处理时间，但是投加化学药剂会对系统产生二次污染。目前解决方案，专利，存在问题：目前重力脱水的方法结构简单，操作方便，投资节省，但是去除效率较低。原因是油和水的密度相差较小，想要提高处理效率，较好的完成油和水的分离需要较长的时间，那么原油在重力脱水设备中需要有较长的停留时间，必须增加设备的体积，或者向设备中投加某种可以改变原油中水和油的密度特性的化学药剂，使油和水的分离速度能够加快，从而能够提高去除率，但是可能会向设备中引入另外的污染。TRIZ 解题流程系统分析（九屏图、生命曲线、系统完备性法则等技术系统进化法则）1、九屏图：原油脱水罐原油脱水系统进原油管、罐体、隔板、出油管、出
5、水管原油脱水系统高效原油脱水罐进原油管、罐体、隔板、出油管、出水管污水处理系统除油罐进水管、罐体、隔板、出油管、出水管图 1、原油脱水罐的九屏图 A原油脱水设备 原油脱水系统 原油脱水简易系统除油罐 原油脱水罐 高效原油除水罐简单的露天沟渠及池体进原油管、罐体、隔板、出油管、出水管？图 2、原油脱水罐的九屏图 B2、生命曲线：婴儿期成长期成熟期衰退期图 3、原油脱水的生命曲线图3、系统完备性法则等技术系统进化法则：系统名称：原油脱水罐系统定义：利用重力作用将油水进行分离的装置。系统功能：分离油水作用对象（产品）：原油执行装置：罐体传动装置：进水管动力装置：水泵控制装置：开关外部控制：人能源电能
6、传动装置进油管执行装置罐体产品原油动力装置水泵控制装置闸门外部控制人图 4、原油脱水罐的系统组成方案：1.11.24、资源分析寻找各形式资源1）物质资源：包含系统及其周围环境的物质组成可利用物质资源：进油管、出油管、出水管、罐体、泵、采油设备、加工设备、油、水、不同密度的油与水、改变相态的水A）现成资源：进油管、出油管、出水管、罐体、泵、油、水B）派生资源：采油设备、加工设备、不同密度的油与水、改变相态的水2）能量资源：系统中或超系统中任何可用的场。可利用能量资源：电场、机械场、压力场、重力场、流动的动能A）现成资源：电场、重力场、流动的动能B）派生资源：机械场、压力场3）信息资源：系统中任何
7、知识、信息、技能。可利用信息资源：油的密度、水的密度、油的粘度、水的粘度、水的溶点、水的沸点、油的凝固点。A）现成资源：油的密度、水的密度、油的粘度、水的粘度、水的溶点、水的沸点、油的凝固点。B）派生资源：4）空间资源：系统及周围可用的闲置空间。可利用空间资源：油层空间、水层空间、混合分离区空间、输油管道内空间、输油管道外空间A）现成资源：油层空间、水层空间、混合分离区空间、输油管道内空间、输油管道外空间B）派生资源：5）时间资源：系统的各种流程、操作过程中，利用一些时间提供有用作用。可利用时间资源：原油进入脱水装置前的时间、在脱水装置中的时间、从脱水装置出去后的时间。A）现成资源：原油进入脱
8、水装置前的时间、在脱水装置中的时间、从脱水装置出去后的时间。B）派生资源：6）功能资源：利用系统已有的组件产生新的功能。可利用功能资源：A）现成资源：B）派生资源：7）系统资源：当改变子系统之间的连接或超系统引进新的独立技术时，所获得的有用功能或新技术。可利用系统资源：罐体、机械能、压力能、原油进入脱水装置前的时间、在脱水装置中的时间、从脱水装置出去后的时间。方案：4.1 在原油进入脱水装置前的管道中先行脱水、从脱水装置出去后的管道中进一步油水分离。 （创新原理 3：局部质量改善法 创新原理 5：组合法）4.2 改变温度，使油和水处于不同的固液状态，将其分离。 （创新原理 35：性能转化法）5
9、、最终理想解定义系统的 IFR研究对象： 1、设计的最终目标？ 提高脱水效率2、理想化最终结果？ 油水能够自己分离3、达到理想解的障碍是什么？ 油和水分层困难4、这种障碍产生的原因是什么？ 油和水密度相差较小；脱水装置体积较小。油与水存在相互引力；分离存在阻力5、不出现这种障碍的条件是什么？ 油和水有较大的密度差；增加脱水装置的体积。减小引力；减小阻力6、创造这些条件所用的资源是什么？脱水装置、添加剂、油密度、水密度据此，推测可利用的资源应为：脱水装置、添加剂、油密度、水密度拟提出方案：5.1 加大脱水装置的体积；（创新原理 3：局部质量改善法 ）5.2 加入某种添加剂，增加油水的密度差，使油
