第2章_油氣水分離技術(shù)-1

1、1油氣分離工藝油氣分離工藝油氣分離器的功能和類型油氣分離器的功能和類型油氣兩相分離器油氣兩相分離器油氣水三相分離器油氣水三相分離器典型分離器的結(jié)構(gòu)典型分離器的結(jié)構(gòu)2油氣分離方式油氣分離方式平衡分離計算平衡分離計算分離級數(shù)的選擇分離級數(shù)的選擇分離壓力的選擇分離壓力的選擇油氣分離系統(tǒng)方案設(shè)計油氣分離系統(tǒng)方案設(shè)計3油氣分離是油氣處理工藝的主要環(huán)節(jié)之一。油氣分離是油氣處理工藝的主要環(huán)節(jié)之一。對海上油田，選擇合理的油氣分離工藝通對海上油田，選擇合理的油氣分離工藝通常是對產(chǎn)品原油收率、設(shè)備費(fèi)用和系統(tǒng)操常是對產(chǎn)品原油收率、設(shè)備費(fèi)用和系統(tǒng)操作性能的優(yōu)化。作性能的優(yōu)化。分離設(shè)備要具有良好的分離效果，即希望分離設(shè)

2、備要具有良好的分離效果，即希望由分離器分離出的氣體中盡量少帶液滴，由分離器分離出的氣體中盡量少帶液滴，脫氣后的原油中盡量少帶氣泡。脫氣后的原油中盡量少帶氣泡。油氣分離包括平衡分離和機(jī)械分離。油氣分離包括平衡分離和機(jī)械分離。4平衡分離的依據(jù)是相平衡原理，組分一定平衡分離的依據(jù)是相平衡原理，組分一定的油氣混合物在某一壓力和溫度下，系統(tǒng)的油氣混合物在某一壓力和溫度下，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，就形成一定比例和組成處于平衡狀態(tài)時，就形成一定比例和組成的液相和氣相，這種現(xiàn)象稱為平衡分離。的液相和氣相，這種現(xiàn)象稱為平衡分離。平衡分離是一個自發(fā)的過程，它也是決定平衡分離是一個自發(fā)的過程，它也是決定油氣最終的收率和

3、質(zhì)量的關(guān)鍵過程。油氣最終的收率和質(zhì)量的關(guān)鍵過程。平衡分離可分為一次分離、連續(xù)分離和多平衡分離可分為一次分離、連續(xù)分離和多級分離三種基本方式。級分離三種基本方式。 5一次分離是指在系統(tǒng)中，氣液兩相在一直一次分離是指在系統(tǒng)中，氣液兩相在一直保持接觸的條件下逐漸降低壓力，氣體也保持接觸的條件下逐漸降低壓力，氣體也逐漸從液體中逸出，最后流入常壓罐，并逐漸從液體中逸出，最后流入常壓罐，并在罐中一次把氣液分開。在罐中一次把氣液分開。由于這種分離方式有大量的氣體從常壓罐由于這種分離方式有大量的氣體從常壓罐中排出并攜帶走大量液體，增加原油的損中排出并攜帶走大量液體，增加原油的損耗，同時油氣流一次降壓，進(jìn)常壓罐

4、時沖耗，同時油氣流一次降壓，進(jìn)常壓罐時沖擊很大，故實際生產(chǎn)中并不采用。擊很大，故實際生產(chǎn)中并不采用。6連續(xù)分離是指系統(tǒng)壓力降低過程中，在不連續(xù)分離是指系統(tǒng)壓力降低過程中，在不擾動液體的條件下，不斷地將逸出的平衡擾動液體的條件下，不斷地將逸出的平衡氣排出，直至壓力降到常壓，平衡氣也排氣排出，直至壓力降到常壓，平衡氣也排凈，剩下的液體進(jìn)凈，剩下的液體進(jìn)入入常壓罐。常壓罐。連續(xù)分離也稱為微分分離，在實際生產(chǎn)中連續(xù)分離也稱為微分分離，在實際生產(chǎn)中也很難實現(xiàn)。也很難實現(xiàn)。7 多級分離是指保持系統(tǒng)中兩相接觸的條件下，降多級分離是指保持系統(tǒng)中兩相接觸的條件下，降低其壓力到某一數(shù)值時，停止降壓，把降壓過程低其

5、壓力到某一數(shù)值時，停止降壓，把降壓過程中析出的氣體排出。脫出氣體后的液體繼續(xù)沿管中析出的氣體排出。脫出氣體后的液體繼續(xù)沿管路流動，降壓到另一較低壓力時，又停止降壓，路流動，降壓到另一較低壓力時，又停止降壓，把該段降壓過程中平衡氣排出，如此反復(fù)，直至把該段降壓過程中平衡氣排出，如此反復(fù)，直至系統(tǒng)壓力降低到常壓為止。每排一次氣，即為一系統(tǒng)壓力降低到常壓為止。每排一次氣，即為一級分離；排幾次氣即為幾級分離。級分離；排幾次氣即為幾級分離。油氣一般總是在常壓罐內(nèi)進(jìn)行最后的分離，因此，油氣一般總是在常壓罐內(nèi)進(jìn)行最后的分離，因此，一個油氣分離器和一個油罐是二級分離，串聯(lián)的一個油氣分離器和一個油罐是二級分離，

6、串聯(lián)的兩個油氣分離器和一個油罐是三級分離。多級分兩個油氣分離器和一個油罐是三級分離。多級分離通常是指三級以上的分離作業(yè)。離通常是指三級以上的分離作業(yè)。8把形成的液相和氣相用機(jī)械的方法分開，把形成的液相和氣相用機(jī)械的方法分開，稱為機(jī)械分離。機(jī)械分離把平衡分離的稱為機(jī)械分離。機(jī)械分離把平衡分離的兩相分成獨立的系統(tǒng)并用不同的管路分兩相分成獨立的系統(tǒng)并用不同的管路分別輸送。別輸送。機(jī)械分離是對平衡分離的兩相進(jìn)行的一機(jī)械分離是對平衡分離的兩相進(jìn)行的一項加工過程。即便是在理想的情況下，項加工過程。即便是在理想的情況下，也只能使平衡條件下的兩相徹底分開，也只能使平衡條件下的兩相徹底分開，并不能對平衡分離所決

