油气水分离技术系统讲解讲课稿.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,油气分离技术,2010,年,10,月,1,油气分离技术,油气分离工艺,油气分离器的功能和类型,油气两相分离器,油气水三相分离器,典型分离器的结构,2,第一节 油气分离工艺,油气分离方式,平衡分离计算,分离级数的选择,分离压力的选择,油气分离系统方案设计,3,一、油气分离方式,油气分离是油气处理工艺的主要环节之一。对油田，选择合理的油气分离工艺通常是对产品原油收率、设备费用和系统操作性能的优化。,分离设备要具有良好的分离效果，即希望由分离器分离出的气体中尽量少带液滴，脱气后的原油中尽量少带气泡。,油气分离包括平衡分离和机械分离。,4,1.平衡分离,平衡分离的依据是相平衡原理，组分一定的油气混合物在某一压力和温度下，系统处于平衡状态时，就形成一定比例和组成的液相和气相，这种现象称为平衡分离。平衡分离是一个自发的过程，它也是决定油气最终的收率和质量的关键过程。,平衡分离可分为一次分离、连续分离和多级分离三种基本方式。,5,（1）一次分离,一次分离是指在系统中，气液两相在一直保持接触的条件下逐渐降低压力，气体也逐渐从液体中逸出，最后流入常压罐，并在罐中一次把气液分开。,由于这种分离方式有大量的气体从常压罐中排出并携带走大量液体，增加原油的损耗，同时油气流一次降压，进常压罐时冲击很大，故实际生产中并不采用。,6,（2）连续分离,连续分离是指系统压力降低过程中，在不扰动液体的条件下，不断地将逸出的平衡气排出，直至压力降到常压，平衡气也排净，剩下的液体进,入,常压罐。,连续分离也称为微分分离，在实际生产中也很难实现。,7,（3）多级分离,多级分离是指保持系统中两相接触的条件下，降低其压力到某一数值时，停止降压，把降压过程中析出的气体排出。脱出气体后的液体继续沿管路流动，降压到另一较低压力时，又停止降压，把该段降压过程中平衡气排出，如此反复，直至系统压力降低到常压为止。每排一次气，即为一级分离；排几次气即为几级分离。,油气一般总是在常压罐内进行最后的分离，因此，一个油气分离器和一个油罐是二级分离，串联的两个油气分离器和一个油罐是三级分离。多级分离通常是指三级以上的分离作业。,8,2.机械分离,把形成的液相和气相用机械的方法分开，称为机械分离。机械分离把平衡分离的两相分成独立的系统并用不同的管路分别输送。,机械分离是对平衡分离的两相进行的一项加工过程。即便是在理想的情况下，也只能使平衡条件下的两相彻底分开，并不能对平衡分离所决定,的收率和质量加以提高。,9,二、平衡分离计算,油气两相平衡计算,油气水三相平衡计算,10,1.油气两相平衡计算,相平衡方程：,物料平衡方程：,11,2.油气水三相平衡计算,相平衡方程：,物料平衡方程：,12,三、分离级数的选择,1.,分离级数的选择原则,从理论上分析，分离级数愈多，最终液体收获量愈多，但过多地增加分离级数会造成投资和操作费用大幅度上升，而且超过三级或四级分离，原油收率的增加幅度则越来越小。所以应该合理选择分离级数。,13,三、分离级数的选择,1.,分离级数的选择原则,（1）,根据气油比的高低来选择，气油比高应增多分离级数；,（2）,根据井口压力进行选择，井口压力高的应增多级数；,（3）,根据原油的相对密度进行选择，随着相对密度的降低，应适当增加级数。,国内外长期实践证明，对于一般油田采用三级或四级分离，经济效果最好；对于气油比低的低压油田（压力低于0.7,MPa,）,则采用二级分离经济效果最佳。,14,三、分离级数的选择,2.,推荐分离级数,油气分离的分离级数应根据油气集输系统压力和油气组成综合考虑确定，有关资料一般都推荐分离级数为,24,级。,（1）,二级分离：大多数用于原油相对密度高、气油比低和自喷压力低的油田；依靠地层压力进行油气分离时，压力低于,0.7,MPa,的油田。,（2）,三级分离：大多用于中等相对密度原油，中等到高气油比和中等井口压力（,0.73.5,MPa,）,的油田。