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1、1作业作业（1）原始参数：）原始参数：井号井号产量（产量（104Nm3/d）进站压力（进站压力（MPa）进站温度（进站温度（0C）12515.53123015.02932014.52741714.93051110.525出站压力：出站压力：6MPa气体组成气体组成（%V）：C190.30C28.02C30.88C40.43C50.3CO20.02H2O0.05凝析油含量：凝析油含量：20g/Nm3（2）设计内容：设计内容：a.确定集气站工艺流程；确定集气站工艺流程；2第四章第四章油（液）气分离设备油（液）气分离设备概述概述两相分离器两相分离器三相分离器三相分离器典型分离器的结构典型分离器的结构
2、3基本要求基本要求了解分离器的类型、特点和适用场所；了解分离器的类型、特点和适用场所；掌握分离器的结构和内部构件的作用；掌握分离器的结构和内部构件的作用；掌握分离器的组成和分离原理；掌握分离器的组成和分离原理；掌握分离器主要尺寸确定方法和校核计掌握分离器主要尺寸确定方法和校核计算。算。44.1概述概述一、油气分离器的类型一、油气分离器的类型按其外形可分为：按其外形可分为：卧式分离器卧式分离器、立式分立式分离器离器、球形分离器球形分离器；按分离器的功能分为：按分离器的功能分为：两相分离器、三两相分离器、三相分离器相分离器；按实现分离利用的能量可分为：按实现分离利用的能量可分为：重力式、重力式、离
3、心式和混合式等离心式和混合式等。5二、分离器的基本功能二、分离器的基本功能实现液相和气相基本分离；实现液相和气相基本分离；脱除气相中所夹带的液沫；脱除气相中所夹带的液沫；脱除液相中所包含的气泡；脱除液相中所包含的气泡；引引出出分分离离的的气气相相和和液液相相，不不允允许许有有重重新新夹带掺混的机会。夹带掺混的机会。6三、油气分离器的工作原理和特点三、油气分离器的工作原理和特点立式分离器立式分离器卧式分离器卧式分离器其它分离器其它分离器71、立式分离器、立式分离器图图42立式分离器原理图立式分离器原理图8初初级级分分离离段段（基基本本相相分分离离段段）气气液液入入口口处处，由由于于物物流流速速度
4、度突突然然降降低低，成成股股状状的的液液体体或或大大的的液液滴滴被被分分离离出出来来直直接接沉沉降降到到积积液液段段。为为了了提提高高初初级级分分离离的的效效果果，常常增增设设入入口口挡挡板板或或采采用用切切线线入入口口方方式。式。沉沉降降段段经经初初级级分分离离后后的的气气流流以以较较低低的的流流速速向向上上流流动动，携携带带着着较较小小液液滴滴则则向向下下沉沉降降。分分离离效效果果取取决决于于气气体体和和液液体体的的特特性性、液液滴滴尺尺寸寸及及气气流流的的平均流速与扰动程度。平均流速与扰动程度。1.立式重力分离器分离原理立式重力分离器分离原理9积积液液段段主主要要收收集集液液体体。为为减
5、减少少流流动动气气流流对对已已沉沉降降液液体体扰扰动动，一一般般积积液液段段应应有有足足够够的的容容积积，以以保保证证液液体体中中的的气气体体能能脱脱离离液液体体。为防止气体旋涡，应保留一段液封。为防止气体旋涡，应保留一段液封。除除雾雾段段主主要要设设置置在在紧紧靠靠气气体体出出口口前前，用用于于捕捕集集沉沉降降段段未未能能分分离离出出来来的的较较小小液液滴滴（10100m）。微微小小液液滴滴在在此此发发生生碰碰撞撞、凝聚凝聚，最后结合成较大液滴下降沉至积液段，最后结合成较大液滴下降沉至积液段。1.立式重力分离器立式重力分离器10占地面积小，容易清除筒体内污物；占地面积小，容易清除筒体内污物；
6、便于实现液位自动控制；便于实现液位自动控制；适合于含固体杂质较多的混合物和处理适合于含固体杂质较多的混合物和处理含液量较大的气体；含液量较大的气体；单位处理量成本高于卧式。单位处理量成本高于卧式。立式重力分离器的特点立式重力分离器的特点112、卧式分离器、卧式分离器图图41卧式分离器原理图卧式分离器原理图12初初级级分分离离段段（基基本本相相分分离离段段）可可具具有有不不同同的的入入口口形形式式，其其目目的的也也在在于于对对气气液液进进行行初初级级分分离离，除除了了入入口口挡挡板板外外，有有的的在在入入口口内内增增设设一一个个小小内内旋旋器器，在在入入口口对对气气液液进行旋风分离。进行旋风分离
7、。沉沉降降段段是是气气体体与与液液滴滴实实现现重重力力分分离离的的主主体体，气气流流水水平平流流动动与与液液滴滴下下沉沉成成90夹夹角，对液滴下降阻力小于立式分离器。角，对液滴下降阻力小于立式分离器。2.卧式分离器卧式分离器13积积液液段段设设计计常常需需考考虑虑液液体体在在分分离离器器的的停停留留时时间间，一一般般储储存存高高度度按按分分离离器器直直径径的的一一半半考考虑虑。在在水水平平筒筒体体的的底底部部有有泥泥沙沙等等污物，排污比立式分离器困难。污物，排污比立式分离器困难。除除雾雾段段可可设设置置在在筒筒体体内内，也也可可设设置置在筒体上部紧接气体出口处。在筒体上部紧接气体出口处。2.卧
