油气分离技术

油(液)气分离器,CONTENTS,工艺计算,概述,1,分离器操作运行及故障处理,第一节概述,4.油气分离器在渤海石油中的应用实例,1.油气中的杂质在油气生产中的危害性,2.产出流体的分离要求,3.原油处理的最终目的,5.分离器分类,1.1油气中杂质在油气生产中的危害性,腐蚀：由于液态水的存在将加速管道及设备的腐蚀,堵塞：随着积砂的增加堵塞管道、设备,污染化学溶液,液泛影响,1.2产出流体的分离要求,对于天然气处理而言：从气流中分离掉液体、固体及机械杂质；对于原油处理而言：从油流中分离掉气体、固体以及游离水。,1.3原油处理的最终目的,1.分离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%，以利于原油进一步净化；2.分离出油水混合液中的伴生气，伴生气进伴生气处理系统。经处理后，油中含气达到如下要求：分离质量（%）K0.5cm3/m3(气)分离程度（%）S0.05m3/m3(液）3.除去油水混合液中砂等杂质。,1.4油气分离设备在渤海石油应用典型介绍,埕北油田原油处理工艺流程简图,1.5分离器分类,分离器,重力式利用液体和气、固密度的不同而受到的重力的不同来实现分离,旋风式利用液体和气、固做旋转运动时所受到的离心力不同来实现分离,过滤式利用气流通道上的过滤元件或介质实现分离,1.5.1按作用原理分,由于海洋平台与浮式处理油轮主要完成采油、采气及集输的任务，因此在平台及处理油轮上以重力式分离器为主。,计量分离器主要作用是完成油气水的初步分离并计量，一般属低压分离器。,分离器,生产分离器主要作用是完成多口生产井集中进行初步分离后密闭输送，属中高压分离器。,1.5.2按分离器功能进行分类,在海洋平台上，由于空间有限，不能对每口油气井进行连续计量，因此多采用计量分离与生产分离器相接合的方式。,真空分离器,0.1MPa,低压分离器,6MPa,1.5.3按分离器工作压力不同进行分类,1.6重力式分离器的分类,在海洋平台，为提高分离效果，主要以卧式分离器为主。,重力式分离器,根据分离器功能分,两相分离器,三相分离器,卧式立式,按流体流动方向和安装形式分,重力式分离器,1.7分离器的四个操作功能,从分离器内分别引走分离出来的气相和液相，不允许它们有彼此重新夹带掺混的机会,1,2,3,4,脱除气相中所夹带的液沫,脱除液相中所包含的气泡,完成油和气或气和液的基本“相”的分离,除雾段,基本相分离段,1.8分离器分为四个部分：,控制或消减能量,分离和沉降,液体收集和引出段,液滴聚集段,第二节分离器的工作过程,1.两相分离器,2.三相卧式分离器,6.旋风分离器结构及工作原理,7.分离器的外壳及主要内部构件,4.分离器的选择,5.不同流动方式的分离器优缺点比较,8.其它形式的分离器,3.卧式分离器与立式分离器的比较和选择,第二节分离设备的工作过程,锦州20-2生产分离器、段塞流捕集器,2.1两相分离器,埕北油田生产分离器,2.1两相分离器,2.1.1.卧式两相分离器基本结构及工作过程,气液混合流体经气液进口进入分离器进行基本相分离，气体进入气体通道进行重力沉降分离出液滴，液体进入液体空间分离出气泡和固体杂质，气体在离开分离器之前经捕雾器除去小液滴后从出气口流出，液体从出液口流出。,2.1.2.立式两相分离器基本结构及工作过程,2.1两相分离器,气液混合流体经气液进口进入分离器进行基本相分离，气体进入气体通道向上流动通过重力沉降分离出液滴，液体进入液体空间向下流动，同时分离出气泡。