,（3）四级分离：大多用于低相对密度原油、高气油比和高自喷压力的油田，井口压力高于 3.5,MPa,的油田。,15,四、分离压力的选择,1.分离压力的选择原则,选择分离压力时，要考虑石油组成和油井井口压力，各油田的井口压力和组成变化范围很大，无法提出适合具体情况的各级最优压力的计算公式，最好拟定多种分离方案，进行闪蒸分离的模拟相平衡计算，择优选择。,一般来说，采用三级分离时，一级压力范围控制在0.73.5,MPa，,二级分离压力范围为0.070.55,MPa，,若井口压力高于3.5,MPa，,就应考虑采用四级分离。,16,四、分离压力的选择,2.分离压力的计算,各级分离压力还没有精确的计算公式，一般采用经验公式来确定多级分离各级间的压力,比,R,。,其经验公式如下式所示：,n,分离级数;,p,1,，p,2,各级间的操作压力，,MPa。,17,五、油气分离系统方案设计,海上油气分离系统设计应考虑的问题,典型油气水分离系统分析,18,1.,油气分离系统设计应考虑的问题,对于海上油田，在确定分离系统方案时，与陆地油田有所不同，有其特殊的限制和要求。,（1）海上平台受到限制,一般情况下，减少分离级数，节省平台空间比提高液体原油收率更为经济。增加设备，加大平台甲板面积，会显著地增加支撑上部设施的下部结构质量。按经验，平台上部设备每增加1,t，,下部导管架和钢结构要增加13,t,钢材，随之带来了海上安装费用的增加。,19,（2）井口流压变化大,井口流压决定了最高级分离的最大操作压力，井口流压高，要求分离级数多一些。海上油田开采速度较快，井口流压递减也较快，对分离级数影响很大。因此，在确定分离级数方案时，不仅要考虑油田初期的井口流压，还要考虑油田寿命期间流压的递减规律。一个新油田开发，往往要对分离级数和分离压力作综合的评价。如果在一个平台上有不同压力级别的井组，可分别进,入,相当压力分离器。,1.,油气分离系统设计应考虑的问题,20,1.,油气分离系统设计应考虑的问题,（3）井流特性和输出条件的限制,通常较轻质的原油含有较多的,C,4,C,5,和,C,6,，,并具有较高的气油比，分离级数可以多一些。反之，分离级数可以少一些。一般情况不超过三级。,分离级数与原油中转站设置地点也有关系。如选用全海式集输方式（中转站设在海上），由运输油轮装载外运，要求产品原油蒸气压为50 80,kPa，,这是装油作业安全的要求。如选用半海半陆式集输方式（中转站设在陆上），平台上原油要经海底管道输送上岸，平台原油可不完全脱气，通常输出原油的蒸气压不大于680,kPa。,21,1.,油气分离系统设计应考虑的问题,（4）设备并联系列和备用,海上油田受平台甲板和经济的限制，考虑分离系统并联列数时，一般不设备用，仅在处理能力上留有一定的余量。但是平台上的分离器要受到几何尺寸和吊装重量的限制，不能过分地加大分离器的直径和长度。,22,2.典型油气水分离系统分析,根据各油田油、水、伴生气的物理化学性质和砂、所含杂质、含水率、产量等的不同，所选的工艺流程各有差异。,典型的三级油气分离系统,含有原油稳定工艺的三级油气分离系统,渤中34-2/4,E,油田的油气分离系统,23,（1）典型的三级油气分离系统,1,高压分离器；2,低压分离器；3,油罐,24,典型三级油气分离系统,的特点,在油气分离器,入,口处增加了原油加热器，提高了分离原油的温度，降低了原油的粘度，有利于稠油的油气分离处理。,采用三级分离所得到的原油收率高、密度小。,采用三级分离得到的天然气量少，重组分在气体中的比例小。,采用三级分离能充分利用地层能量，减少输送成本。,由于增加了原油加热器，使原油流动阻力增大，压力损失增加，所以在一级分离器出口处，增加了一台输油泵，以提高原油的压力，保证了原油在最佳的分离压力下进人第二级分离器，提高分离效果。,25,典型三级油气分离系统,的适用条件,该分离系统,适用,于中等井口压力、中等原油密度和中等气油比的情况；,由于采用了原油加热器降低原油粘度，可用于原油粘度较高的情况。