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1、目录一 概 述 31.1油气中杂质的危害 31.2产出流体的分离要求 31.3 原油处理的最终目的 3二 三相分离器结构及原理 3三 三相分离器工艺流程 43.1 流程 53.2主要设备如下： 5四 内构件和填料的优化 54.1进出口布置及问题分析 54.2 整流填料 74.3 聚结填料 84.4 聚结分离填料 84.5捕雾器 94.6降液管 10五 影响分离器效率的因素 105.1 粒径分布115.2 入口脱气115.3 合理使用破乳剂 115.4 填料聚结 125.5 停留时间 125.6 液滴碰撞及粗粒化过程 125.7 良好的外部环境 12六 分离器常见故障处理 13七 结束语 14参
2、考文献 15摘要分离器是油气生产中主要用来除去油气中悬浮的固、液相杂质。脱除固、液相杂质的目的是降低管道及设备的输送负荷、防止或降低腐蚀或堵塞的发生、保证管道与设备安全可靠运行。关键词：分离器 立式 三相概述1.1 油气中杂质的危害在油气生产中的杂质，由于液态水的存在将加速管道和设备的腐蚀。随着积砂的增加 将堵塞管道和设备。1.2 产出流体的分离要求对于天然气处理而言：从气流中分离液体、固体及机械杂质； 对于原油处理而言：从油流中分离气体、固体和及游离水。1.3 原油处理的最终目的(1) 分离器出油水混合液中的污水，污水进污水处理系统。经处理后，油中含水可降至 0.5%-15%，以利于原油进一
3、步优化。(2) 分离器出油水混合液中的伴生气，伴生气进伴生气处理系统。(3) 除去油水混合液中的砂等杂质。二 三相分离器结构及原理三相分离器的结构分为分离沉降室和油室。油、气、水混合物来液进入三相分离器，经 整流器、波纹板组、斜板组等后大部分液体沉降到分离沉降室的液相区，极少部分液体靠液 体重力继续沉降，剩余的液体经除雾器进一步分离后，气体通过压力调节阀进入天然器系统。 沉降下来的油、水混合液停留一段时间后因密度的差别逐渐进行分层，水沉积在集水包和液 相区的底部，液相区的上部为油层。当油层的液位高出隔油板顶部时则慢慢流入油室内，然 后由油室下部的出油口排出。液相区的水沉降分离到沉降室的底层，并
4、且经过出水阀排出。图表示一个典型的立式三相分离器结构。流体经过侧面的入口进入分离器，在进口檔板 处，流体分离出大量气体。分离出的液体经降液管输送到油气接口处而不影响撇沫。连通管 上下的压力通过连通管平衡。油气水混合物经降液管出口处的分配器进入油水接口，气体从 此处上升，油水也由于重力的原因分别向上向下运动从而最终达到分离油气水的目的。有时三相分离器的底部也有采用锥形底。如果在生产中有较多量的砂粒时就可以使用这 种结构。锥体通常具有一个与水平线成 45和 60以有助于产出的砂子抵抗静止角达到排污 的目的。总之，选择分离器的类型应充分考虑生产物的特点。例如，对于气水井和泥砂井，适宜 选用立式油气分
5、离器；对于泡沫排水井和起泡性原油井，适宜选用卧式分离器；对于凝析气 井，则使用三相分离器较为理想。三 三相分离器工艺流程3.1 流程三相分离器及计量部分的工艺流程示意如图 2所示。装置包括油气水三相分离器容器、 油气水流量计、油水界面检测仪、油气水控制调节阀等。油气水在分离器内分离，天然气经 气出口流量计计量流量和控制压力后，进入天然气处理系统；低含水原油经溢油堰板进入油 腔，油腔内的液面由液面调节器控制；低含油污水经射频导纳油水界面仪控制的调节阀排出 速度，从而控制油水界面。另外一种控制方案如图 3 所示。低含水原油经溢油堰板进入油腔，油腔内的液面由液面 计检测，并且控制调节阀，调节排油速度