7、定并不能對平衡分離所決定的收率和質(zhì)量的收率和質(zhì)量加以提高。加以提高。9油氣兩相平衡計算油氣兩相平衡計算油氣水三相平衡計算油氣水三相平衡計算10相平衡方程：相平衡方程：ciiciiiiixyxKy110.10.1物料平衡方程：物料平衡方程：iiiixLVyFzLVF11相平衡方程：相平衡方程：ciiiiiiiiMxKyxKy122110.1物料平衡方程：物料平衡方程：iiiiiixLxLVyFzLLVF22112112 1.分離級數(shù)的選擇原則分離級數(shù)的選擇原則 從理論上分析，分離級數(shù)愈多，最終液體從理論上分析，分離級數(shù)愈多，最終液體收獲量愈多，但過多地增加分離級數(shù)會造收獲量愈多，但過多地增加分離

8、級數(shù)會造成投資和操作費(fèi)用大幅度上升，而且超過成投資和操作費(fèi)用大幅度上升，而且超過三級或四級分離，原油收率的增加幅度則三級或四級分離，原油收率的增加幅度則越來越小。所以應(yīng)該合理選擇分離級數(shù)。越來越小。所以應(yīng)該合理選擇分離級數(shù)。13 1.分離級數(shù)的選擇原則分離級數(shù)的選擇原則 （1）根據(jù)氣油比的高低來選擇，氣油比高應(yīng)增根據(jù)氣油比的高低來選擇，氣油比高應(yīng)增多分離級數(shù)；多分離級數(shù)； （2）根據(jù)井口壓力進(jìn)行選擇，井口壓力高的應(yīng)根據(jù)井口壓力進(jìn)行選擇，井口壓力高的應(yīng)增多級數(shù)；增多級數(shù)； （3）根據(jù)原油的相對密度進(jìn)行選擇，隨著相對根據(jù)原油的相對密度進(jìn)行選擇，隨著相對密度的降低，應(yīng)適當(dāng)增加級數(shù)。密度的降低，應(yīng)適當(dāng)

9、增加級數(shù)。 國內(nèi)外長期實踐證明，對于一般油田采用三級或國內(nèi)外長期實踐證明，對于一般油田采用三級或四級分離，經(jīng)濟(jì)效果最好；對于氣油比低的低壓四級分離，經(jīng)濟(jì)效果最好；對于氣油比低的低壓油田（壓力低于油田（壓力低于0.7MPa）則采用二級分離經(jīng)濟(jì)效則采用二級分離經(jīng)濟(jì)效果最佳。果最佳。14 2.推薦分離級數(shù)推薦分離級數(shù) 油氣分離的分離級數(shù)應(yīng)根據(jù)油氣集輸系統(tǒng)壓力和油氣分離的分離級數(shù)應(yīng)根據(jù)油氣集輸系統(tǒng)壓力和油氣組成綜合考慮確定，有關(guān)資料一般都推薦分油氣組成綜合考慮確定，有關(guān)資料一般都推薦分離級數(shù)為離級數(shù)為24級。級。 （1）二級分離：大多數(shù)用于原油相對密度高、氣油比低二級分離：大多數(shù)用于原油相對密度高、氣

10、油比低和自噴壓力低的油田；依靠地層壓力進(jìn)行油氣分離時，和自噴壓力低的油田；依靠地層壓力進(jìn)行油氣分離時，壓力低于壓力低于0.7MPa的油田。的油田。 （2）三級分離：大多用于中等相對密度原油，中等到高三級分離：大多用于中等相對密度原油，中等到高氣油比和中等井口壓力（氣油比和中等井口壓力（0.73.5MPa）的油田。的油田。 （3）四級分離：大多用于低相對密度原油、高氣油比和）四級分離：大多用于低相對密度原油、高氣油比和高自噴壓力的油田，井口壓力高于高自噴壓力的油田，井口壓力高于 3.5MPa的油田。的油田。15 1.分離壓力的選擇原則分離壓力的選擇原則 選擇分離壓力時，要考慮石油組成和油井井口壓

11、選擇分離壓力時，要考慮石油組成和油井井口壓力，各油田的井口壓力和組成變化范圍很大，無力，各油田的井口壓力和組成變化范圍很大，無法提出適合具體情況的各級最優(yōu)壓力的計算公式，法提出適合具體情況的各級最優(yōu)壓力的計算公式，最好擬定多種分離方案，進(jìn)行閃蒸分離的模擬相最好擬定多種分離方案，進(jìn)行閃蒸分離的模擬相平衡計算，擇優(yōu)選擇。平衡計算，擇優(yōu)選擇。 一般來說，采用三級分離時，一級壓力范圍控制一般來說，采用三級分離時，一級壓力范圍控制在在0.73.5MPa，二級分離壓力范圍為二級分離壓力范圍為0.070.55MPa，若井口壓力高于若井口壓力高于3. 5MPa，就應(yīng)考慮采就應(yīng)考慮采用四級分離。用四級分離。16

12、 2.分離壓力的計算分離壓力的計算 各級分離壓力還沒有精確的計算公式，一各級分離壓力還沒有精確的計算公式，一般采用經(jīng)驗公式來確定多級分離各級間的般采用經(jīng)驗公式來確定多級分離各級間的壓力壓力比比R。其經(jīng)驗公式如下式所示：其經(jīng)驗公式如下式所示： )1(1nnppRn分離級數(shù)分離級數(shù);p1, ，p2各級間的操作壓力，各級間的操作壓力，MPa。17海上油氣分離系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)考慮的問題海上油氣分離系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)考慮的問題 典型油氣水分離系統(tǒng)分析典型油氣水分離系統(tǒng)分析 18 對于海上油田，在確定分離系統(tǒng)方案時，對于海上油田，在確定分離系統(tǒng)方案時，與陸地油田有所不同，有其特殊的限制和要與陸地油田有所不同，有其特殊的