,26,（2）含有原油稳定的三级油气分离系统,1,来自井,口,的,油,气混合物；2,油气分离器；3,平衡气；4,7,原油；5,原油稳定塔；6,闪蒸气；8,储液罐；,9,输油泵,27,含有原油稳定的油气分离系统,的特点,采用了高、中、低压三级分离，提高了原油的分离效果。,在油罐前设置负压闪蒸装置，避免了大量的气体进,入,油罐，增加了原油收率。,该系统适用于气油比较高的油气混合,物,的分离。,28,（3）渤中34-2/4,E,油田的油气分离系统,1，3原油加热器；2一级分离器；4二级分离器；5电脱水器,29,渤中34-2/4,E,油田油气分离系统,的特点,只经过两级油气分离；,在一级和二级油气分离器前都安装了原油加热器，用以提高原油的温度；,经过两级油气分离后的原油，再输入到电脱水器进行原油脱水。,30,第二节 油气分离器的功能和类型,油气分离器的功能,对油气分离器的要求,油气分离器的类型,31,一、油气分离器的功能,实现油、气、水三相基本分离；,脱除气相中所夹带的液沫；,脱除液相中所包含的气泡；,脱除油中的水和水中的油；,引出分离的油、气、水三相，不允许有重新夹带掺混的机会。,32,二、对油气分离器的要求,有足够的液体体积容量，能处理油井口和（或）出油管的不稳定液流；,有足够大的容器直径和高度或长度，能将大部分液体从气中分离出来；,要有捕集油雾的除雾器，以捕捉二次分离后气体中更小的液滴；,要有压力和液面控制。,33,三、油气分离器的类型,按其外形可分为：卧式分离器、立式分离器、球形分离器；,按分离器的功能分为：两相分离器、三相分离器；,按实现分离利用的能量可分为：重力式、离心式和混合式等。,34,1.卧式分离器,35,2、立式分离器,36,卧式分离器和立式分离器在油气田广泛采用作为油气分离的主要设备。,适应流量和油气比范围大；,压力、温度范围较宽；,结构简单。,2、立式分离器,37,3、其它分离器,球形分离器；,卧式双筒分离器；,旋风分离器；,过滤分离器。,38,（1）球形分离器,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制造难度大,，它在油气田设施上通常不被采用。,39,（2）卧式双筒分离器,适用液体流量小的工况；有利于排污；制造难度增大，建设费用较高。,40,（3）旋风分离器,旋风分离器的原理主要依靠油气混合物作回转运动时产生的离心力使油气分离。,处理量大、结构简单，可除去5,m,以上的液滴；,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分流器。,41,旋风分离器原理图,1入口短管；2分离器圆筒部分；3气体出口；4分离器的锥筒部分；5集液部分,42,（4）过滤分离器,43,过滤分离器主要用于从气体中除油。常用的过滤元件有纤维制品、金属丝网、陶瓷和泡沫塑料等。,一般在过滤分离器前均应有一级分离器作初步分离。,过滤分离器可以100%地脱除大于2,m,的微粒，99%地脱除小到0.5,m,的微粒；,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、仪表气净化或燃料气上游的洗涤器。,过滤分离器的特点,44,第三节 油气两相分离器,分离器的结构和工作过程,两相分离器的内部构件,两相分离器的工艺计算,45,一、分离器的结构和工作过程,立式重力分离器,卧式重力分离器,46,1.立式重力分离器,立式分离器的主体为一立式圆筒体，气液混合物一般从筒体的中段进入，顶部为气流出口，底部为液体出口，基本结构和分离过程如右图所示。,47,初级分离段,气液入口处，由于物流速度突然降低，成股状的液体或大的液滴被分离出来直接沉降到积液段。为了提高初级分离的效果，常增设入口挡板或采用切线入口方式。,沉降段,经初级分离后的气流携带着较小的液滴向气流出口以较低的流速向上流动，液滴则向下沉降。分离效果取决于气体和液体的特性、液滴尺寸及气流的平均流速与扰动程度。,1.