三相分离器及地面集输系统

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1、 三相分离器及地面集输系统油气分离设备v 从井中出来的碳氢化合物流体，常常带有一 部分液体和固体杂质，如凝析油、游离水或 地层水、岩屑粉尘等。这些机械杂质具有很 大的危害性，不仅腐蚀设备、仪表、管道， 而且还可以堵塞阀门、管线，影响正常生产 ；也可能造成油气处理厂的塔器化学溶液的 污染和液泛等麻烦。因此，从井场来的流体 ，首先在集气（油）站进行脱除机械杂质的 操作，然后再进入输气（油）干线；另外， 油、气产品输送到各类用户之前，还需要再 次脱除产品中的机械杂质。油气分离设备v从井口出来的流体是 不同的碳氢化合物的复 杂混合物。它们具有不同的密度、蒸气压以 及其他物理特征。从高温高压储油（气层）

2、 出来的 流体，压力和温度要逐渐减低，气体 从流体中逸放出来 ，流体的性质发生变化。 由于气体的速度，它将夹带液滴；同时液体 也将包含气泡。这些物相的物理分离，是油 、气生产、加工和处理的基本操作。油气分离设备油气分离设备v分离器可以这样来分类：如果是从整个液流中分离 出气体，则称为“两相”分离器；如果还要将液流分 离成原油部分（凝析油）和游离水（甘富醇液）， 则称为“三相分离器”。v根据液体流动的方向和安装形式，分离器又可分为 卧式的，立式的和球形的等几种。v所有分离设备，尽管它们的名称不同，形状也各异 ，但都是为了一个基本的目的：从气流中分离掉液 体和固体；从油流中分离掉气体和固体以及游离

3、水 ；利用相对密度的差异将混合的液体分离成两种或 三种流体等油气分离设备油气分离设备v为实现对油（液）气混合物分离的上述要求 ，在工程上常采用不同型式和各种设计的分 离装置，必须指出，合理的分离器设计是非 常重要的，因为在任一设施或生产过程中， 分离器通常是初始加工设备。这一过程设备 设计得不合理，将限制或减少整个设施的处 理能力，同时也达不到所期望的目的和要求 。油气分离设备油气分离设备油气混合物或气液混合物在分离设备中进行 分离时，应当完成四个操作要求（功能）：v1）油和气或气和液的基本“相”的分离；v2）脱除气相中所夹带的液沫（雾状）；v3）脱除液相中所包含的气泡；v4）从分离器内分别引

4、走已经分离出来的气相 和液相，不允许它们彼此有重新夹带渗混的 机会。油气分离设备油气分离设备为了实现上述的操作要求，所有类别的分离设备， 不管其整个外形或结构如何，都应当包括四个部分v1）基本相分离段-当流体从管线进入分离器时， 首先通过基本“相”分离段，使流体带有的能量得到 控制或消减；v2）重力沉降段-使气体和液体的流量能保证流体 在分离器内的速度经常在最大的允许线性速度以内 ，以便它们得到分离和沉降；v3）除雾段或聚集段-减少气体的紊流，使气体 中夹带的液沫聚集、分离出来；v4）液体收集和引出段-使已分离的液（固）和 气相不再彼此重新夹带、渗混，将它们分别引走。油气分离设备 油气分离设备

5、油气分离设备两相分离设备的工作过程 卧式分离器有些直径非常小的液滴，在重力沉降段不容易分离 出来。在气体离开分离器以前，它流经一个聚结板 或捕雾器。在这个段中，使用翼片、丝网或者薄板 等元件来聚结微小的液滴。在气体离开分离器以前 ，这些小液滴在这个最后的分离过程中被引走。v分离器中的压力用压力控制器来保持，压力控制器 在感受到分离器中的压力变化以后，就相应地发送 一个信号到常开式或常关式压力控制阀，在这里控 制流量的办法，使气体在离开分离器的气相空间时 ，分离器内的压力得以保持。通常，卧式卧式分离 器在气液界面最大面积时，液体半满的情况下进行 工作。油气分离设备卧式分离器两相分离设备的工作过程