气体在离开分离器之前经捕雾器除去小液滴后从出气口流出，液体从出液口流出。,锦州20-2计量分离器、聚集分离器等,槽和堰的设计：要求水堰板应放置于低于油堰板一个距离。,埕北游离水分离器、计量分离器、热处理器等,有界面控制器和堰板：不适用于重质油或者有大量乳化物或石蜡的场合。,2.2三相分离器,特点：,现场应用：,2.2.1一般三相卧式分离器基本结构及工作过程,2.2三相分离器,气液混合流体经气液进口进入分离器进行基本相分离，气体进入气体通道通过整流和重力沉降，分离出液滴；液体进入液体空间分离出气泡，同时在重力条件下，油向上流动，水向下流动得以油水分离，气体在离开分离器之前经捕雾器除去小液滴后从出气口流出，油从顶部经过溢流隔板进入油槽并从出油口流出，水从排水口流出。,2.2.2卧式三相分离器内部结构,2.2三相分离器,气液混合流体经气液进口进入分离器进行基本相分离，气体进入气体通道并经过整流器和重力沉降，分离出液滴；液体进入液体空间分离出气泡后油向上流动、水向下流动得以分离，气体在离开分离器之前经捕雾器除去小液滴后从出气口流出，油从顶部经过溢流隔板进入油槽并从出油口流出，水经溢流档板进入水槽并从排水口流出。,2.2.3应用于埕北计量分离的三相立式分离器,2.2三相分离器,气液混合流体经气液进口进入分离器后通过流速和流向的突变完成基本相分离，气体向上流动在气体通道经重力沉降分离出液滴，液体经降液管进入油水界面，气泡及油向上流动，水向下流动得以分离，气体在离开分离器之前经捕雾器除去小液滴后从出气口流出，油从顶部经过溢流隔板进入油槽并从出油口流出，水从排水口流出。,2.2.4三相立式分离器液位控制系统,2.2三相分离器,2.3卧式分离器与立式分离器的比较和选择,2.4分离设备的选择,1.处理高气油比原油选卧式分离器（有乳状液）,2.处理低气油比原油或油气比非常高原油选立式分离器（气体洗涤器）,2.5各种分离设备优缺点比较,2.6立式旋风分离器结构及工作原理,2.6.1立式旋风分离器结构,2.6旋风分离器结构及工作原理,2.6.2工作原理气体经切向方向进入分离器后作圆周运动，液滴由于较重受到较大离心力而被抛在容器器壁上，最终从气体中分离出来；气体旋转速度逐渐减小最终向上运动从顶部流出，液体从底部流出。,2.7分离器外壳及主要内部构件,2.7.1外壳,内部承压的容器，为圆形筒体，其内径、长度尺寸根据气体处理量以及操作参数设计确定，两端是椭球形或球形的封头。,2.7.2内部构件,2.7分离器外壳及主要内部构件,进口转向器导流档板：快速变化液流方向和速度；旋风式进口：应用离心力分离时采用。波浪破碎器：垂直档板除沫板：倾斜的平行板片或管束。旋流破碎器：破除旋涡防止二次夹带雾沫脱除器丝网垫：适用但易堵塞（气流速度要适宜）。叶板除雾器：改变为层流。离心式除雾器：效果好但压降大且对流量敏感。,2.7分离器外壳及主要内部构件,导流挡板和旋风式进口原理图,2.7分离器外壳及主要内部构件,滤网及除雾器原理图,叶板除雾器原理,2.7分离器的外壳及主要内部构件,气体经过叶板除雾器时被强制分成多条支流，使流动变得稳定，液滴易于沉降。,2.8其它形式分离器,应用于锦州20-2南平台生产分离的双桶式分离器结构,气液混合流体经生产管汇进入分离器进行基本相分离，气体在气体通道经重力沉降分离并经过整流器完成气液分离，液体进入液体空间同时分离出气泡；气体在离开分离器之前经捕雾器除去小液滴后从出气口流出，油及水向下流动进入下面的桶体，并在其中完成油水分离，油从顶部经过溢流隔板进入油槽并从出油口流出，从排水口流出。