立式重力分离器,48,积液段,主要收集液体。为减少流动气流对已沉降液体扰动，一般积液段应有足够的容积，以保证液体中的气体能脱离液体。为防止气体旋涡，应保留一段液封。,除雾段,主要设置在紧靠气体出口前，用于捕集沉降段未能分离出来的较小液滴（10100,m）。,微小液滴在此发生碰撞、凝聚，最后结合成较大液滴下降沉至积液段,。,1.立式重力分离器,49,以重力沉降分离为主，辅以碰撞、离心分离；,重力沉降部分中液滴下降方向与气流运动方向相反；,液滴沉降面积与分离器截面面积相等。,1.立式重力分离器,50,占地面积小，容易清除筒体内污物；,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含液量较大的气体；,但单位处理量成本高于卧式。,立式重力分离器的特点,51,2.卧式分离器,卧式重力分离器的主体为一卧式圆筒体，气流一端进入，另一端流出，液相由底部流出，分离过程与立式分离器大致相同，基本结构如下图所示。,52,初级分离段,可具有不同的入口形式，其目的也在于对气液进行初级分离，除了入口挡板外，有的在入口内增设一个小内旋器，在入口对气液进行旋风分离。,沉降段,是气体与液滴实现重力分离的主体，气流水平流动与液滴下沉成90夹角，对液滴下降阻力小于立式分离器。,2.卧式分离器,53,积液段,设计常需考虑液体在分离器的停留时间，一般储存高度按分离器直径的一半考虑。在水平筒体的底部有泥沙等污物，排污比立式分离器困难。,除雾段,可设置在筒体内，也可设置在筒体上部紧接气体出口处。,2.卧式分离器,54,以重力沉降分离为主，辅以碰撞、离心分离；,重力沉降部分中液滴下降方向与气流运方向垂直；,液滴沉降面积比同直径立式分离器大。,2.卧式分离器,55,卧式分离器的特点,卧式分离器和立式分离器相比较：,具有处理能力较大、安装方便和单位处理成本低；,特别是存在乳状液或高气油比时，卧式分离器较为经济；,但占地面积大、液体控制比较困难和不易排污。,56,二、两相分离器的内部构件,分离器的外壳为内部承受压力的容器。它是一个园形筒体，两端有通常是椭球形或球形的封头。筒体及封头的壁厚，按高压容器设计的要求及方法设计成有足够的厚度，以承受高的压力，下面主要介绍分离器的内部构件。,57,二、两相分离器的内部构件,进口转向器；,除沫板；,除雾器；,气相整流件；,气液挡板。,58,1.进口转向器,59,进口转向器有很多型式。上图表示常用进口装置的两种基本类型。,第一种是导流档板，它可能是球形盘，平板，角铁，锥形物等构件，使液流方向和速度发生快速变化。这种档板主要是用结构支撑加以固定，以承受冲击动量载荷。,使用半球形或维形的装置，其优点是它比平板或角铁所产生的扰动要小些，从而减少再夹带或乳化的问题。,1.进口转向器,60,第二种装置是,旋风式进口，它应用离心力来分离流体,。可以是旋风式通道或者是环绕筒壁的切线流道。使用一个进口喷嘴就足以产生一个围绕着内筒回转大约6,m/s,的液流速度，内筒的直径不大于分离器直径的2/3。,1.进口转向器,61,2.除沫板,当气泡从液体中逸放出来时，在气液界面可能形成泡沫，使,泡沫流经一系列倾斜的平行板片或管束,，由于润湿表面的吸附作用和狭缝的整流作用促使雾沫分离,。,62,3.除雾器,为了除去100,m,以下的液滴，在分离器的出口普遍都增设了除雾器。除雾器能除去10010,m,直径的液滴，其效率可达99。除雾器主要有三种类型，如图下图所示。,三种常用的除雾器结构,(,a),网垫；(,b),拱板；(,c),波纹板,63,网垫除雾器由直径0.120.25,mm,的不锈钢丝网组成，一般厚度在75180,mm,左右；,拱板除雾器由一系列同心波纹圆筒组成，其作用在于增大液滴在圆筒表面的聚结面积；,波纹板除雾器由一系列固定的波纹板重叠构成。由于气流方向在波纹板上的不断变化，最终液滴与波纹板碰撞而聚结在波纹板上被分离出来。,3.除雾器,64,4.气相整流件,当气液初步分离后，气相处于紊流状态对液滴的自然重力沉降不利。