6、立式分离器油气分离设备两相分离设备的工作过程v立式分离器液体是从侧面进入容器的。如同在卧式 分离器一样，在进口挡板处进行初始的预分离。液 体向下流到分离器的液体沉降段。液体继续向下流 ，经过这一段直到液体出口。当液体达到平衡时， 气体向着液体流动的反方向流动，最后聚集到气体 空间内。液位控制器和液体泄放阀的操作与卧式分 离器的操作完全一样。气体流过进口挡板，然后垂直向上直达气体出 口，在重力沉降段，液滴垂直向下降落，与气流方 向相反。在气体离开分离器以前，要流经捕雾器， 压力和液位的保持与卧式分离器的相同。立式分离器两相分离设备的工作过程球形分离器油气分离设备两相分离设备的工作过程v球形分离器

7、，同样有四个段。当立式分离器在两封 头之间没有圆筒部分的特殊情况时就成球形分离器 。v从承受压力的观点来看，球形分离器可能是非常有 效的。但是由于具有受限制的波动容量和展示出来 的制造困难性，它们在油气田设施上通常不被采用球形分离器油气分离设备两相分离设备的工作过程v在处理大产量的气体时，卧式分离器通常效果更大 些。在分离器的重力沉降段，液滴垂直于气流方向 向下沉降。这样，液滴就更容易从气体连续相中沉 降出来。还有在卧式分离器中，因为其气液界面比 立式分离器的气液界面要大些，所以，当液体趋于 平衡时，从溶液中出来的气泡就比较容易到达气体 空间。这样，从纯气体或液体的分离过程来看，卧 式分离器将

8、是优先选用的。卧式分离器与立式分离器的比较和选择油气分离设备在某些情况下就优先选用立式分离器。v1、在处理固体颗粒方面，卧式分离器就不如立式 分离器那样好。立式分离器的液体排放口可以布置 在底部的中心。这样，固体就不会在分离器内堆积 起来。但是在生产过程中，它可以继续流到下一个 容器内。此时，可以就在这个位置设置一个排污口 ，这样，当液体在离开具有某种高程的分离器时， 固体颗粒可以定期被排走。在卧式分离器上，有必要沿着分离器的长度设 置许多排污口，因为固体质点具有45到60的静止 角。排污口必须布置在非常紧靠的区段上，以便排 除分离器内的固体质点。油气分离设备 卧式分离器与立式分离器的比较和选

9、择v2、在实现相同的分离操作时，卧式分离器占地面 积要比立式分离器多些。v3、卧式分离器具有较小的液体波动容量。当给定 一个液面升高变化时，在卧式分离器内，液体的体 积增加量将明显地比处理相同流量的立式分离器更 大些。然而，由于卧式分离器的几何形状，将使任 何高液位的开关装置安装在紧靠正常工作液位的地 方（而在立式分离器上，开关装置可以安装在液位 控制器所允许的相当高的地方），排液阀就有较多 的时间对波动作作出反应。油气分离设备 卧式分离器与立式分离器的比较和选择立式分离器也有与生产过程无关的某些缺点v1）卸压阀和某些控制器在没有特别的扶梯和平台 时，可能是难以操作维修的；v2）由于高度的限制

10、，分离器在搬动时必须从滑撬 上拆卸下来。对于正常的油气分离，特别是出现乳化、泡沫或高 气油比的场合，卧式分离器可能是最经济的。在低 气油比的场合，立式分离器工作的最有效。卧式分离器与立式分离器的比较和选择油气分离设备特殊的分离器旋流分离器离心式分离器油气分离设备特殊的分离器油气分离设备卧式双筒分离器过滤式分离器两相分离的理论v1、颗粒沉降v 为创造有效的分离条件，必须知道颗粒在 介质中沉降的规律。v在一般情况下，作垂直运动的颗粒可能有下 面的三种情况：vA）当介质不流动时，推动颗粒运动的力仅仅 是重力，此时颗粒沉降的速度随颗粒尺寸D和 密度L的增大而增加，与随介质的密度、 粘度u的减小而增加。

11、实际上，介质粘度只对 微小颗粒的运动有影响。油气分离设备vB）当气流向上流动时，在介质与颗粒都运动的情 况下，如果我们考虑颗粒对介质作相对运动，那么 就可以不去注意气流的速度。当颗粒在分离器内沉 降时，知道颗粒相对于分离器壁的速度是很重要的 。因为它是分离效果的标志。如果w v（w-颗 粒相对于分离器壁的速度，v-气流速度），则 颗粒被气流带走；此时颗粒将以速度w=（w-v） 向上运动；当w=v，亦即w=0时，颗粒将成悬浮状 态处于气流中；而当wv时，则颗粒将以速度w=w -v向下沉降。两相分离的理论油气分离设备vC）当气体向下流动时，颗粒只向下 沉降，此时其沉降速度w=w+vv先假定在静止的