8、式分离器卧式分离器14以重力沉降分离为主，辅以碰撞、离心以重力沉降分离为主，辅以碰撞、离心分离；分离；重力沉降部分中液滴下降方向与气流运重力沉降部分中液滴下降方向与气流运方向垂直；方向垂直；液滴沉降面积比同直径立式分离器大液滴沉降面积比同直径立式分离器大。2.卧式分离器卧式分离器15卧式分离器的特点卧式分离器的特点卧式分离器和立式分离器相比较：卧式分离器和立式分离器相比较：具具有有处处理理能能力力较较大大、安安装装方方便便和和单单位位处处理成本低；理成本低；特特别别是是存存在在乳乳状状液液或或高高气气油油比比时时，卧卧式式分离器较为经济；分离器较为经济；但但占占地地面面积积大大、液液体体控控制
9、制比比较较困困难难和和不不易排污。易排污。163、其它分离器、其它分离器球形分离器；球形分离器；卧式双筒分离器；卧式双筒分离器；旋风分离器；旋风分离器；过滤分离器。过滤分离器。17（1）球形分离器）球形分离器典典型型的的球球形形分分离离器器如如图图43所所示示。从从承承受受压压力力的的观观点点来来看看，球球形形分分离离器器可可能能是是非非常常有有效效的的。但但是是由由于于具具有有受受限限制制的的波波动动容容量量和和制制造造难难度度大大，它它在在油油气气田田设设施施上上通通常常不被采用不被采用。18图图43球形分离器原理图球形分离器原理图19（2）卧式双筒分离器）卧式双筒分离器卧式双筒分离器的原
10、理图如图卧式双筒分离器的原理图如图44所所示。示。n适用液体流量小的工况；适用液体流量小的工况；n有利于排污；有利于排污；n制造难度增大，建设费用较高；制造难度增大，建设费用较高；20图图44卧式双筒分离器原理图卧式双筒分离器原理图21（3）旋风分离器）旋风分离器旋风分离器的原理图如图，主要依靠油旋风分离器的原理图如图，主要依靠油气混合物作回转运动时产生的离心力使油气混合物作回转运动时产生的离心力使油气分离。气分离。n处理量大、结构简单，可除去处理量大、结构简单，可除去5m以以上的液滴；上的液滴；n但它对流速很敏感，要求处理负荷相但它对流速很敏感，要求处理负荷相对稳定，常作为重力式分离器的入口
11、对稳定，常作为重力式分离器的入口分流器。分流器。22旋风分离器原理图旋风分离器原理图1入入口口短短管管；2分分离离器器圆圆筒筒部部分分；3气气体体出出口；口；4分离器的锥筒部分；分离器的锥筒部分；5集液部分集液部分23（4）过滤分离器）过滤分离器过滤分离器原理图如图过滤分离器原理图如图45，主要用于，主要用于从气体中除油。常用的过滤元件有纤维制从气体中除油。常用的过滤元件有纤维制品、金属丝网、陶瓷和泡沫塑料等。一般品、金属丝网、陶瓷和泡沫塑料等。一般在过滤分离器前均应有一级分离器作初步在过滤分离器前均应有一级分离器作初步分离。分离。24图图45过滤分离器原理图过滤分离器原理图25过滤分离器可以
12、过滤分离器可以100%地脱除大于地脱除大于2m的微粒，的微粒，99%地脱除小到地脱除小到0.5m的微粒；的微粒；可用于高气量低液量、气体净化要求高可用于高气量低液量、气体净化要求高的场合，如矿场压气站的压缩机入口处、的场合，如矿场压气站的压缩机入口处、仪表气净化或燃料气上游的洗涤器。仪表气净化或燃料气上游的洗涤器。过滤分离器的特点过滤分离器的特点264.2两相分离器两相分离器两相分离器的内部构件两相分离器的内部构件两相分离器的工艺计算两相分离器的工艺计算27一、两相分离器的内部构件一、两相分离器的内部构件进口转向器；进口转向器；除沫板；除沫板；旋流破碎器；旋流破碎器；除雾器；除雾器；气相整流件
13、；气相整流件；气液挡板。气液挡板。281.进口转向器进口转向器图图46进口转器进口转器29导导流流档档板板，它它可可能能是是球球形形盘盘，平平板板，角角铁铁，锥锥形形物物等等构构件件，使使液液流流方方向向和和速速度度发发生生快快速速变变化化。这这种种档档板板主主要要是是用用结结构构支支撑撑加加以以固固定定，以以承承受受冲冲击击动动量量载载荷荷。使使用用半半球球形形或或锥锥形形的的装装置置，其其优优点点是是它它比比平平板板或或角角铁铁所所产产生生的的扰扰动动要要小小些些，从从而而减减少少再再夹夹带带或或乳乳化化的的问题。问题。1.进口转向器进口转向器30旋旋风风式式进进口口，它它应应用用离离心心