在分离器某一长度内,设置一系列并有适当间距的平行薄板,，气体通过狭窄的平行间隙，作层状流动，促进了气相中液滴的重力沉降。,该构件在气相负荷高、气速较大的场合十分有用。,65,5.气液挡板,气液挡板结构十分简单，但是对分离器操作有大影响的元件。挡板位置一般略高于控液面或与液面平行。有以下功能：,防止气相窜入液相和激起液相飞溅；,保持液面的稳定，有利于油水自然沉降分离。,66,三、两相分离器的工艺计算,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（,）,气体处理能力的比较,除雾器的工艺计算,两相分离器的工艺计算步骤,67,1.液滴的沉降速度,为简化,液,滴匀速沉降速度计算公式的推导，假设：,（,1,）,液,滴为球形；,（,2,）,液滴,与,液,滴、,液,滴与分离器壁,等,构件间没有作用力；,（,3,）气体在沉降部分内的流动是稳定的，任一点的流速不随时间而变化。,68,d,液滴直径，,m；,l,液滴的密度，,kg/m,3,；,g,气体的密度，,kg/m,3,；,液滴所受的重力,F,69,C,D,水力阻力系数；,w,液滴的沉降速度，,m/s；,d,液滴的直径，,m。,气体对液滴的阻力,R,70,当液滴作匀速运动时，应满足下列条件,71,液滴的沉降速度,72,阻力系数与雷诺数的关系图,73,阻力系数与雷诺数的关系式,74,（1）斯托克斯（,Stokes）,公式,如果围绕颗粒（液滴）的流动是层流，也就是在低雷诺数（,R,e,2）,情况下的流动，阻力系数,C,D,=24/,Re,；,将其代入到颗粒沉降的一般表达式中，最后可得到：,75,（2）,气液分离的临界气体流速,对于生产设施的设计，,Stokes,公式用于气液分离误差较大，气液分离的临界气体流速用下式计算：,76,（2）,气液分离的临界气体流速,d,m,液滴的直径，,m;,g,气体粘度，,mPas。,77,2.两相分离器尺寸设计（）,两相分离器尺寸设计的主要任务是确定卧式重力分离器、立式重力分离器的直径和筒体的长度。,78,（1）卧式重力分离器计算,气体处理能力计算,液体处理能力计算,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一半为液体充满。,79,气体处理能力计算,卧式分离器的液滴沉降示意图,80,气体处理能力计算,工作流量,（,m,3,/s）,气体流速,（,m/s）,81,从沉降过程可知：气体在卧式分离器的滞留时间,t,g,必须大于或等于液滴从气体中沉降分离所需的时间,t,d,。,气体处理能力计算,82,气体处理能力计算,其中,83,液体处理能力计算,若液体流量为,Q,l,（m,3,/d），,分离器的有效长度为,L,ef,（m），,停留时间为,t,r,（min），,一般卧式分离器的液面控制在,D,/2,处，则有,：,84,以气体处理能力进行分离器设计时，实用长度按下式计算：,卧式分离器实用长度,L,ss,以液体处理能力进行分离器设计时，实用长度按下式计算：,根据现场经验，分离器的长径比（,L,ss,/,D,）,一般按34考虑。,85,（2）立式重力分离器计算,气体处理能力计算,液体处理能力计算,86,气体处理能力计算,立式分离器示意图,87,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的临界气体流速。,气体处理能力计算,88,气体处理能力计算,其中,89,液体处理能力计算,若液体流量为,Q,l,（m,3,/d），,分离器液柱高度为,h,（m），,停留时间为,t,r,（min），,则有：,90,API,推荐油液的停留时间,原油比重指数（,API）,停留时间,（,min）,35,1,30,12,20,24,一般天然气气水分离时，,t,r,1min。