10、和水能快速分层；（创新原理 24：中介法）5.3 利用微波形成的高频变化电磁场使油和水分子能自由上下移动，发生摩擦碰撞并聚结加速油水分离。 （创新原理 19：离散）运用 TRIZ 工具6.运用技术矛盾解决方法提出原理解技术矛盾一：1)原问题技术矛盾：改善：油和水的分层速度恶化：对水体的污染2)问题模型对应的 39 个通用工程参数改善的参数：15 运动物体的作用时间恶化的参数：31 物体内部的有害因素3)解决方案模型对应查看阿奇舒勒矛盾矩阵表得到参考创新原理为：创新原理 21：快速法创新原理 39：惰性环境法创新原理 16：部分超越法创新原理 22：变害为利法技术方案6.1 加入某种与水密度相差
11、较大的萃取液，让油快速溶于萃取液中，达到油水分离的目的。 （创新原理 39：惰性环境法 创新原理 24：中介法）6.2 投加的化学药剂若为酸性物质时可以和其他工艺产生的碱性废水中和，既消除了系统不足，又处理其它废水。 （创新原理 22：变害为利法）技术矛盾二：1)原问题技术矛盾：改善：油水分离率恶化：油水分离效率2)问题模型对应的 39 个通用工程参数改善的参数：27 可靠性恶化的参数：39 生产率3)解决方案模型对应查看阿奇舒勒矛盾矩阵表得到参考创新原理为：创新原理 1：分割法创新原理 35：性能转换法创新原理 29：压力法创新原理 38：氧化法技术方案6.3 改变温度，使油和水处于不同的固
12、液状态，将其分离。 （创新原理 35：性能转化法）6.4 利用加入强氧化剂改变油的特性，达到油水分离分目的。 （创新原理38：氧化法）7、运用物理矛盾解决方法提出原理解物理矛盾一：1）把技术矛盾转化为物理矛盾：为了加快油水的分离速度，应该投加化学药剂，但是为了不对系统产生二次危害和节省成本，又不应该投加化学药剂。重力脱水装置的物理矛盾为：既要投加化学药剂，又要不投加化学药剂； 2）拟采用分离原理时间分离原理：空间分离原理：创新原理 3：局部质量改善法整体与部分分离：创新原理 28：机械系统替代法创新原理 31：孔化法条件分离原理：创新原理 1：分割法解决方案：7.1 将油和水难以分层的部分进行
13、隔离设计，减少化学药剂的投加量。 （创新原理 3：局部质量改善法 创新原理 1：分割法）7.2 将设备进行改进，加入一个离心力，通过离心力分离油和水。 （创新原理 28：机械系统替代）7.3 采用孔径为 0.1m选择透过性膜组件进行分离，此种选择透过性膜组件只可透过水分子，将油成分截留。 （创新原理 31：孔化法 创新原理 2：提取法 创新原理 30：柔化法）物理矛盾二：1）把技术矛盾转化为物理矛盾：想要提高油水分离率，应该增加原油在脱水设备中的停留时间，但是为了提高油水分离效率，又不应该增加原油在脱水设备中的停留时间；重力脱水装置的物理矛盾为：既要增加停留时间，又要减小停留时间；2）拟采用分
14、离原理时间分离原理：空间分离原理：创新原理 3：局部质量改善法整体与部分分离：条件分离原理：解决方案：7.4 将系统变为廊道式或者分层，加大原油在设备中的运行路程，从而增加原油在设备中的停留时间。 （创新原理 3：局部质量改善法 创新原理 17：多维法）8、运用物-场分析解决方法 1）分析问题，确定相关元素问题： 物质：油水混合物-S 1；脱水罐-S 2。场：重力场-F 1。2）绘制物-场模型并确定类型F1 重力场S2 脱水罐 S1 油水混合物3）择物-场模型的常用解法F1 重力场S2 脱水罐 S1 油水混合物F2 电场、磁场、机械场(离心力)F1 重力场S2 脱水罐 S1 油水混合物S3 化
15、学药剂F1 重力场S2 脱水罐 S3 隔板 S1 油水混合物F2 重力场4）产生概念解4.1.1 采用超声波技术，利用超声波作用于性质不同的油和水，使作用于油和水产生的位移效应进行分离。 （创新原理 18：机械振动）4.1.2 利用微波形成的高频变化电磁场使油和水分子能自由上下移动，发生摩擦碰撞并聚结实现油水分离。 （创新原理 19：离散）4.1.3 将设备进行改进，加入一个离心力，通过离心力分离油和水。 （创新原理 28：机械系统替代）4.1.4 向设备中添加化学药剂，加快油水的分离。 （创新原理 24：中介法）4.1.5 将系统变为廊道式或者分层，加大原油在设备中的运行路程，从而增加原油在