14、力力来来分分离离流流体体。可可以以是是旋旋风风式式通通道道或或者者是是环环绕绕筒筒壁壁的的切切线线流流道道。使使用用一一个个进进口口喷喷嘴嘴就就足足以以产产生生一一个个围围绕绕着着内内筒筒回回转转大大约约6m/s的的液液流流速速度度，内内筒的直径不大于分离器直径的筒的直径不大于分离器直径的2/3。1.进口转向器进口转向器312.除沫板除沫板当当气气泡泡从从液液体体中中逸逸放放出出来来时时，在在气气液液界界面面可可能能形形成成泡泡沫沫，使使泡泡沫沫流流经经一一系系列列倾倾斜斜的的平平行行板板片片或或管管束束（如如图图47所所示示），由由于于润润湿湿表表面面的的吸吸附附作作用用和和狭狭缝缝的的整整
15、流流作作用用促使雾沫分离。促使雾沫分离。32图图47除沫板结构示意图除沫板结构示意图333.旋流破碎器旋流破碎器在在当当液液流流控控制制阀阀打打开开时时，为为防防止止在在该该处处产产生生涡涡流流，通通常常的的对对策策是是设设置置一一个个简简单单的的旋旋流流破破碎碎器器，见见图图48所所示示。产产生生的的旋旋涡涡将将天天然然气气从从气气体体空空间间内内吸吸出出，然然后后重重新新掺掺混混到液体中流出。到液体中流出。34图图48旋流破碎器旋流破碎器354.除雾器除雾器为为了了除除去去100m以以下下的的液液滴滴，在在分分离离器器的的出出口口普普遍遍都都增增设设了了除除雾雾器器。除除雾雾器器能能除除去
16、去10010m直直径径的的液液滴滴，其其效效率率可可达达99。除雾器主要有三种类型，如图。除雾器主要有三种类型，如图49所示。所示。36图图49三种常用的除雾器结构三种常用的除雾器结构(a)网垫；网垫；(b)拱板；拱板；(c)波纹板波纹板37网网垫垫除除雾雾器器由由直直径径0.120.25mm的的不不锈锈钢钢丝丝网组成，一般厚度在网组成，一般厚度在75180mm左右；左右；拱拱板板除除雾雾器器由由一一系系列列同同心心波波纹纹圆圆筒筒组组成成，其其作用在于增大液滴在圆筒表面的聚结面积；作用在于增大液滴在圆筒表面的聚结面积；波波纹纹板板除除雾雾器器由由一一系系列列固固定定的的波波纹纹板板重重叠叠构
17、构成成。由由于于气气流流方方向向在在波波纹纹板板上上的的不不断断变变化化，最最终终液滴与波纹板碰撞而聚结在波纹板上被分离出来。液滴与波纹板碰撞而聚结在波纹板上被分离出来。4.除雾器除雾器38二、两相分离器的工艺计算二、两相分离器的工艺计算对分离器的基本要求对分离器的基本要求液滴的沉降速度液滴的沉降速度两相分离器尺寸设计（两相分离器尺寸设计（）两相分离器尺寸设计（两相分离器尺寸设计（）气体处理能力的比较气体处理能力的比较除雾器的工艺计算除雾器的工艺计算两相分离器的工艺计算步骤两相分离器的工艺计算步骤391.对分离器的基本要求对分离器的基本要求初初级级分分离离段段应应能能将将气气液液混混合合物物中
18、中的的液液体体大部分分离出来；大部分分离出来；积积液液段段要要有有足足够够的的容容积积，以以缓缓冲冲来来油油管管线线的液量波的液量波动动和油气自然分离；和油气自然分离；有有足足够够的的长长度度或或高高度度，使使直直径径100m以以上上的的液液滴滴靠靠重重力力沉沉降降，以以防防止止气气体体过过多多地地带带走液滴；走液滴；40在在分分离离器器的的主主体体部部分分应应有有减减少少紊紊流流的的措措施，保施，保证证液滴的沉降；液滴的沉降；要要有有捕捕集集油油雾雾的的除除雾雾器器，以以捕捕捉捉二二次次分分离后气体中更小的液滴；离后气体中更小的液滴；要有要有压压力和液面控制。力和液面控制。1.对分离器的基本
19、要求对分离器的基本要求412.液滴的沉降速度液滴的沉降速度假假设设：（1）液液滴滴为为球形；球形；（2）液液滴滴与与液液滴滴、液液滴滴与与分分离离器器壁壁等等构件构件间间没有作用力；没有作用力；（3）气气体体在在沉沉降降部部分分内内的的流流动动是是稳稳定定的，任一点的流速不随的，任一点的流速不随时间时间而而变变化。化。42 d液滴直径，液滴直径，m；l液滴的密度，液滴的密度，kg/m3；g气体的密度，气体的密度，kg/m3；液滴所受的重力液滴所受的重力、浮力浮力43CD水力阻力系数；水力阻力系数；w 液滴的沉降速度，液滴的沉降速度，m/s；d液滴的直径，液滴的直径，m。气体对液滴的阻力气体对液
20、滴的阻力R44当液滴作匀速运动时，应满足下列条件当液滴作匀速运动时，应满足下列条件45液滴的沉降速度液滴的沉降速度（4-1）46阻力系数与雷诺数的关系式阻力系数与雷诺数的关系式（4-6）47（1）斯托克斯（）斯托克斯（Stokes）公式公式如如果果围围绕绕颗颗粒粒（液液滴滴）的的流流动动是是层层流流，也也就就是是在在低低雷雷诺诺数数（Re2）情情况况下下的的流流动动，阻阻力力系系数数CD=24/Re；将将其其代代入入到到颗颗粒粒沉沉降降的一般表达式中，最后可得到：的一般表达式中，最后可得到：48（2）求解）求解W的步骤的步骤（4-6）（4-1）49（2）求解）求解W的步骤（续）的步骤（续）1.