,91,立式分离器的实用长度必须气液分离段度度、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,L,ss,下式计算：,立式分离器实用长度,L,ss,和长径比,立式分离器的长径比（,L,ss,/,D,）,一般按34考虑。,92,3.两相分离器尺寸设计（,）,（1）油滴的沉降速度,93,流态的划分,流态,Re,C,D,层流,Re,2,过渡流,2,Re,500,紊流,500,210,5,0.1,94,根据,Re,的大小，划分为层流、过渡流和紊 流。为方便计算和判定流态，引入阿基米德准数,Ar：,流态的判定,95,流态,A,r,Re,层流,A,r,36,过渡流,36,8310,3,A,r,和,Re,的关系,96,层流区，斯托克斯（,Stokes),公式,97,过渡区，阿伦（,Allen）,公式,98,紊流区，,C,D,=0.44，,牛顿公式,99,（2）立式分离器尺寸设计,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，应选取适宜的气流速度。分离器处理能力决定于它的外形尺寸。油气分离器既要分出液滴，又要从液体中分出气泡，计算分离器处理能力时，应对气体处理和液体处理能力分别计算。,100,气体处理能力计算,立式分离器工作时，气流和液滴沉降方向相反，所以液滴能沉降的必要条件是液滴沉降速度,w,大于气流速度,u,g,，,即,通常重力沉降段液滴沉降速度,w,是指直径为100,m,液滴的沉降速度。,101,考虑到,液,滴沉降速度计算的假设条件与实际情况有出,入,，以及气流在分离器沉降部分的不均匀性，故在取允许气流速度,u,gv,时应为:,u,gv,=0.7,w,气体处理能力计算,102,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情况，引入载荷波动系数,，,一般,取 1.52。,气体处理能力计算,103,液体处理能力的计算,油气分离器液体处理能力，受液体性质和操作条件影响较大，从理论上计算分离器处理液体的能力比计算处理气体的能力更困难。因此在计算液体处理能力时，,要保证,液体在分离器中有足够的,滞留时间。,一般原油,l3min，,起泡原油520,min，,天然气气水分离1,min。,104,若液体流量为,Q,l,（m,3,/d），,立式分离器液柱高度为,h,（m），,则停留时间,t,r,（min）,为：,h,是指出液管轴线以上液柱，,h,=,D,3,D,液体处理能力的计算,105,计算分离器,时，,先按分离器,的主要物料相计,算分离器的直径；,按,另一物相,来校核,计算。,上述已确,定立式分离器的,主要结构尺寸，分离器各部分其它尺寸，可参照下述方法确定，见,下,图,所示,。,立式分离器尺寸确定,106,立式分离器的结构尺寸,l,一天然气出口；2油气进口；3一原油出口；4排污口；5高液位；6一低液位,107,除雾段,H,1,一般不小于 400,mm；,沉降段,H,2,一般取,H,2,=,D,但不小于,lm；,入,口分离段,H,3,一般不小于 600,mm；,积液,段,h,由油,液,在分离器内需要停留的时间确定；,液封段,H,4,防止气体窜入油管路，其高度一般不小于400,mm；,泥砂储存段,H,5,视油,中,含砂量和分离器中是否需要设置加热盘管而定；,分离器的总高度,H,0,一般为(3.55),D,。,立式分离器尺寸确定,108,（3）卧式分离器尺寸设计,液滴在卧式分离器中的沉降,109,气体处理能力计算,在卧式分离器中，液滴沉降至集液面所需的时间应小于或等于液滴随气体流过重力沉降部分所需的时间，即,110,在计算卧式分离器的气体处理能力时，取允许气流速度,u,gh,为,气体处理量,气体处理能力计算,111,考虑分离器载荷波动系数,，,分离器的直径可按下式确定：,气体处理能力计算,112,液体处理能力计算,若液体流量为,Q,l,（m,3,/d），,分离器液柱高度为,h,（m），,停留时间为,t,r,（min），,一般卧式分离器的液面控制在,D,/2,处，则有：,113,上述已确,定立式分离器的,主要结构尺寸，卧式分离器圆筒部分的长度与直径之比一般为35。