13、限制和要求。求。 （1）海上平臺受到限制）海上平臺受到限制 一般情況下，減少分離級數(shù)，節(jié)省平臺一般情況下，減少分離級數(shù)，節(jié)省平臺空間比提高液體原油收率更為經(jīng)濟(jì)。增加設(shè)空間比提高液體原油收率更為經(jīng)濟(jì)。增加設(shè)備，加大平臺甲板面積，會顯著地增加支撐備，加大平臺甲板面積，會顯著地增加支撐上部設(shè)施的下部結(jié)構(gòu)質(zhì)量。按經(jīng)驗，平臺上上部設(shè)施的下部結(jié)構(gòu)質(zhì)量。按經(jīng)驗，平臺上部設(shè)備每增加部設(shè)備每增加1t，下部導(dǎo)管架和鋼結(jié)構(gòu)要增下部導(dǎo)管架和鋼結(jié)構(gòu)要增加加13t鋼材，隨之帶來了海上安裝費(fèi)用的增鋼材，隨之帶來了海上安裝費(fèi)用的增加。加。19（2）井口流壓變化大）井口流壓變化大 井口流壓決定了最高級分離的最大操作壓力，井口流

14、壓決定了最高級分離的最大操作壓力，井口流壓高，要求分離級數(shù)多一些。海上油田開采井口流壓高，要求分離級數(shù)多一些。海上油田開采速度較快，井口流壓遞減也較快，對分離級數(shù)影響速度較快，井口流壓遞減也較快，對分離級數(shù)影響很大。因此，在確定分離級數(shù)方案時，不僅要考慮很大。因此，在確定分離級數(shù)方案時，不僅要考慮油田初期的井口流壓，還要考慮油田壽命期間流壓油田初期的井口流壓，還要考慮油田壽命期間流壓的遞減規(guī)律。一個新油田開發(fā)，往往要對分離級數(shù)的遞減規(guī)律。一個新油田開發(fā)，往往要對分離級數(shù)和分離壓力作綜合的評價。如果在一個平臺上有不和分離壓力作綜合的評價。如果在一個平臺上有不同壓力級別的井組，可分別進(jìn)同壓力級別的

15、井組，可分別進(jìn)入入相當(dāng)壓力分離器。相當(dāng)壓力分離器。20 （3）井流特性和輸出條件的限制）井流特性和輸出條件的限制 通常較輕質(zhì)的原油含有較多的通常較輕質(zhì)的原油含有較多的C4 , C5和和C6，并并具有較高的氣油比，分離級數(shù)可以多一些。反之，具有較高的氣油比，分離級數(shù)可以多一些。反之，分離級數(shù)可以少一些。一般情況不超過三級。分離級數(shù)可以少一些。一般情況不超過三級。 分離級數(shù)與原油中轉(zhuǎn)站設(shè)置地點也有關(guān)系。如分離級數(shù)與原油中轉(zhuǎn)站設(shè)置地點也有關(guān)系。如選用全海式集輸方式（中轉(zhuǎn)站設(shè)在海上），由運(yùn)輸選用全海式集輸方式（中轉(zhuǎn)站設(shè)在海上），由運(yùn)輸油輪裝載外運(yùn)，要求產(chǎn)品原油蒸氣壓為油輪裝載外運(yùn)，要求產(chǎn)品原油蒸氣壓為

16、50 80kPa，這是裝油作業(yè)安全的要求。如選用半海半陸式集輸這是裝油作業(yè)安全的要求。如選用半海半陸式集輸方式（中轉(zhuǎn)站設(shè)在陸上），平臺上原油要經(jīng)海底管方式（中轉(zhuǎn)站設(shè)在陸上），平臺上原油要經(jīng)海底管道輸送上岸，平臺原油可不完全脫氣，通常輸出原道輸送上岸，平臺原油可不完全脫氣，通常輸出原油的蒸氣壓不大于油的蒸氣壓不大于680kPa。21 （4）設(shè)備并聯(lián)系列和備用）設(shè)備并聯(lián)系列和備用 海上油田受平臺甲板和經(jīng)濟(jì)的限制，考慮海上油田受平臺甲板和經(jīng)濟(jì)的限制，考慮分離系統(tǒng)并聯(lián)列數(shù)時，一般不設(shè)備用，僅在分離系統(tǒng)并聯(lián)列數(shù)時，一般不設(shè)備用，僅在處理能力上留有一定的余量。但是平臺上的處理能力上留有一定的余量。但是平臺

17、上的分離器要受到幾何尺寸和吊裝重量的限制，分離器要受到幾何尺寸和吊裝重量的限制，不能過分地加大分離器的直徑和長度。不能過分地加大分離器的直徑和長度。22根據(jù)各油田油、水、伴生氣的物理化學(xué)性根據(jù)各油田油、水、伴生氣的物理化學(xué)性質(zhì)和砂、所含雜質(zhì)、含水率、產(chǎn)量等的不同，質(zhì)和砂、所含雜質(zhì)、含水率、產(chǎn)量等的不同，所選的工藝流程各有差異。所選的工藝流程各有差異。 典型的三級油氣分離系統(tǒng)典型的三級油氣分離系統(tǒng) 含有原油穩(wěn)定工藝的三級油氣分離系統(tǒng)含有原油穩(wěn)定工藝的三級油氣分離系統(tǒng) 渤中渤中34-2/4E油田的油氣分離系統(tǒng)油田的油氣分離系統(tǒng)23 1高壓分離器；高壓分離器；2低壓分離器；低壓分離器；3油罐油罐24

18、在油氣分離器在油氣分離器入入口處增加了原油加熱器，提高了分離原口處增加了原油加熱器，提高了分離原油的溫度，降低了原油的粘度，有利于稠油的油氣分離油的溫度，降低了原油的粘度，有利于稠油的油氣分離處理。處理。采用三級分離所得到的原油收率高、密度小。采用三級分離所得到的原油收率高、密度小。采用三級分離得到的天然氣量少，重組分在氣體中的比采用三級分離得到的天然氣量少，重組分在氣體中的比例小。例小。采用三級分離能充分利用地層能量，減少輸送成本。采用三級分離能充分利用地層能量，減少輸送成本。由于增加了原油加熱器，使原油流動阻力增大，壓力損由于增加了原油加熱器，使原油流動阻力增大，壓力損失增加，所以在一級分