16、设备中的停留时间。 （创新原理 3：局部质量改善法 创新原理 17：多维法）产生方案三、采用对应的发明原理、结合资源产生拟解决的方案1、在原油进入脱水装置前的管道中先行脱水、从脱水装置出去后的管道中进一步油水分离。 （创新原理 3：局部质量改善法 创新原理 5：组合法）2、改变温度，使油和水处于不同的固液状态，将其分离。 （创新原理 35：性能转化法）3、加大脱水装置的体积；（创新原理 3：局部质量改善法 ）4、加入某种添加剂，增加油水的密度差，使油和水能快速分层；（创新原理 24：中介法）5、利用微波形成的高频变化电磁场使油和水分子能自由上下移动，发生摩擦碰撞并聚结加速油水分离。 （创新原理
17、 19：离散）6、加入某种与水密度相差较大的萃取液，让油快速溶于萃取液中，达到油水分离的目的。 （创新原理 39：惰性环境法 创新原理 24：中介法）7、投加的化学药剂若为酸性物质时可以和其他工艺产生的碱性废水中和，既消除了系统不足，又处理其它废水。 （创新原理 22：变害为利法）8、利用加入强氧化剂改变油的特性，达到油水分离分目的。 （创新原理38：氧化法）9、将油和水难以分层的部分进行隔离设计，减少化学药剂的投加量。 （创新原理 3：局部质量改善法 创新原理 1：分割法）10、将设备进行改进，加入一个离心力，通过离心力分离油和水。 （创新原理 28：机械系统替代）11、采用孔径为 0.1m
18、选择透过性膜组件进行分离，此种选择透过性膜组件只可透过水分子，将油成分截留。 （创新原理 31：孔化法 创新原理 2：提取法 创新原理 30：柔化法）12、将系统变为廊道式或者分层，加大原油在设备中的运行路程，从而增加原油在设备中的停留时间。 （创新原理 3：局部质量改善法 创新原理 17：多维法）13、采用超声波技术，利用超声波作用于性质不同的油和水，使作用于油和水产生的位移效应进行分离。 （创新原理 18：机械振动）方案评价1、可增加分离的时间，但是可能引起管道内部的某些不良因素；2、改变油水的物理状态，分离容易进行，需要较多的能量；3、会增加设备的占地面积，增加成本；4、可以较快的完成油
19、水的分离，增加成本，可能引入新的危害；5、分离速度变快，分离效果变好，引入了系统外的资源，成本增加；6、分离速度变快，分离效果变好，但是原油溶解在其他介质中，不利于后续的使用和加工；7、以废治废的有效方法，不需改变原系统的任何工作，但需要注意废水管道运输造成的腐蚀；8、加速了分离效果，但是改变了原油的性质，不是好的方案；9、对原设备改进工艺不大，减小了化学药剂的使用，是有效的方法；10、可以提高油水的分离效果，并且所用离心设备较简单。11、将油水分离的较为彻底，大大提高分离效率，需要外界施加较大压力，成本较高；12、增加了油水的分离时间，不用改变原来设备的体积的大小，只需要将设备内部结构进行简
20、单改进，可行；13、加快了油水的分离速度，没有引入新的污染，成本较高。可行性方案1、将油和水难以分层的部分进行隔离设计，减少化学药剂的投加量。 （创新原理 3：局部质量改善法 创新原理 1：分割法）原油入口出油口出水口原工艺原油入口出油口出水口改进工艺投加药剂2、投加的化学药剂若为酸性物质时可以和其他工艺产生的碱性废水中和，既消除了系统不足，又处理其它废水。 （创新原理 22：变害为利法）原油入口出油口出水口原工艺原油入口出油口出水口改进工艺出水通过管道输送到碱性废水处。3、将系统变为廊道式或者分层，加大原油在设备中的运行路程，从而增加原油在设备中的停留时间。 （创新原理 3：局部质量改善法 创新原理 17：多维法）原油入口出油口出水口改进工艺原油入口出油口出水口原工艺4、将设备进行改进，加入一个离心力，通过离心力分离油和水。 （创新原理 28：机械系统替代）原油入口出油口出水口原工艺原油入口 出油口出水口改进工艺专利预案后续研究问题注：上表中要添加图片说明作业要求：1、 文件名称，学号-组别-姓名-日期；2、 提交作业时间为当天晚上 11 点前或第二天早上 6 点钟之前；3、 每天都要随机抽取学员作业讲解、点评。