12、气流中有一球形颗粒 。它受三种力的作用： 1）颗粒（液滴）本身的重力G两相分离的理论油气分离设备v2）介质给与的阻力R3）浮力A两相分离的理论当颗粒在气流中平衡或作匀速运动时，应 有如下条件：G=A+R油气分离设备v2、颗粒的大小分离器的气体分离段的作用是用雾沫脱除器使气体 脱尽气体中的雾沫。根据实际的矿场经验，发现 100um的微粒可以在气体分离段被脱除，雾沫脱除 器不会被侵渍，能够完成脱除直径在10100um颗 粒的任务。在气体分离段，气体负荷设计方程是基于脱除 100um的颗粒。油气分离设备 两相分离的理论v3、停留时间保证液体和气体在分离器压力下能达到平衡， 某种型式的液体存储是必需的

13、。这个定义为“停留时 间”或者在假定停止流动的情况下，一个液体分子保 留在容器内的平均时间。这样，停留时间就等于容 器内存储的液体体积除以液体的流速v对于最常应用的情况，发现停留时间为30秒到3分 钟就足够了；在原油发泡的情况，停留时间可能需 要高达这个数字的四倍。油气分离设备油气水三相分离器v除了油和气之外，油气流中常含有大量的水。水 或者是单独存在，或者是与油形成乳状液。在进 行油气的集输时，就需将部分游离水脱出。通常 采用三相分离器，在脱除油的同时，分出游离水 。v当油和水以某种程度（强度）混合后，然后令其 静置下来，相当干净的一层游离水将出现在底层 。这个水层随着时间的增长，将遵循一条

14、曲线来 进行，如图，某一个时间以后，范围是从3分钟到 20分钟的某个地方，水的高度的变化就可以忽略 不计了由于重力沉降所得到的水称为游离水，在 处理留下的油和乳化液层之前，将游离水分离走 ，通常是很有好处的油气分离设备油气水三相分离器油气分离设备v流体进入分离器，并冲击到进口挡板上，由于液流 的动量突然发生变化，就产生液体和气体的初始预 分离，在最常用的设计中，进口挡板包括一个降液 器，将液流导向油气界面的下边，到达油水界面的 附近。分离器的液体收集段提供足够的时间，以便 油和乳化形成的液层或油垫层位于上面；游离水沉 降到底部。下图为一个典型的带有界面控制器和堰 板的卧式分离器。堰板保持油位，

15、液位控制器保持 水位。油则 掠过堰板。堰板下流的油位则由液位控 制器来控制。排油阀又由液位控制器来操纵。三相分离设备的工作过程油气分离设备三相分离设备的工作过程 卧式分离器油气分离设备v废水经过位于分离器油堰板上流的喷嘴而流出。界 面控制器接受油水界面高度的讯号，然后控制器就 将此讯号传送到排水阀，这样就使规定的水量从分 离器内流走以保持油水界面稳定在设计的高度。气体成水平方向流经除雾器而流出，通过压力 控制阀来保持分离器内的压力不变。油气界面则根 据气液分离的相对重要性可从直径的一半变到直径 的75%。最为常见的情况是半满状态。三相分离设备的工作过程卧式分离器油气分离设备三相分离设备的工作过

16、程卧式分离器油气分离设备v上图为“槽和堰”设计的代替结构，这种结构就不需 要液体界面控制器，油和水二者流经堰板；在堰板 处液位的控制，是用简单的变位浮子来实现的。油 溢过堰板，进到油槽内。而油槽内的液位是由一个 能操纵放油阀的液位控制器来控制的。水从油槽下 面流过，然后再流过水堰板，这个堰板下流的液位 是由一个能操纵放水阀的液位控制器来操纵的。三相分离设备的工作过程 卧式分离器油气分离设备v 油堰板的高度控制着分离器内的液位。油堰板和水 堰板的高度差控制着由于油、水的相对密度差而形 成的油垫层之厚度，这是对分离器操作的关键所作 ；分离器内的水堰板高度要比油堰板高度足够低， 这样就给油垫层厚度提供了充分的油停留时间。如 果水堰板过于低，而相对密度之差又不是如预期的 那样大，则油垫层厚度的增长可能达到某一位置， 使油在油箱下面掠过而从水的出口处流走。通常， 油堰板或者水堰板做成可调节的，这样就可以适应 油、水相对密度的变化或者流量的变化。三相分离设备的工作过程 卧式分离器油气分离设备v为了得到所期