19、離器出口處，增加了一臺輸油泵，失增加，所以在一級分離器出口處，增加了一臺輸油泵，以提高原油的壓力，保證了原油在最佳的分離壓力下進(jìn)以提高原油的壓力，保證了原油在最佳的分離壓力下進(jìn)人第二級分離器，提高分離效果。人第二級分離器，提高分離效果。25該分離系統(tǒng)該分離系統(tǒng)適用適用于中等井口壓力、中等原于中等井口壓力、中等原油密度和中等氣油比的情況；油密度和中等氣油比的情況；由于采用了原油加熱器降低原油粘度，可由于采用了原油加熱器降低原油粘度，可用于原油粘度較高的情況。用于原油粘度較高的情況。261來自井來自井口口的的油油氣混合物；氣混合物；2油氣分離器；油氣分離器；3平衡氣；平衡氣；4,7原油；原油；5原

20、油穩(wěn)定塔；原油穩(wěn)定塔；6閃蒸氣；閃蒸氣；8儲液罐；儲液罐； 9輸油泵輸油泵27采用了高、中、低壓三級分離，提高了原采用了高、中、低壓三級分離，提高了原油的分離效果。油的分離效果。在油罐前設(shè)置負(fù)壓閃蒸裝置，避免了大量在油罐前設(shè)置負(fù)壓閃蒸裝置，避免了大量的氣體進(jìn)的氣體進(jìn)入入油罐，增加了原油收率。油罐，增加了原油收率。該系統(tǒng)適用于氣油比較高的油氣混合該系統(tǒng)適用于氣油比較高的油氣混合物物的的分離。分離。281，3原油加熱器；原油加熱器；2一級分離器；一級分離器；4二級分二級分離器；離器；5電脫水器電脫水器29只經(jīng)過兩級油氣分離；只經(jīng)過兩級油氣分離；在一級和二級油氣分離器前都安裝了原油在一級和二級油氣分

21、離器前都安裝了原油加熱器，用以提高原油的溫度；加熱器，用以提高原油的溫度；經(jīng)過兩級油氣分離后的原油，再輸人到電經(jīng)過兩級油氣分離后的原油，再輸人到電脫水器進(jìn)行原油脫水。脫水器進(jìn)行原油脫水。30油氣分離器的功能油氣分離器的功能對油氣分離器的要求對油氣分離器的要求油氣分離器的類型油氣分離器的類型31實現(xiàn)油、氣、水三相基本分離；實現(xiàn)油、氣、水三相基本分離；脫除氣相中所夾帶的液沫；脫除氣相中所夾帶的液沫；脫除液相中所包含的氣泡；脫除液相中所包含的氣泡；脫除油中的水和水中的油；脫除油中的水和水中的油；引出分離的油、氣、水三相，不允許有重引出分離的油、氣、水三相，不允許有重新夾帶摻混的機(jī)會。新夾帶摻混的機(jī)會

22、。32有足夠的液體體積容量，能處理油井口和有足夠的液體體積容量，能處理油井口和（或）出油管的不穩(wěn)定液流；（或）出油管的不穩(wěn)定液流；有足夠大的容器直徑和高度或長度，能將有足夠大的容器直徑和高度或長度，能將大部分液體從氣中分離出來；大部分液體從氣中分離出來；要有捕集油霧的除霧器，以捕捉二次分離要有捕集油霧的除霧器，以捕捉二次分離后氣體中更小的液滴；后氣體中更小的液滴；要有壓力和液面控制。要有壓力和液面控制。33按其外形可分為：臥式分離器、立式分離按其外形可分為：臥式分離器、立式分離器、球形分離器；器、球形分離器；按分離器的功能分為：兩相分離器、三相按分離器的功能分為：兩相分離器、三相分離器；分離器

23、；按實現(xiàn)分離利用的能量可分為：重力式、按實現(xiàn)分離利用的能量可分為：重力式、離心式和混合式等。離心式和混合式等。343536臥式分離器和立式分離器在油氣田廣泛臥式分離器和立式分離器在油氣田廣泛采用作為油氣分離的主要設(shè)備。采用作為油氣分離的主要設(shè)備。 適應(yīng)流量和油氣比范圍大；適應(yīng)流量和油氣比范圍大； 壓力、溫度范圍較寬；壓力、溫度范圍較寬； 結(jié)構(gòu)簡單。結(jié)構(gòu)簡單。37球形分離器；球形分離器；臥式雙筒分離器；臥式雙筒分離器；旋風(fēng)分離器；旋風(fēng)分離器；過濾分離器。過濾分離器。38從承受壓力的觀點來看，球形分離器可能從承受壓力的觀點來看，球形分離器可能是非常有效的。但是由于是非常有效的。但是由于具有受限制的

24、波動容具有受限制的波動容量和制造難度大量和制造難度大，它在油氣田設(shè)施上通常不被，它在油氣田設(shè)施上通常不被采用。采用。39 適用液體流量小的工況；有利于排污；制造適用液體流量小的工況；有利于排污；制造難度增大，建設(shè)費(fèi)用較高。難度增大，建設(shè)費(fèi)用較高。40旋風(fēng)分離器的原理主要依靠油氣混合旋風(fēng)分離器的原理主要依靠油氣混合物作回轉(zhuǎn)運(yùn)動時產(chǎn)生的離心力使油氣分離。物作回轉(zhuǎn)運(yùn)動時產(chǎn)生的離心力使油氣分離。 處理量大、結(jié)構(gòu)簡單，可除去處理量大、結(jié)構(gòu)簡單，可除去5m以上的液滴；以上的液滴； 但它對流速很敏感，要求處理負(fù)荷但它對流速很敏感，要求處理負(fù)荷相對穩(wěn)定，常作為重力式分離器的相對穩(wěn)定，常作為重力式分離器的入口分

25、流器。入口分流器。41旋風(fēng)分離器原理圖旋風(fēng)分離器原理圖1入口短管；入口短管；2分離器圓筒部分；分離器圓筒部分；3氣體出氣體出口；口； 4分離器的錐筒部分；分離器的錐筒部分；5集液部分集液部分4243過濾分離器主要用于從氣體中除油。常過濾分離器主要用于從氣體中除油。常用的過濾元件有纖維制品、金屬絲網(wǎng)、用的過濾元件有纖維制品、金屬絲網(wǎng)、陶瓷和泡沫塑料等。陶瓷和泡沫塑料等。一般在過濾分離器前均應(yīng)有一級分離器一般在過濾分離器前均應(yīng)有一級分離器作初步分離。作初步分離。過濾分離器可以過濾分離器可以100%地脫除大于地脫除大于2m的的微粒，微粒，99%地脫除小到地脫除小到0.5 m的微粒；的微粒；可用于高氣