21、取取CD=0.342.计算计算W3计算计算Re4.计算计算CD50（2）求解）求解W的步骤（续）的步骤（续）5.返至第返至第2步，并迭代计算，直到计算出步，并迭代计算，直到计算出来的来的W满足要求时为止。即：满足要求时为止。即：51颗粒的大小颗粒的大小可取可取100m300m的颗粒为计算依据。的颗粒为计算依据。52液体停留时间液体停留时间停留时间取停留时间取30秒到秒到3分钟；分钟；在原油发泡的情况，停留时间可能需要在原油发泡的情况，停留时间可能需要高达这个数字的四倍。高达这个数字的四倍。534.5两相分离器尺寸设计两相分离器尺寸设计两相分离器尺寸设计的主要任务是确两相分离器尺寸设计的主要任务
22、是确定卧式重力分离器、立式重力分离器的定卧式重力分离器、立式重力分离器的直径和筒体直径和筒体的长度。的长度。54（1）卧式重力分离器计算）卧式重力分离器计算气体负荷约束气体负荷约束液体负荷约束液体负荷约束为了便于分离器的液位控制及其它内部为了便于分离器的液位控制及其它内部结构设计，一般假设卧式分离器的内容结构设计，一般假设卧式分离器的内容一一半为液体充满半为液体充满。100m的颗粒的颗粒。55气体负荷约束气体负荷约束 d分离器的内径，分离器的内径，mm ； Leff分离器内产生分离作用的有效长度，分离器内产生分离作用的有效长度，m ； T分离器的操作温度，分离器的操作温度，K ； P分离器的操
23、作压力，分离器的操作压力，MPa（绝）；绝）； Q Qg g气体流量，气体流量，NmNm3 3/d/d； Z Z气体压缩系数；气体压缩系数； K K常数常数 56气体负荷约束（续）气体负荷约束（续）57液体负荷约束液体负荷约束式中式中tr期望的液体停留时间，期望的液体停留时间，minQL液体流量，液体流量，m3/d；58筒体长度和长径比筒体长度和长径比Lss分离器筒体长度，分离器筒体长度，m长径比：长径比： 10 103 3LssLss/d=3/d=34 4对气体负荷：对气体负荷： 对液体负荷：对液体负荷： 59气体负荷约束计算公式的推导气体负荷约束计算公式的推导工作流量工作流量（m3/s）气
24、体流速气体流速（m/s）流通面积（流通面积（m）推导公式时注意推导公式时注意单位统一单位统一60颗粒沉降必要条件颗粒沉降必要条件：气体在卧式分离器的滞留：气体在卧式分离器的滞留时间时间tg必须大于或等于液滴从气体中沉降分离所需必须大于或等于液滴从气体中沉降分离所需的时间的时间td。气体负荷约束计算公式的推导气体负荷约束计算公式的推导（续）（续）61气体负荷约束计算公式的推导气体负荷约束计算公式的推导（续）（续）其中62液体负荷约束计算公式推导液体负荷约束计算公式推导若液体流量为若液体流量为Ql（m3/d），），分离器的有效长度分离器的有效长度为为Leff（m），），停留时间为停留时间为tr（m
25、in），），一般卧式一般卧式分离器的液面控制在分离器的液面控制在d/2处，则有处，则有：推导公式时注意推导公式时注意单位统一单位统一63（2）立式重力分离器计算）立式重力分离器计算气体处理能力计算气体处理能力计算液体处理能力计算液体处理能力计算64气体负荷约束计算气体负荷约束计算图图412立式分离器示意图立式分离器示意图65气体负荷约束计算公式气体负荷约束计算公式dm=100m66立式分离器的气体处理能力计算，主要基于气立式分离器的气体处理能力计算，主要基于气体在分离器中的流速必须小于或等于液滴沉降速体在分离器中的流速必须小于或等于液滴沉降速度。度。气体负荷约束计算公式推导气体负荷约束计算公式
26、推导67气体负荷约束计算公式推导气体负荷约束计算公式推导（续）（续）其中dm=100m68液体负荷约束计算公式液体负荷约束计算公式69液体负荷约束计算公式推导液体负荷约束计算公式推导若液体流量为若液体流量为Ql（m3/d），），分离器液柱高度为分离器液柱高度为h（m），），停留时间为停留时间为tr（min），），则有：则有：推导公式时注意推导公式时注意单位统一单位统一70立式分离器的实用长度必须气液分离段长立式分离器的实用长度必须气液分离段长度、丝网除雾长度、排液口下部的长度以度、丝网除雾长度、排液口下部的长度以及沉降的一定长度。立式分离器实用长度及沉降的一定长度。立式分离器实用长度Lss下式
27、计算：下式计算：立式分离器实用长度立式分离器实用长度Lss和长径比和长径比立式分离器的长径比（立式分离器的长径比（Lss/D）一般按一般按34考虑。考虑。71例题例题例例41讲解讲解例例42讲解讲解72作作业业1、推导公式（、推导公式（41）、）、（49）、）、（411）、）、（413）、）、（414）2、已知：某气井气体流量、已知：某气井气体流量Qg=3.0104Nm3/d；气体相对密度气体相对密度S=0.6；油的流量油的流量QL=300m3/d；油的相对密度油的相对密度S.G.=0.825；操作压力操作压力P=5.0MPa(绝绝)；操作温度；操作温度T=27，压缩系数为压缩系数为Z=0.8