,分离器,其它,各部分尺寸，可参照下述方法确定,参,见,下,图。,卧式分离器尺寸的确定,114,卧,式分离器的结构尺寸,1,油气进口；2,天然气,出口；3,油出口,115,入,口段,L,1,由,入,口的形式确定，但不小于1,m。,沉降段,L,2,按结构要求定，但不小于2,D。,液体储存段,h,3,由液体在分离器内停留时间确定，通常,h,3,=,D,/2。,h,3,可略低于,D/2，,但最小不得少于0.6,m。,除雾段,L,3,由除雾器结构、布置,确,定。,泥砂储存段,h,2,视原油含砂量确定。,卧式分离器尺寸的确定,116,4.气体处理能力比较,卧式分离器：,立式分离器：,117,4.气体处理能力比较,卧式分离器：,立式分离器：,118,4.气体处理能力比较,可见，卧式分离器的气体处理能力同直径立式分离器的,L,ef,/,D,倍。,119,5.除雾器的工艺计算,除雾器有多种型式，目前广泛采用的是网垫（或丝网）除雾器。主要介绍网垫除雾器的工艺计算。,允许气体流速,除雾器面积,除雾器的厚度和压降,120,三种常用的除雾器结构,(,a),网垫；(,b),拱板；(,c),波纹板,121,（1）允许气体流速,经验表明，工作良好的网垫除雾器可从气流中除掉99%的直径大于10,m,的油滴，允许的最大气体流速,u,max,(m/s)：,122,上式中,K,为系数，由实验求得，对于标准型丝网，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75%80%。,（1）允许气体流速,123,（2）除雾器面积,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。若丝网除雾器为园形，其直径按下式计算,式中,u,g,设计气流速度，,m/s。,124,除雾器厚度一般取100150,mm，,压降一般为245.15490,Pa。,除雾器不能处理携有大量液滴的气体，所以不能代替重力沉降来分离100,m,以上的液滴。,（3）除雾器厚度和压降,125,6.分离器工艺计算步骤,根据,油气流量、,物性、压力、温度等基础资料，,选择,分离器的类型；,按照,油液流量、,停留时间，,初步,确定分离器尺寸；,按照,气体处理量计算分离器的,直径、长度（或高度）等结构尺寸；,126,比,较步骤,上述,的计算结果，选较大者作为分离器尺寸。当油气处理量很大时，,可设,有多台分离器并联工作。,按气体实际处理量、气体组成、性质、固体尘粒含量等因素确定除雾器的类型和尺寸。,6.分离器工艺计算步骤,127,第四节 油气水三相分离器,三相分离器的结构；,油水界面控制；,工艺计算。,128,一、三相分离器的结构,卧式三相分离器结构（1）,129,一、三相分离器的结构,卧式三相分离器结构（2）,130,2、立式三相分离器,立式三相分离器采用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。,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45,0,或60,0,角度。,131,二、油水界面检测,油水界面检则方法；,液位控制。,132,1.油水界面检则方法,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方法已很少使用。,133,（1）微差压法,是利用差压计，接受油水界面变化所引起原油和水静水压差的变化来操纵出水阀的开度，实现油水界面的控制。,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0.1，否则微差压计不能正常工作。,134,（2）短波吸收法,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、水吸收电能的差异来测量两种介质的量，从而控制油水界面。