26、量低液量、氣體凈化要求高可用于高氣量低液量、氣體凈化要求高的場合，如礦場壓氣站的壓縮機(jī)入口處、的場合，如礦場壓氣站的壓縮機(jī)入口處、儀表氣凈化或燃料氣上游的洗滌器。儀表氣凈化或燃料氣上游的洗滌器。44分離器的結(jié)構(gòu)和工作過程分離器的結(jié)構(gòu)和工作過程兩相分離器的內(nèi)部構(gòu)件兩相分離器的內(nèi)部構(gòu)件兩相分離器的工藝計算兩相分離器的工藝計算45立式重力分離器立式重力分離器臥式重力分離器臥式重力分離器46 立式分離器的立式分離器的主體為一立式圓筒主體為一立式圓筒體，氣液混合物一體，氣液混合物一般從筒體的中段進(jìn)般從筒體的中段進(jìn)入，頂部為氣流出入，頂部為氣流出口，底部為液體出口，底部為液體出口，基本結(jié)構(gòu)和分口，基本結(jié)構(gòu)

27、和分離過程如右圖所示。離過程如右圖所示。 47 初級分離段初級分離段氣液入口處，由于物流速度突氣液入口處，由于物流速度突然降低，成股狀的液體或大的液滴被分離出來直然降低，成股狀的液體或大的液滴被分離出來直接沉降到積液段。為了提高初級分離的效果，常接沉降到積液段。為了提高初級分離的效果，常增設(shè)入口擋板或采用切線入口方式。增設(shè)入口擋板或采用切線入口方式。 沉降段沉降段經(jīng)初級分離后的氣流攜帶著較小的經(jīng)初級分離后的氣流攜帶著較小的液滴向氣流出口以較低的流速向上流動，液滴則液滴向氣流出口以較低的流速向上流動，液滴則向下沉降。分離效果取決于氣體和液體的特性、向下沉降。分離效果取決于氣體和液體的特性、液滴尺

28、寸及氣流的平均流速與擾動程度。液滴尺寸及氣流的平均流速與擾動程度。48 積液段積液段主要收集液體。為減少流動氣主要收集液體。為減少流動氣流對已沉降液體擾動，一般積液段應(yīng)有足夠流對已沉降液體擾動，一般積液段應(yīng)有足夠的容積，以保證液體中的氣體能脫離液體。的容積，以保證液體中的氣體能脫離液體。為防止氣體旋渦，應(yīng)保留一段液封。為防止氣體旋渦，應(yīng)保留一段液封。除霧段除霧段主要設(shè)置在緊靠氣體出口前，主要設(shè)置在緊靠氣體出口前，用于捕集沉降段未能分離出來的較小液滴用于捕集沉降段未能分離出來的較小液滴（10100m）。）。微小液滴在此發(fā)生碰撞、微小液滴在此發(fā)生碰撞、凝聚，最后結(jié)合成較大液滴下降沉至積液段凝聚，最

29、后結(jié)合成較大液滴下降沉至積液段。49以重力沉降分離為主，輔以碰撞、離心以重力沉降分離為主，輔以碰撞、離心分離；分離；重力沉降部分中液滴下降方向與氣流運(yùn)重力沉降部分中液滴下降方向與氣流運(yùn)動方向相反；動方向相反；液滴沉降面積與分離器截面面積相等。液滴沉降面積與分離器截面面積相等。50占地面積小，容易清除筒體內(nèi)污物；占地面積小，容易清除筒體內(nèi)污物；便于實現(xiàn)液位自動控制；便于實現(xiàn)液位自動控制；適合于含固體雜質(zhì)較多的混合物和處理適合于含固體雜質(zhì)較多的混合物和處理含液量較大的氣體；含液量較大的氣體；但單位處理量成本高于臥式。但單位處理量成本高于臥式。51臥式重力分離器的主體為一臥式圓筒體，氣流臥式重力分離

30、器的主體為一臥式圓筒體，氣流一端進(jìn)入，另一端流出，液相由底部流出，分離過一端進(jìn)入，另一端流出，液相由底部流出，分離過程與立式分離器大致相同，基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。程與立式分離器大致相同，基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。 52 初級分離段初級分離段可具有不同的入口形式，可具有不同的入口形式，其目的也在于對氣液進(jìn)行初級分離，除了其目的也在于對氣液進(jìn)行初級分離，除了入口擋板外，有的在入口內(nèi)增設(shè)一個小內(nèi)入口擋板外，有的在入口內(nèi)增設(shè)一個小內(nèi)旋器，在入口對氣旋器，在入口對氣液進(jìn)行旋風(fēng)分離。液進(jìn)行旋風(fēng)分離。 沉降段沉降段是氣體與液滴實現(xiàn)重力分離是氣體與液滴實現(xiàn)重力分離的主體，氣流水平流動與液滴下沉成的主體，氣流水平流動與

31、液滴下沉成90夾角，對液滴下降阻力小于立式分離器。夾角，對液滴下降阻力小于立式分離器。53 積液段積液段設(shè)計常需考慮液體在分離器設(shè)計常需考慮液體在分離器的停留時間，一般儲存高度按分離器直徑的停留時間，一般儲存高度按分離器直徑的一半考慮。在水平筒體的底部有泥沙等的一半考慮。在水平筒體的底部有泥沙等污物，排污比立式分離器困難。污物，排污比立式分離器困難。 除霧段除霧段可設(shè)置在筒體內(nèi)，也可設(shè)置可設(shè)置在筒體內(nèi)，也可設(shè)置在筒體上部緊接氣體出口處。在筒體上部緊接氣體出口處。54以重力沉降分離為主，輔以碰撞、離心以重力沉降分離為主，輔以碰撞、離心分離；分離；重力沉降部分中液滴下降方向與氣流運(yùn)重力沉降部分中液

32、滴下降方向與氣流運(yùn)方向垂直；方向垂直；液滴沉降面積比同直徑立式分離器大。液滴沉降面積比同直徑立式分離器大。55臥式分離器和立式分離器相比較：臥式分離器和立式分離器相比較：具有處理能力較大、安裝方便和單位處理具有處理能力較大、安裝方便和單位處理成本低；成本低；特別是存在乳狀液或高氣油比時，臥式分特別是存在乳狀液或高氣油比時，臥式分離器較為經(jīng)濟(jì)；離器較為經(jīng)濟(jì)；但占地面積大、液體控制比較困難和不易但占地面積大、液體控制比較困難和不易排污。排污。56 分離器的外殼為內(nèi)部承受壓力的容器。分離器的外殼為內(nèi)部承受壓力的容器。它是一個園形筒體，兩端有通常是橢球形或它是一個園形筒體，兩端有通常是橢球形或球形的封