28、。试求卧式和立式分离器工艺尺寸。试求卧式和立式分离器工艺尺寸。73两相分离器尺寸设计（两相分离器尺寸设计（）（1）油滴的沉降速度）油滴的沉降速度74表表41流态的划分流态的划分流态流态ReCD层流层流Re2过渡流过渡流2Re500紊流紊流500Re21050.4475层流区，斯托克斯（层流区，斯托克斯（Stokes)公式公式76过渡区，阿伦（过渡区，阿伦（Allen）公式公式77紊流区，紊流区，CD=0.44，牛顿公式牛顿公式78沉降速度的计算沉降速度的计算假设假设流态流态计算计算W校核流态校核流态结结束束调整调整流态流态否是79（2）立式分离器尺寸设计）立式分离器尺寸设计分离器主要原理是沉降
29、分离原理，沉分离器主要原理是沉降分离原理，沉降分离要满足一定的停留时间，应选取适降分离要满足一定的停留时间，应选取适宜的气流速度。分离器处理能力决定于它宜的气流速度。分离器处理能力决定于它的外形尺寸。的外形尺寸。80气体处理能力计算气体处理能力计算立式分离器工作时，气流和液滴沉降方立式分离器工作时，气流和液滴沉降方向相反，所以向相反，所以液滴能沉降的必要条件是液液滴能沉降的必要条件是液滴沉降速度滴沉降速度w大于气流速度大于气流速度V，即即通常重力沉降段液滴沉降速度通常重力沉降段液滴沉降速度w是指直是指直径为径为100m液滴的沉降速度。液滴的沉降速度。 81考考虑虑到到液液滴滴沉沉降降速速度度计
30、计算算的的假假设设条条件件与与实实际际情情况况有有出出入入，以以及及气气流流在在分分离离器器沉沉降降部部分分的的不不均均匀匀性性，故故在取允在取允许许气流速度气流速度V时应为时应为:V=W 取取=0.750.81可保证可保证WV气体处理能力计算气体处理能力计算单位换算：单位换算：82在确定分离器直径时，考虑进入分离器在确定分离器直径时，考虑进入分离器的油气两相比例随时间不断变化这一实际的油气两相比例随时间不断变化这一实际情况，引入载荷波动系数情况，引入载荷波动系数，一般一般取取1.52。气体处理能力计算气体处理能力计算83分离器的直径及高度的计算分离器的直径及高度的计算84根据现场实践经验，气
31、体的进口速度取为根据现场实践经验，气体的进口速度取为15m/s，出口速度取为出口速度取为10m/s效果较好效果较好。分离器进口、出口管的计算分离器进口、出口管的计算85已已确确定定立立式式分分离离器器的的主主要要结结构构尺尺寸寸，分分离离器器各各部部分分其其它它尺尺寸寸，可可参参照照下下述述方方法法确定，确定，见图见图。立式分离器尺寸确定立式分离器尺寸确定86立式分离器的立式分离器的结结构尺寸构尺寸l一一天天然然气气出出口口；2油油气气进进口口；3一一原原油油出出口口；4排排污污口；口；5高液位；高液位；6一低液位一低液位87除除雾雾段段H1一般不小于一般不小于400mm；沉降段沉降段H2一般
32、取一般取H2=D 但不小于但不小于lm；入入口分离段口分离段H3一般不小于一般不小于600mm；积积液液段段h由由油油液液在在分分离离器器内内需需要要停停留留的的时时间间确确定；定；液液封封段段H4防防止止气气体体窜窜入入油油管管路路，其其高高度度一一般般不小于不小于400mm；泥泥砂砂储储存存段段H5视视油油中中含含砂砂量量和和分分离离器器中中是是否否需需要要设设置置加加热热盘盘管管而而定定；分分离离器器的的总总高高度度H0一一般为般为(3.55)D。立式分离器尺寸确定立式分离器尺寸确定88（3）卧式分离器尺寸设计）卧式分离器尺寸设计图图416液滴在卧式分离器中的沉降液滴在卧式分离器中的沉降
33、89气体处理能力计算气体处理能力计算在在卧卧式式分分离离器器中中，液液滴滴沉沉降降的的必必要要条条件件：液液滴滴沉沉降降至至集集液液面面所所需需的的时时间间应应小小于于或或等等于于液液滴滴随随气体流过重力沉降部分所需的时间，气体流过重力沉降部分所需的时间，即即90气流速度气流速度v（称为计算速度或实际流速）为：称为计算速度或实际流速）为：气体处理能力计算气体处理能力计算令：令：式中式中 面积利用系数。面积利用系数。 V=AWV=AW=AW=AW91卧式分离器直径卧式分离器直径计算计算92分分离离器器其其它它各各部部分分尺尺寸寸，可可参参照照下下述述方方法确定，法确定，见图见图。卧式分离器尺寸的
34、确定卧式分离器尺寸的确定93卧卧式分离器的式分离器的结结构尺寸构尺寸1油气油气进进口口；2天然气天然气出口；出口；3油出口油出口94入入口段口段L1由由入入口的形式确定，但不小于口的形式确定，但不小于1m。沉降段沉降段L2按按结结构要求定，但不小于构要求定，但不小于2D。液液体体储储存存段段h3由由液液体体在在分分离离器器内内停停留留时时间间确确定定，通通常常h3=D/2。h3可可略略低低于于D/2，但但最最小小不不得得少少于于0.6m。除除雾雾段段L3由除由除雾雾器器结结构、布置构、布置确确定。定。泥砂储存段泥砂储存段h2视原油含砂量确定。视原油含砂量确定。卧式分离器尺寸的确定卧式分离器尺寸
35、的确定955.立式和卧式的分离器之比较立式和卧式的分离器之比较立式重力式分离器的沉降工作面积等于其横立式重力式分离器的沉降工作面积等于其横截面积截面积。立式分离器：立式分离器：965.立式和卧式的分离器之比较立式和卧式的分离器之比较卧式分离器：卧式分离器：卧式重力式分离器的沉降工作面积等于其卧式重力式分离器的沉降工作面积等于其横截面积的横截面积的A倍。倍。 975.立式和卧式的分离器之比较立式和卧式的分离器之比较当直径相同时，卧式分离器的效率就比当直径相同时，卧式分离器的效率就比立式分离器的效率要高。换句话说，如立式分离器的效率要高。换句话说，如果分离器沉降工作面积相同时，则立式果分离器沉降工