6、。3.2 主要设备如下：1）油水界面检测仪：采用美国进口 DE509-15-90N 射频导纳油水界面检测仪测试分离 器内沉降段的油水界面高度，并且输出4-20mA电流信号。油水界面检测仪由一个射频导纳 界面变送器和刚性传感器组成，解决了由于分离器内油水界面不清晰，存在乳化层，乳化层 上下部密度相差无几，传统差压式和浮子式界面检测装置不能长期可靠运行的难题。2）智能控制调节器：可以设定油水界面的要求高度，并且接收来自射频导纳油水界面 检测仪的4-20mA油水界面高度电流信号，经过计算比较输出4-20mA电流信号控制电子式 电动调节阀的开度。3）电动调节阀：接收来自液面控制器的4-20mA电流信号
7、，控制污水的排放量，从而 控制分离器内沉降段的油水界面高度到达设定值。4）浮子液面调节器：控制油腔液位的高度。5）自力式压力调节阀：控制气路的压力到设定的数值。6）气体流量计：采用智能旋进旋涡气体流量计，测量三相分离器的分出的工况下气量， 而且可以测量工作压力，换算出标况下的气量，并且可以累计出气体产量。7）原油流量计：采用质量流量计检测分离器分出油量，不但能够直接检测出油口质量 流量，而且能够检测流体密度，换算出含水量和原油产量，精度高、工作可靠。8）污水流量计：采用质量流量计或者电磁流量计检测分离器分出水量。四 内构件和填料的优化4.1进出口布置及问题分析油滴直径为d、密度为p，在密度为p
8、的气相中所受的重力为lgnd3F 二 （P P ）g6lg式中P、P 分离条件下油滴和气体的密度，公斤/米3；lg g重力加速度，米/秒2。气体对油滴的阻力 R 与油滴运动的速度、油滴在沉降方向上的投影面积、气体密度成 正比，可用下式表示兀d 224-2)R = p42g式中o 油滴的沉降速度，米/秒; E阻力系数。气体对油滴的阻力与油滴在气体中受的重力相等时，油滴作匀速运动，联立重力、阻力 方程，有：4gd (p - p )4-3)1 g -3g由于气体的流向与油滴的沉降方向相互垂直，油滴能够沉降至集液部分的必要条件为油lewg滴沉降至集液部分液面所需的时间应小于油滴随气体流过重力沉降部分所
9、需的时间，即lo h式中 le 重力沉降部分的有效沉降长度 o g 气体流速，米/秒；h 油滴沉降高度，米。原油脱水原理也是基于司托克斯公式，表述为：g (p - p ) _u = w o d2w 18 卩o(4-4)式中：Vw液滴下沉的速度，ms-2 ；g重力加速度，ms-2；po连续相密度，kg.m-3 ；pw分散相密度，kgm-3；卩o连续相粘度，Pas ；d液滴直径，m。该式表明，原油中水滴的下沉速度，与油水的密度差、水滴的直径的平方成正比，与油 相的粘度成反比。通常提高脱水效率采用：提高加热温度，以降低油相的粘度和增大油水 的密度差；选择合适的存乳剂；利用电场强化破乳，加速水滴聚结，
10、增大水滴的粘径， 使沉降速度增大；改进设备内部构件，以利于破乳。对于稠油而言，其油水密度很接近， 常规的方法对于提高稠油的分离效果作用不明显。观察司托克斯定律可知，如果将连续相由通常的油相变为水相时，即油滴从水相中上浮 时，粘度的变化引起的速度的增加非常大。油滴上浮的速度与直径水滴从油相中下沉的速度 之间的关系为：4-5)某原油脱水温度为 50C，原油粘度 卩o = 58mPas，水的粘度gw = 0.556mPas，则 uo=104uw。由此说明，如果液滴的直径相同，贝I油滴在水中上浮的速度比水滴从油中下沉 的速度大得多。同时，由于原油中伴生气在油中的溶解系数大于其在水中的溶解系数，当油 滴