,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使用。,短波吸收法法的优点是克服了电极易腐蚀、结垢、挂油等现象，界面控制稳定可靠。,缺点是成本高，需要专门人员进行仪表的维护保养。,135,2.液位控制,136,2.液位控制,在立式分离器内通常采用的三种不同的液面控制方法。,第一个是严格的液位控制。一个位移浮筒用来控制油气界面，调节放油管的控制阀。另一个界面浮筒用来控制油水界面，调节水的出口阀。没有使用内部档板或堰板。适用带有砂粒和固体的工况。,137,第二方法表示使用一个堰板来控制油气界面处于一个不变的位置。油水更好分离，提高了油水分离程度，它的缺点是油箱占据了容器的部分空间，制造费用增加。另外，沉积物和砂子可能集积在油箱内，很难排除，,2.液位控制,138,第三个方法使用了两个堰板，取消了一个界面浮筒，油水界面位置是用相对于油堰高度或出口高度的外部水堰板的高度来控制的。这个类似于卧式分离器的油槽和堰板的设计。这种系统的优点是取消了界面液位控制。,缺点是它需要另外的外部管线和空间。,2.液位控制,139,三、三相分离器计算,两相分离器的设计原则和各种计算公式同样适用于三相分离器的油气分离部分。,水中油滴和油中水滴在分离器内的运动一般在层流范围内，油水两相的分离沉降分离可用斯托克斯方程计算,140,w,油滴上升或水滴沉降速度，,m/s；,d,油滴或水滴的直径，,m；,连续相的粘度，,Pas；,w,水的密度，,kg/m,3,。,三、三相分离器计算,141,由于油的粘度远大于水的粘度，一般为水的520倍或更高一些，故从水中分出油滴要比从油中分出水珠容易得多，三相分离器的设计常以从原油中除去水滴为主要依据。,一般希望分离器能将500,m,粒径的水珠从油中分离出来，若能达到上述要求，则不加添加剂一般就能使原油含水率降至510左右。,三、三相分离器计算,142,为了保证水中油滴或油中水滴有适当的时间碰撞结合成较大的油滴或水滴以便分离，在设计分离器时，油水两相所需的滞留时间同样是个重要因素。,在没有特别要求的情况下，推荐滞留时间为10,min；,若油水密度差很小，分离温度又很低（如 15左右），则滞留时间可增至2030,min。,三、三相分离器计算,143,第四节 典型分离器的结构,立式油气分离器；,卧式油气分离器；,卧式三相分离器。,144,一、立式油气分离器,如图2-4-1所示，是一典型立式油气分离器的结构示意图。结构特点：,多层拆流板；,气流整流板；,波纹板除雾器；,145,图2-4-1 立式油气分离器,I,初步分离段；,II,沉降段；,III,积液段,1壳体；2分流汇管；3浮子；4排液管；5折流板；6油气混合物入口；7自立式压力调节阀；8气体出口；9气体整流板；10波纹除雾器；11液面调节器；12原油出口；13排污水；14人孔；15堵头,146,二、卧式油气分离器,如图2-4-2 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。其特点表现在：,离心式入口；,气相整流器；,网垫除雾器。,147,图2-4-2 卧式油气分离器,1,离心式分流器；2,整流器；3,网垫除雾器；4,气体出口；5,气液隔板；6,原油出口；7,防涡排油管；8,堰板,148,三、三相分离器,图2-4-3 综合型卧式三相分离器简图,1-入口；2-,水平分流器,；3-,稳流装置,；4-,加热器,；5-,防涡罩,；6-污水出口；7-,捕雾板,；8-安全阀接口；9-气液隔板；10-溢流槽；11-天然气出口；12-出油阀；13-,挡沫板,149,图2-4-4 卧式三相分离器结构图,1混合物入口；2入口分流器；3安全阀；4保安装置接口；5除雾器；6原油脱气区；7快速液位调节器；8压力表；9仪表用气出口；10气体出口；11液位计；12膜片阀；13污水出口；14防涡流板；15排污口；16原油出口,150,图2-4-4 所示分离器工作原理图,151,