36、作面积相同时，则立式分离器的横截面积将大于卧式分离器的分离器的横截面积将大于卧式分离器的横截面积；也就是立式分离器的直径大横截面积；也就是立式分离器的直径大于卧式分离器的直径。于卧式分离器的直径。986.除雾器的工艺计算除雾器的工艺计算除雾器有多种型式，目前广泛采用除雾器有多种型式，目前广泛采用的是网垫（或丝网）除雾器。主要介绍的是网垫（或丝网）除雾器。主要介绍网垫除雾器的工艺计算。网垫除雾器的工艺计算。n允许气体流速允许气体流速n除雾器面积除雾器面积n除雾器的厚度和压降除雾器的厚度和压降99图图4214三种常用的除雾器结构三种常用的除雾器结构(a)网垫；网垫；(b)拱板；拱板；(c)波纹板波
37、纹板100（1）允许气体流速）允许气体流速经验表明，工作良好的网垫除雾器可经验表明，工作良好的网垫除雾器可从气流中除掉从气流中除掉99%的直径大于的直径大于10m的油滴，的油滴，允许的最大气体流速允许的最大气体流速umax(m/s)：101上式中上式中K为系数，由实验求得，对于为系数，由实验求得，对于标准型丝网，可取标准型丝网，可取K=0.116。考虑到液体负荷、液滴直径和物性的考虑到液体负荷、液滴直径和物性的变化，设计除雾器时，一般适宜的设计速变化，设计除雾器时，一般适宜的设计速度取最大允许气速的度取最大允许气速的75%80%。（1）允许气体流速）允许气体流速102（2）除雾器面积）除雾器面
38、积丝网除雾器的面积，根据操作条件下丝网除雾器的面积，根据操作条件下的气体处理量和其操作速度来确定。若丝的气体处理量和其操作速度来确定。若丝网除雾器为园形，其直径按下式计算网除雾器为园形，其直径按下式计算式中式中ug设计气流速度，设计气流速度，m/s。103除雾器厚度一般取除雾器厚度一般取100150mm，压降压降一般为一般为245.15490Pa。除除雾雾器不能器不能处处理携理携有大量液滴的气体，所以不能代替重力沉有大量液滴的气体，所以不能代替重力沉降来分离降来分离100m以上的液滴。以上的液滴。（3）除雾器厚度和压降）除雾器厚度和压降1047.分离器工艺计算步骤分离器工艺计算步骤根根据据油油
39、气气流流量量、物物性性、压压力力、温温度度等等基基础资础资料，料，选择选择分离器的分离器的类类型；型；按按照照油油液液流流量量、停停留留时时间间，初初步步确确定定分分离器尺寸；离器尺寸；按按照照气气体体处处理理量量计计算算分分离离器器的的直直径径、长长度（或高度）等度（或高度）等结结构尺寸；构尺寸；105比比较较步步骤骤上上述述的的计计算算结结果果，选选较较大大者者作作为为分分离离器器尺尺寸寸。当当油油气气处处理理量量很很大大时时，可设可设有多台分离器并有多台分离器并联联工作。工作。按按气气体体实实际际处处理理量量、气气体体组组成成、性性质质、固固体体尘尘粒粒含含量量等等因因素素确确定定除除雾
40、雾器器的的类类型型和尺寸。和尺寸。7.分离器工艺计算步骤（续）分离器工艺计算步骤（续）10647旋风式分离器旋风式分离器旋风式分离器旋风式分离器的原理的原理 利用离心力来分离气利用离心力来分离气 流中颗粒。流中颗粒。107旋风分离器直径及进出口管的旋风分离器直径及进出口管的计算计算由水力损失方程：由水力损失方程：由产量公式：由产量公式： 108一般取为一般取为5555180180；正常情况下取为；正常情况下取为55557575109分离器进口管和出口管的直径分离器进口管和出口管的直径一般取进口速度为一般取进口速度为15152525m/sm/s；出口速度出口速度为为10101515m/sm/s。
41、110旋风分离器其它尺寸旋风分离器其它尺寸图图418111影响旋风分离器效率的因素影响旋风分离器效率的因素（1）气体进口速度：由于离心分离力与）气体进口速度：由于离心分离力与气体旋转线速度成二次方关系，因而气气体旋转线速度成二次方关系，因而气体进口的线速度对分离器效果影响很大。体进口的线速度对分离器效果影响很大。入口线速度一般宜在入口线速度一般宜在1525ms之间。之间。因线速过低，分离力不够，而线速过高因线速过低，分离力不够，而线速过高则会破坏旋风分离流动系统的正常压力则会破坏旋风分离流动系统的正常压力平衡，并形成局部涡流，产生二次夹带，平衡，并形成局部涡流，产生二次夹带，使分离效率降低。使
42、分离效率降低。112影响旋风分离器效率的因素（续）影响旋风分离器效率的因素（续）（2）气液密度差：由旋风分离器的分离）气液密度差：由旋风分离器的分离原理可知，气液密度差越大，分离效果原理可知，气液密度差越大，分离效果越好。由旋风分离器的气流状态可知，越好。由旋风分离器的气流状态可知，旋风分离器适用于气液（或气、固）分旋风分离器适用于气液（或气、固）分离，而对于油水两根相的分离则不宜于离，而对于油水两根相的分离则不宜于采用。一般在正常负荷量范围内工作的采用。一般在正常负荷量范围内工作的旋风分离器，基本上可除去旋风分离器，基本上可除去40m以上的以上的液滴或机械微粒。液滴或机械微粒。113影响旋风