11、上浮时，油滴中的溶解气体将随着压力的降低而逐渐膨胀，使油滴变大，加速其上浮，游 离的气体也将因油滴的上浮携带而加速上升。水滴从原油中分离出来的条件为水滴沉降至水层部分液面所需的时间应小于水滴随原 油流过重力沉降部分所需的时间，即le4-6)ww油滴从污水中分离出来的条件为油滴上升至油层部分液面所需的时间应小于油滴随采 出水流过重力沉降部分所需的时间，即le4-7)wo通过上述分析可知，要提高分离器的分离效率，保证气中含油量、油中含水量、水中含 油量指标达到要求。一方面应该改善油品性质，降低原油、污水的粘度，提高油水密度差， 加快油水的分离，但是这将造成药剂或者加热成本的增加，存在经济上的问题；
12、另一方面， 应该降低油水在分离器内的轴向流动速度，增加有效分离长度，但是这样将增加分离器的容 积，增加装置的造价。最为有效的方法是在保证一定的停留时间、油品性质的条件下改进分离器的进出口形 式：分离器油水进口采用分布管形式，并且延伸至分离器的前部；分离器出水口尽量靠近溢 油挡板，并且采用分布管形式，扩大了分离器的有效分离长度。4.2 整流填料首次采用迷宫整流板结构在三相分离器内进行整流，使油气流动平稳，消除紊流，并且 利用微涡流的原理，加速油气、油水、油砂的分离，同时起到除砂的双重效果，保证后面的 波纹板、斜板填料能够正常工作。流体在迷宫整流板处，由于流道变窄，产生加速，进入迷宫整流板后，由于
13、流道变得开 阔，在隔栅中产生涡流运动，涡流的产生，加速油气、油水、油砂的分离，采出液中的含砂 由于离心力的作用，向隔栅边缘移动，并且沿隔栅下降到分离器底部，将砂子从采出液中分离出来。4.3 聚结填料目前，聚结填料多为波纹板填料，该技术起源于美国 CE-NATCO 公司的波纹板聚结器 技术，我国在该技术的基础上，开发出单波、双波波纹板填料，材质上采用了不锈钢、聚丙 烯、玻璃钢等不同材质。聚丙烯、玻璃钢等非金属填料用于油田采出液处理时，由于被处理液温度高、矿化度高、 物性复杂，使填料发生老化问题，造成填料剥落、破损，阻塞下游阀门，更使分离器处理效 nrt 、r.果变差。 不锈钢波纹板填料性能稳定，
14、易于清洗维护，不易损坏，所以得到了广泛地应用。综上所述，选用聚结填料如下：材质采用0Crl8Ni9Ti,板厚为0.2mm，单片波纹板的 几何尺寸：大波纹波高12.5毫米，节距30毫米，小波纹波高为2毫米，节距7.5毫米。单 片波纹板应采用模压或其他合适的工艺方法成形，其波纹必须完整，不得有断裂、破损等缺 陷，整体板面应平整、规矩。单片波纹板用亚弧焊组焊成块。每片波纹板的大波纹对水平面 的倾斜角为 60，每组按相反方向组装。4.4 聚结分离填料首次在三相分离器中，采用斜板结构进行原油脱水和污水除油，利用浅池原理，缩短油 水的迁移路程，提高了分离效率。斜板已经成功地应用于污水处理设备，如斜板(斜管
15、)除 油罐等，其采用下部进水，上部出水结构。我们在三相分离器中，采用了水平进水，实现油 水的快速分离。油滴的上升速度为：-(P P )gd 2V = wog18 卩w(4-8)取决于油滴的粒径、油水密度差和水的粘度，由于采用了斜板技术，缩短了油滴上升所 需的距离，所以效率成倍提高。以斜板间距 50mm 为例， 4000mm 直径的罐油水界面 2000mm 计算，油滴实现完全分离需要 2000mm 的距离，利用浅池原理只需位移 50mm 就可实现分 离，分离效率提高 50 倍。4.5捕雾器图4-1升气管图捕雾气设在分离器后端、气相出口处，以保证液滴在到达捕雾器除雾器之前就能分离沉降下来。捕雾器除雾器主要利用碰撞、聚结的分离方法，把沉降分离中未能除去的气中所含的较 小油滴除去。该除雾器主要由金属丝网组成。带液气体与金属丝网相撞时，气体穿网而过， 气中所含液滴与金属丝相撞，下流并聚集，形成较大液滴，克服液滴表面张力和上升气体速 度的限制