33、頭。筒體及封頭的壁厚，按高壓容球形的封頭。筒體及封頭的壁厚，按高壓容器設(shè)計的要求及方法設(shè)計成有足夠的厚度，器設(shè)計的要求及方法設(shè)計成有足夠的厚度，以承受高的壓力，下面主要介紹分離器的內(nèi)以承受高的壓力，下面主要介紹分離器的內(nèi)部構(gòu)件。部構(gòu)件。57進(jìn)口轉(zhuǎn)向器；進(jìn)口轉(zhuǎn)向器；除沫板；除沫板；除霧器；除霧器；氣相整流件；氣相整流件；氣液擋板。氣液擋板。5859 進(jìn)口轉(zhuǎn)向器有很多型式。上圖表示常用進(jìn)口轉(zhuǎn)向器有很多型式。上圖表示常用進(jìn)口裝置的兩種基本類型。進(jìn)口裝置的兩種基本類型。 第一種是導(dǎo)流檔板，它可能是球形盤，第一種是導(dǎo)流檔板，它可能是球形盤，平板，角鐵，錐形物等構(gòu)件，使液流方向平板，角鐵，錐形物等構(gòu)件，使

34、液流方向和速度發(fā)生快速變化。這種檔板主要是用和速度發(fā)生快速變化。這種檔板主要是用結(jié)構(gòu)支撐加以固定，以承受沖擊動量載荷。結(jié)構(gòu)支撐加以固定，以承受沖擊動量載荷。使用半球形或維形的裝置，其優(yōu)點是它比使用半球形或維形的裝置，其優(yōu)點是它比平板或角鐵所產(chǎn)生的擾動要小些，從而減平板或角鐵所產(chǎn)生的擾動要小些，從而減少再夾帶或乳化的問題。少再夾帶或乳化的問題。60 第二種裝置是第二種裝置是旋風(fēng)式進(jìn)口，它應(yīng)用離旋風(fēng)式進(jìn)口，它應(yīng)用離心力來分離流體心力來分離流體?？梢允切L(fēng)式通道或者。可以是旋風(fēng)式通道或者是環(huán)繞筒壁的切線流道。使用一個進(jìn)口噴是環(huán)繞筒壁的切線流道。使用一個進(jìn)口噴嘴就足以產(chǎn)生一個圍繞著內(nèi)筒回轉(zhuǎn)大約嘴就足以

35、產(chǎn)生一個圍繞著內(nèi)筒回轉(zhuǎn)大約6m/s的液流速度，內(nèi)筒的直徑不大于分離的液流速度，內(nèi)筒的直徑不大于分離器直徑的器直徑的2/3。61 當(dāng) 氣 泡 從 液當(dāng) 氣 泡 從 液體中逸放出來時，體中逸放出來時，在氣液界面可能在氣液界面可能形成泡沫，使形成泡沫，使泡泡沫流經(jīng)一系列傾沫流經(jīng)一系列傾斜的平行板片或斜的平行板片或管束管束，由于潤濕，由于潤濕表面的吸附作用表面的吸附作用和狹縫的整流作和狹縫的整流作用促使霧沫分離用促使霧沫分離。62 為 了 除 去為 了 除 去100m 以下的液以下的液滴，在分離器的滴，在分離器的出口普遍都增設(shè)出口普遍都增設(shè)了除霧器。除霧了除霧器。除霧器能 除 去器能 除 去 1001

36、0m 直徑的液滴，直徑的液滴，其效率可達(dá)其效率可達(dá)99。除霧器主要有三除霧器主要有三種類型，如圖下種類型，如圖下圖所示。圖所示。 三種常用的除霧器結(jié)構(gòu)三種常用的除霧器結(jié)構(gòu)(a) 網(wǎng)墊；網(wǎng)墊；(b)拱板；拱板；(c) 波紋板波紋板63網(wǎng)墊除霧器由直徑網(wǎng)墊除霧器由直徑0.120.25mm的不銹鋼絲的不銹鋼絲網(wǎng)組成，一般厚度在網(wǎng)組成，一般厚度在75180mm左右；左右； 拱板除霧器由一系列同心波紋圓筒組成，其拱板除霧器由一系列同心波紋圓筒組成，其作用在于增大液滴在圓筒表面的聚結(jié)面積；作用在于增大液滴在圓筒表面的聚結(jié)面積；波紋板除霧器由一系列固定的波紋板重疊構(gòu)波紋板除霧器由一系列固定的波紋板重疊構(gòu)成。

37、由于氣流方向在波紋板上的不斷變化，最終成。由于氣流方向在波紋板上的不斷變化，最終液滴與波紋板碰撞而聚結(jié)在波紋板上被分離出來。液滴與波紋板碰撞而聚結(jié)在波紋板上被分離出來。64 當(dāng)氣液初步分離后，當(dāng)氣液初步分離后，氣相處于紊流狀態(tài)對液氣相處于紊流狀態(tài)對液滴的自然重力沉降不利。滴的自然重力沉降不利。在分離器某一長度內(nèi)在分離器某一長度內(nèi)設(shè)設(shè)置一系列并有適當(dāng)間距置一系列并有適當(dāng)間距的平行薄板的平行薄板，氣體通過，氣體通過狹窄的平行間隙，作層狹窄的平行間隙，作層狀流動，促進(jìn)了氣相中狀流動，促進(jìn)了氣相中液滴的重力沉降。液滴的重力沉降。該構(gòu)該構(gòu)件在氣相負(fù)荷高、氣速件在氣相負(fù)荷高、氣速較大的場合十分有用。較大的