,卧式离心油气圆筒分离器结构,应用于SZ36-1生产平台,气液混合流体经气液进口进入分离器进行基本相分离，气体进入气体通道并经过整流器进行重力沉降分离出液滴，液体进入液体空间分离出气泡及油向上流动，水向下流动得以分离，气体在离开分离器之前经捕雾器除去小液滴后从出气口流出，油从顶部经过溢流隔板进入油槽并从出油口流出，水经溢流档板进入水槽并从排水口流出。,典型的过滤式分离器结构图,气体经上部进入，经过滤管进入二级分离，而较大液滴及粉尘则留在分离器一级分离段内进入储液槽，气体在二级分离段经捕雾后从右侧流出。,CTT型卧式分离器,含有少量气，水的油经接收室进入分离器，经重力沉降后，由疏流室稳流后进入分离室。在分离室内，油液均匀较薄层的流动使气泡得以分离，分离出的气泡从顶部流出，油流进入集液室经原油出口流出，水经排污口流出。,立式油气分离器,气液混合流体经气液进口进入分离器进行基本相分离，气体在折流板内经不空隙逸出到气相空间得到分离，气体在离开分离器之前经整流、捕雾后从出气口流出，液体进入液体空间分离出气泡及油向上流动，水向下流动得以分离，油从出油口流出，水经排水口流出。,综合型卧式三相分离器结构图,在此分离器内除完成三相分离的功能外还能对原油进行加热，故称为综合型三相分离器。,综合型卧式三相分离器结构特点,热化学脱水器结构,应用于埕北油水分离,此分离器的主要功能是将乳状水能过斜板除水器从原油中分离出来。,陶粒脱水器结构图,应用于SZ36-1过滤器,陶粒脱水器的基本功能是通过润湿破乳的原理利用陶粒的亲水憎油特性达到分离小的乳状水的目的。,大港油田滨海站陶粒脱水器与立式沉降罐工艺参数对比,HNS三相分离器结构,应用于SZ36-1生产分离,HNS型三相分离器的特点,采用预脱气技术,增大三相分离器液体有效处理容积采用活性水水洗技术采用先进的混合液入口装置采用“倒虹吸”技术采用单台设备双向进料、中间出液技术,第三节分离器的检验标准,3.1分离质量K定义：分离器出口处每标准立方米气体所带液量的多少。计算公式：,第三节分离器的检验标准,3.2分离程度S定义：分离器在分离的温度、压力下，从其出液口中排出的液体所携带的游离气体积和液体体积之比值。计算公式：,第三节分离器的检验标准,3.3我国规定的分离器工作标准：,第四节分离器操作运行及故障处理,4.1浮式生产系统的运动对工艺设备操作性能的影响及处理办法,合理布置容器，尽可能减少设备的运动振幅。对浮式生产系统最有害的运动是纵摇，故工艺容器的轴向应当布置成沿最小的纵摇方向。合理设计容器的尺寸和内部构件。增加卧式分离器的直径和减少长度；增加容器内堰板数量并改进堰板的形式。,第四节分离器操作运行及故障处理,浮式生产系统的运动对工艺设备操作性能的影响示意图,影响形式：纵摇横摇垂荡纵荡,4.1浮式生产系统的运动对工艺设备操作性能的影响及处理办法,第四节分离器操作运行及故障处理,容器横截面积变小和气体流速增加与纵摇运动角度的关系,第四节分离器操作运行及故障处理,4.2石蜡沉淀的影响及处理办法,处理办法:蒸汽或溶剂热处理或化学处理内壁加上塑料涂层,影响形式：降低分离效果产生蜡堵，分离器无法工作,第四节分离器操作运行及故障处理,4.3固体杂质的影响及处理办法,高速流动流体中的固体颗粒对管壁的冲蚀，产生严重隐患。处理办法：立式分离器作成45或60的锥形底。卧式分离器沿长度在底部设若干个排放口。