43、分离器效率的因素（续）影响旋风分离器效率的因素（续）（3）旋转半径：由向心力的公式可知，）旋转半径：由向心力的公式可知，旋转半径越大，离心力越小。当处理气量旋转半径越大，离心力越小。当处理气量较大时，设计计算所得的分离器直径也较大，较大时，设计计算所得的分离器直径也较大，故旋转半径不宜超过故旋转半径不宜超过0.5m，否则需提高气流入否则需提高气流入口线速。当用于大气量时可采用多个旋风分离口线速。当用于大气量时可采用多个旋风分离器。当用于小气量或负荷波动较大时，则可采器。当用于小气量或负荷波动较大时，则可采用可调节多管式旋风分离器。由于多管式旋风用可调节多管式旋风分离器。由于多管式旋风分离器的每
44、根旋风子，其旋转半径均较小，可分离器的每根旋风子，其旋转半径均较小，可在气流线速较低的情况下获得较大的气液分离在气流线速较低的情况下获得较大的气液分离能力。能力。114影响旋风分离器效率的因素（续）影响旋风分离器效率的因素（续）虽然旋风分离器体积小、效率高，但它虽然旋风分离器体积小、效率高，但它的的分离效果对流速很敏感分离效果对流速很敏感，因而一般要，因而一般要求旋风分离器的处理负荷相对稳定，不求旋风分离器的处理负荷相对稳定，不适应负荷波动较大的场合，这就限制了适应负荷波动较大的场合，这就限制了旋风分离器在负荷波动较大的集输站场旋风分离器在负荷波动较大的集输站场与单井集气站中的应用与单井集气站
45、中的应用。115第三节第三节三相分离器三相分离器三相分离器的结构；三相分离器的结构；油水界面控制；油水界面控制；工艺计算。（下次应补充讲解）工艺计算。（下次应补充讲解）116一、三相分离器的结构一、三相分离器的结构图图420卧式三相分离器结构（卧式三相分离器结构（1）1171.三相卧式分离器三相卧式分离器如图如图420所示，是一个带有界面控制器所示，是一个带有界面控制器和堰板的典型卧式分离器。堰板保持油位，和堰板的典型卧式分离器。堰板保持油位，液位控制器保持水位。油掠过堰板，堰板液位控制器保持水位。油掠过堰板，堰板下流的油位由液位控制器来控制，排油阀下流的油位由液位控制器来控制，排油阀又由液位
46、控制器来操纵。又由液位控制器来操纵。118如图如图421所示，是按所示，是按“槽和堰槽和堰”设计的设计的卧式分离器，这种结构就不需要液体界面卧式分离器，这种结构就不需要液体界面控制器，在堰板处液位的控制，是用简单控制器，在堰板处液位的控制，是用简单的变位浮子来实现的。而油槽内的液位是的变位浮子来实现的。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，然后再流过水堰的。水从油槽下面流过，然后再流过水堰板，水液位是由一个能操纵放水阀的液位板，水液位是由一个能操纵放水阀的液位控制器来操纵的。控制器来操纵的。1.三相卧式分离器三相卧式分离器
47、119图图421卧式三相分离器结构（卧式三相分离器结构（2）1202、立式三相分离器、立式三相分离器如图如图423所示，是一立式三相分离器所示，是一立式三相分离器结构示意图。一个降液管用来输送液体，结构示意图。一个降液管用来输送液体，不致干扰撇沫作用的产生。一个连通管用不致干扰撇沫作用的产生。一个连通管用来平衡下段和气体分离段的压力。分配器来平衡下段和气体分离段的压力。分配器或降液管出口位于油水界面处。或降液管出口位于油水界面处。在处理含固体颗粒的油气水分离时，在处理含固体颗粒的油气水分离时，可设计成锥体底部，与水平线成可设计成锥体底部，与水平线成450或或600角度。角度。121图图423立
48、式三相分离器结构立式三相分离器结构122二、油水界面检测二、油水界面检测油水界面检则方法；油水界面检则方法；液位控制。液位控制。1231.油水界面检则方法油水界面检则方法油水界面检测方法主要有电阻法、电油水界面检测方法主要有电阻法、电容法、微差压法、短波吸收法。由于插入容法、微差压法、短波吸收法。由于插入三相分离器中的电极容易结垢，造成测量三相分离器中的电极容易结垢，造成测量误差，现电阻法和电容法测量油水界面的误差，现电阻法和电容法测量油水界面的方法已很少使用。方法已很少使用。124（1）微差压法）微差压法是是利利用用差差压压计计，接接受受油油水水界界面面变变化化所所引引起起原原油油和和水水静
49、静水水压压差差的的变变化化来来操操纵纵出水阀的开度，实现油水界面的控制。出水阀的开度，实现油水界面的控制。125微差压法的优点是克服电极接触油水微差压法的优点是克服电极接触油水介质造成的腐蚀、结垢的影响，无论油介质造成的腐蚀、结垢的影响，无论油水界面是否明显，都能够正常工作。缺水界面是否明显，都能够正常工作。缺点是油水相对密度差要求大于点是油水相对密度差要求大于0.1，否则，否则微差压计不能正常工作。微差压计不能正常工作。（1）微差压法）微差压法126（2）短波吸收法）短波吸收法短波吸收法是将电能以电磁波的形式短波吸收法是将电能以电磁波的形式传到油水介质中，根据油、水吸收电能的传到油水介质中，