38、場合十分有用。65氣液擋板結(jié)構(gòu)十分氣液擋板結(jié)構(gòu)十分簡單，但是對分離器簡單，但是對分離器操作有大影響的元件。操作有大影響的元件。擋板位置一般略高于擋板位置一般略高于控液面或與液面平行?？匾好婊蚺c液面平行。有以下功能：有以下功能：防止氣相竄入液相防止氣相竄入液相和激起液相飛濺；和激起液相飛濺；保持液面的穩(wěn)定，保持液面的穩(wěn)定，有利于油水自然沉降有利于油水自然沉降分離。分離。66液滴的沉降速度液滴的沉降速度兩相分離器尺寸設(shè)計（兩相分離器尺寸設(shè)計（）兩相分離器尺寸設(shè)計（兩相分離器尺寸設(shè)計（）氣體處理能力的比較氣體處理能力的比較除霧器的工藝計算除霧器的工藝計算兩相分離器的工藝計算步驟兩相分離器的工藝計算步

39、驟67為簡化為簡化液液滴勻速沉降速度計算公式的滴勻速沉降速度計算公式的推導(dǎo)，假設(shè)：推導(dǎo)，假設(shè)：（1）液液滴為球形；滴為球形；（2）液滴液滴與與液液滴、滴、液液滴與分離器壁滴與分離器壁等等構(gòu)件間沒有作用力；構(gòu)件間沒有作用力；（3）氣體在沉降部分內(nèi)的流動是穩(wěn)定）氣體在沉降部分內(nèi)的流動是穩(wěn)定的，任一點的流速不隨時間而變化。的，任一點的流速不隨時間而變化。68gdFgl)(63 d液滴直徑，液滴直徑，m；l液滴的密度，液滴的密度，kg/m3；g氣體的密度，氣體的密度，kg/m3； 69gwgdCRgD2422CD水力阻力系數(shù)；水力阻力系數(shù)；w 液滴的沉降速度，液滴的沉降速度，m/s；d液滴的直徑，液滴

40、的直徑，m。70ggwdCgdgDgl24)(6223RF 71gDglCgdw3)(472 73ggwdRe34032450.ReReC.D74如果圍繞顆粒（液滴）的流動是層流，也就如果圍繞顆粒（液滴）的流動是層流，也就是在低雷諾數(shù)（是在低雷諾數(shù)（Re2）情況下的流動，阻力情況下的流動，阻力系數(shù)系數(shù)CD=24/Re；將其代入到顆粒沉降的一般將其代入到顆粒沉降的一般表達(dá)式中，最后可得到：表達(dá)式中，最后可得到：182gdwgl75 對于生產(chǎn)設(shè)施的設(shè)計，對于生產(chǎn)設(shè)施的設(shè)計，Stokes公式用于氣液公式用于氣液分離誤差較大，氣液分離的臨界氣體流速用分離誤差較大，氣液分離的臨界氣體流速用下式計算：下式

41、計算：gDglCgdw3)(476dm液滴的直徑，液滴的直徑，m;g氣體粘度，氣體粘度，mPas。 gDglmCdw)(10617.33ggmwd310Re77 兩相分離器尺寸設(shè)計的主要任務(wù)是確定兩相分離器尺寸設(shè)計的主要任務(wù)是確定臥式重力分離器、立式重力分離器的直徑臥式重力分離器、立式重力分離器的直徑和筒體的長度。和筒體的長度。78氣體處理能力計算氣體處理能力計算液體處理能力計算液體處理能力計算為了便于分離器的液位控制及其它內(nèi)為了便于分離器的液位控制及其它內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計，一般假設(shè)臥式分離器的部結(jié)構(gòu)設(shè)計，一般假設(shè)臥式分離器的內(nèi)容一半為液體充滿。內(nèi)容一半為液體充滿。79臥式分離器的液滴沉降示意圖臥式

42、分離器的液滴沉降示意圖802810019.1pDTZQAQungg28DAg8640000pTZTpQQn工作流量工作流量（m3/s）氣體流速氣體流速（m/s）81 從沉降過程可知：氣體在臥式分離器的滯留時從沉降過程可知：氣體在臥式分離器的滯留時間間tg必須大于或等于液滴從氣體中沉降分離所需的必須大于或等于液滴從氣體中沉降分離所需的時間時間td。2810019.1pDTZQLuLtnefgefg5 .03)(10234.72/mDglgddCDwDt82dgtt KpdTZQDLmnef5 .0610408.15 .0)(DglgCK其中83若液體流量為若液體流量為Ql（m3/d），），分離器

43、的有效長分離器的有效長度為度為Lef（m），），停留時間為停留時間為tr（min），），一般臥式一般臥式分離器的液面控制在分離器的液面控制在D/2處，則有處，則有：60244212lrefQtLDlrefQtLD1801284以氣體處理能力進(jìn)行分離器設(shè)計時，實用長度按以氣體處理能力進(jìn)行分離器設(shè)計時，實用長度按下式計算：下式計算：DLLefss 以液體處理能力進(jìn)行分離器設(shè)計時，實用長度以液體處理能力進(jìn)行分離器設(shè)計時，實用長度按下式計算：按下式計算：efssLL34根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，分離器的長徑比（根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，分離器的長徑比（Lss/D）一般按一般按34考慮。考慮。85氣體處理能力計算氣體處理能力計

44、算液體處理能力計算液體處理能力計算86立式分離器示意圖立式分離器示意圖87 立式分離器的氣體處理能力計算，主要基于立式分離器的氣體處理能力計算，主要基于氣體在分離器中的流速必須小于或等于液滴的臨氣體在分離器中的流速必須小于或等于液滴的臨界氣體流速。界氣體流速。2910096.5pDTZQAQungg24DAg88wugKpdTZQDmn5 .06210408.15 .0)(DglgCK其中89若液體流量為若液體流量為Ql（m3/d），），分離器液柱高度分離器液柱高度為為h（m），），停留時間為停留時間為tr（min），），則有：則有：602442lrQthDlrQthD3601290原油比重指

45、數(shù)原油比重指數(shù)（API）停留時間停留時間（min）35130122024一般天然氣氣水分離時，一般天然氣氣水分離時，tr1min。91 立式分離器的實用長度必須氣液分離段度度、立式分離器的實用長度必須氣液分離段度度、絲網(wǎng)除霧長度、排液口下部的長度以及沉降絲網(wǎng)除霧長度、排液口下部的長度以及沉降的一定長度。的一定長度。立式分離器實用長度立式分離器實用長度Lss下式計算：下式計算：) 0 . 29 . 1 (hLss立式分離器的長徑比（立式分離器的長徑比（Lss/D）一般按一般按34考慮。考慮。92gDglCgdw3)(493流態(tài)流態(tài)ReCD層流層流Re2過渡流過渡流2Re500紊流紊流500 21