50、根据油、水吸收电能的差异来测量两种介质的量，从而控制油水差异来测量两种介质的量，从而控制油水界面。界面。目前，在油田采用的油水界面变送器，目前，在油田采用的油水界面变送器，能消除低频干扰，适用不同工况下介质的能消除低频干扰，适用不同工况下介质的使用。使用。127短短波波吸吸收收法法法法的的优优点点是是克克服服了了电电极极易易腐腐蚀蚀、结结垢垢、挂挂油油等等现现象象，界界面面控控制制稳定可靠。稳定可靠。缺缺点点是是成成本本高高，需需要要专专门门人人员员进进行行仪表的维护保养。仪表的维护保养。（2）短波吸收法）短波吸收法1282.液位控制液位控制图图424表示在立式分离器内通常采用表示在立式分离器
51、内通常采用的三种不同的液面控制方法。的三种不同的液面控制方法。129图图424三相分离器的液位控制三相分离器的液位控制130三、三相分离器计算三、三相分离器计算两两相相分分离离器器的的设设计计原原则则和和各各种种计计算算公公式同样适用于三相分离器的油气分离部分。式同样适用于三相分离器的油气分离部分。水水中中油油滴滴和和油油中中水水滴滴在在分分离离器器内内的的运运动动一一般般在在层层流流范范围围内内，油油水水两两相相的的分分离离沉沉降分离可用斯托克斯方程计算降分离可用斯托克斯方程计算131 w油滴上升或水滴沉降速度，油滴上升或水滴沉降速度，m/s；d油滴或水滴的直径，油滴或水滴的直径，m；连续相
52、的粘度，连续相的粘度，Pas；w水的密度，水的密度，kg/m3。三、三相分离器计算三、三相分离器计算132由由于于油油的的粘粘度度远远大大于于水水的的粘粘度度，一一般般为为水水的的520倍倍或或更更高高一一些些，故故从从水水中中分分出出油油滴滴要要比比从从油油中中分分出出水水珠珠容容易易得得多多，三三相相分分离离器器的的设设计计常以从原油中除去水滴为主要依据。常以从原油中除去水滴为主要依据。一一般般希希望望分分离离器器能能将将500m粒粒径径的的水水珠珠从从油油中中分分离离出出来来，若若能能达达到到上上述述要要求求，则则不不加加添添加剂一般就能使原油含水率降至加剂一般就能使原油含水率降至510
53、左右。左右。三、三相分离器计算三、三相分离器计算133为为了了保保证证水水中中油油滴滴或或油油中中水水滴滴有有适适当当的的时时间间碰碰撞撞结结合合成成较较大大的的油油滴滴或或水水滴滴以以便便分分离离，在在设设计计分分离离器器时时，油油水水两两相相所所需需的的滞滞留留时时间间同同样样是是个个重重要要因因素素。在在没没有有特特别别要要求求的的情情况况下下，推推荐荐滞滞留留时时间间为为10min；若若油油水水密密度度差差很很小小，分分离离温温度度又又很很低低（如如 15左左右右），则则滞滞留留时时间间可可增增至至2030min。三、三相分离器计算三、三相分离器计算134第四节第四节典型分离器的结构典
54、型分离器的结构立式油气分离器；立式油气分离器；卧式油气分离器；卧式油气分离器；卧式三相分离器。卧式三相分离器。135一、立式油气分离器一、立式油气分离器如图如图441所示，是一典型立式油气分离所示，是一典型立式油气分离器的结构示意图。结构特点：器的结构示意图。结构特点：n多层拆流板；多层拆流板；n气流整流板；气流整流板；n波纹板除雾器；波纹板除雾器；136图图441立式油气分离器立式油气分离器I初步分离段；初步分离段；II沉降段；沉降段；III积液段积液段1壳壳体体；2分分流流汇汇管管；3浮浮子子；4排排液液管管；5折折流流板板；6油油气气混混合合物物入入口口；7自自立立式式压压力力调调节节阀
55、阀；8气气体体出出口口；9气气体体整整流流板板；10波波纹纹除除雾雾器器；11液液面面调调节节器器；12原原油油出出口口；13排排污污水水；14人人孔孔；15堵堵头头137二、卧式油气分离器二、卧式油气分离器如图如图442所示为一典型卧式分离器，所示为一典型卧式分离器，适用于含气量较高的油气混合物。其特适用于含气量较高的油气混合物。其特点表现在：点表现在：离心式入口；离心式入口；气相整流器；气相整流器；网垫除雾器。网垫除雾器。138图图442卧式油气分离器卧式油气分离器1离离心心式式分分流流器器；2整整流流器器；3网网垫垫除除雾雾器器；4气气体体出出口口；5气气液液隔隔板板；6原原油油出出口口
56、；7防涡排油管；防涡排油管；8堰板堰板139三、三相分离器三、三相分离器如图如图443所示为河南油田双河联合站一所示为河南油田双河联合站一高效三相分离器。高效三相分离器。300010600，最大处最大处理液量度理液量度1350t/d，原油含水率原油含水率70%，工作，工作温度温度5759，压力，压力0.30.4MPa，其结构特其结构特点：点：n倒置浅箱式进料分配器；倒置浅箱式进料分配器；n金属压延微孔填料作聚结材料；金属压延微孔填料作聚结材料；n双层隔板式的变油水界面控制；双层隔板式的变油水界面控制；n预脱气技术。预脱气技术。140图图443高效油气三相分离器示意图高效油气三相分离器示意图141图图444卧式三相分离器卧式三相分离器结结构构图图1混混合合物物入入口口；2入入口口分分流流器器；3安安全全阀阀；4保保安安装装置置接接口口；5除除雾雾器器；6原原油油脱脱气气区区；7快快速速液液位位调调节节器器；8压压力力表表；9仪仪表表用用气气出出口口；10气气体体出出口口；11液液位位计计；12膜膜片片阀阀；13污污水水出出口口；14防防涡涡流板；流板；15排排污污口；口；16原油出口原油出口