46、05 0.1124Re50518.Re.94根據(jù)根據(jù)Re的大小，劃分為層流、過渡流和的大小，劃分為層流、過渡流和紊紊 流流 。為方便計算和判定流態(tài)，引入阿基。為方便計算和判定流態(tài)，引入阿基米德準(zhǔn)數(shù)米德準(zhǔn)數(shù)Ar：23r)(Aggglgd95流態(tài)流態(tài)Ar Re層流層流Ar36過渡流過渡流3683103rA056. 00.5rA74.00.714rA153. 096gglgdw18)(297286. 0428. 0714. 0714. 0143. 1)(153. 0ggglgdw985 . 0)(74. 1ggldgw99 分離器主要原理是沉降分離原理，沉降分離器主要原理是沉降分離原理，沉降分離要滿

47、足一定的停留時間，應(yīng)選取適宜的分離要滿足一定的停留時間，應(yīng)選取適宜的氣流速度。分離器處理能力決定于它的外形氣流速度。分離器處理能力決定于它的外形尺寸。油氣分離器既要分出液滴，又要從液尺寸。油氣分離器既要分出液滴，又要從液體中分出氣泡，計算分離器處理能力時，應(yīng)體中分出氣泡，計算分離器處理能力時，應(yīng)對氣體處理和液體處理能力分別計算。對氣體處理和液體處理能力分別計算。 100立式分離器工作時，氣流和液滴沉降方向立式分離器工作時，氣流和液滴沉降方向相反，所以液滴能沉降的必要條件是液滴沉相反，所以液滴能沉降的必要條件是液滴沉降速度降速度w大于氣流速度大于氣流速度ug ，即即guw通常重力沉降段液滴沉降速

48、度通常重力沉降段液滴沉降速度w是指直是指直徑為徑為100m 液滴的沉降速度。液滴的沉降速度。 101 考慮到考慮到液液滴沉降速度計算的假設(shè)條件與實際滴沉降速度計算的假設(shè)條件與實際情況有出情況有出入入，以及氣流在分離器沉降部分的不均，以及氣流在分離器沉降部分的不均勻性，故在取允許氣流速度勻性，故在取允許氣流速度ugv時應(yīng)為時應(yīng)為: ugv=0.7 w gvuDQ248640000pTZTpQQn102在確定分離器直徑時，考慮進(jìn)入分離器在確定分離器直徑時，考慮進(jìn)入分離器的油氣兩相比例隨時間不斷變化這一實際的油氣兩相比例隨時間不斷變化這一實際情況，引入載荷波動系數(shù)情況，引入載荷波動系數(shù)，一般一般取取

49、 1.52。 gvuDQ24103油氣分離器液體處理能力，受液體性質(zhì)和油氣分離器液體處理能力，受液體性質(zhì)和操作條件影響較大，從理論上計算分離器處操作條件影響較大，從理論上計算分離器處理液體的能力比計算處理氣體的能力更困難。理液體的能力比計算處理氣體的能力更困難。因此在計算液體處理能力時，因此在計算液體處理能力時，要保證要保證液體在液體在分離器中有足夠的分離器中有足夠的滯留時間。滯留時間。一般原油一般原油l3min，起泡原油起泡原油520min，天然氣氣水分離天然氣氣水分離1min。104若液體流量為若液體流量為Ql（m3/d），），立式分離器液柱立式分離器液柱高度為高度為h（m），），則停留時

50、間則停留時間tr（min）為：為：602442lrQthD h是指出液管軸線以上液柱，是指出液管軸線以上液柱， h=D3D3602lrQthD105計算分離器計算分離器時，時，先按分離器先按分離器的主要物料的主要物料相計相計算分離器的直徑；算分離器的直徑；按按另一物相另一物相來校核來校核計算。計算。 上述已確上述已確定立式分離器的定立式分離器的主要結(jié)構(gòu)尺寸，主要結(jié)構(gòu)尺寸，分離器各部分其它尺寸，可參照下述方分離器各部分其它尺寸，可參照下述方法確定，見法確定，見下下圖圖所示所示。106立式分離器的結(jié)構(gòu)尺寸立式分離器的結(jié)構(gòu)尺寸l一天然氣出口；一天然氣出口；2油氣進(jìn)口油氣進(jìn)口 ；3一原油出口；一原油出

51、口；4排污口；排污口；5高液位；高液位；6一低液位一低液位107 除霧段除霧段 H1一般不小于一般不小于 400mm； 沉降段沉降段H2一般取一般取H2=D 但不小于但不小于lm； 入入口分離段口分離段 H3一般不小于一般不小于 600mm； 積液積液段段h由油由油液液在分離器內(nèi)需要停留的時在分離器內(nèi)需要停留的時間確定；間確定； 液封段液封段H4防止氣體竄入油管路，其高度防止氣體竄入油管路，其高度一般不小于一般不小于400mm； 泥砂儲存段泥砂儲存段H5視油視油中中含砂量和分離器中含砂量和分離器中是否需要設(shè)置加熱盤管而定；是否需要設(shè)置加熱盤管而定；分離器的總高分離器的總高度度H0 一般為一般為

52、(3.55)D。108液滴在臥式分離器中的沉降液滴在臥式分離器中的沉降109在臥式分離器中，液滴沉降至集液面所在臥式分離器中，液滴沉降至集液面所需的時間應(yīng)小于或等于液滴隨氣體流過重力需的時間應(yīng)小于或等于液滴隨氣體流過重力沉降部分所需的時間，即沉降部分所需的時間，即gefuLwhhwLuefg110在計算臥式分離器的氣體處理能力時，在計算臥式分離器的氣體處理能力時，取允許氣流速度取允許氣流速度u ughgh為為 DwLuefgh27 . 0氣體處理量氣體處理量ghuDQ4212111考慮分離器載荷波動系數(shù)考慮分離器載荷波動系數(shù)，分離器的分離器的直徑可按下式確定：直徑可按下式確定： ghuDQ4212112若液體流量為若液體流量為Ql（m3/d），），分離器液柱高度分離器液柱高度為為h（m），），停留時間為停留時