,第四节分离器操作运行及故障处理,4.4分离器的三种保护,预报警实施关停,4.5分离器操作运行及故障处理一览表,第五节分离设备的工艺计算,5.1.1颗粒的沉降假设颗粒在分离器中的运动速度为常数：重力等于阻力颗粒为球形，大小不变计算公式G=A+R,5.1两相分离理论,第五节分离设备的工艺计算,重力：阻力：浮力：通过以上公式可计算出颗粒的沉降速度w的值。,式中：d颗粒的直径，m；g、L分别为操作条件下气体和颗粒的密度，kg/m3g重力加速度，m/s2w颗粒或液滴在气体中的沉降速度，m/sCD气流携带系数，无因次。,第五节分离设备的工艺计算,5.1.2气流携带系数CD的确定气流携带系数与流态有关，不同的流态区域内气流携带系数数值也不一样。各区域的范围和相应的关系可查表得到。,Re2:CD=24/Re2Re500:CD=18.5Re-0.6500Re2105:CD=0.34Re2105:CD=0.1,第五节分离设备的工艺计算,5.1.3颗粒的沉降速度w值的计算根据以上公式可推导出沉降速度w的计算公式：,其中：,第五节分离设备的工艺计算,5.1.4讨论：（1）介质不流动时，仅重力作用：沉降速度的影响因素：d、L、g、操作条件下天然气的粘度（2）气流向上流动（考虑相对运动速度w）：wv：颗粒向下沉降（速度）（3）颗粒大小影响：气体分离段：气体负荷设计方程是基于脱除100m的颗粒雾沫脱除器脱除直径在10100m的颗粒,第五节分离设备的工艺计算,（4）颗粒大小影响：气体分离段：气体负荷设计方程是基于脱除100m的颗粒。雾沫脱除器脱除直径在10100m的颗粒。（5）停留时间:定义：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。停留时间为30秒到3分钟。,第五节分离设备的工艺计算,5.2两相分离器尺寸设计方法一般方程式：1.当颗粒直径不大于（2080）10-6m，且雷诺数Re2时，n=1，a=24，则以上方程变为下列式：,第五节分离设备的工艺计算,2.当颗粒直径小于（300800）10-6m，且雷诺数2Re500时，n=0.6，a=18.51，则以上方程变为下列式：3.当颗粒直径大于（300800）10-6m，且雷诺数500Re1500时，CD=0.44，则以上方程变为下列式：将以上公式制为图表便可得下图，通过此图，可查得在不同压力下，水滴的沉降速度w与其直径d的关系。,第五节分离设备的工艺计算,第五节分离设备的工艺计算,5.3立式重力式分离器的尺寸设计1.分离器直径及高度的计算,第五节分离设备的工艺计算,2.分离器进出口直径的计算取进口速度v1为15m/s取出口速度为v2为10m/s,第五节分离设备的工艺计算,5.4卧式重力式分离器尺寸设计,第五节分离设备的工艺计算,计算公式：由上图得到：而：代入上式有：令：得：,第五节分离设备的工艺计算,以上公式中：Q操作条件下流体体积流量，m3/s；L卧式分离器长度，m；D卧式分离器直径，m；截面积利用系数，0.80.95；w颗粒或液滴在气体中的沉降速度，m/s。,第五节分离设备的工艺计算,5.5立式与卧式分离器的比较设颗粒沉降的有效面积（颗粒沉降的工作面积）:则：立式分离器卧式分离器结论：当直径相同时，卧式分离器的效率就比立式分离器的效率高。,第五节分离设备的工艺计算,.三相分离设备的工作过程,第五节分离设备的工艺计算,5.7旋风式分离器定义：利用离心力来分离气流中颗粒的分离器原理：利用离心力过程：,第五节分离设备的工艺计算,颗粒分离规律：假定：颗粒作匀速运动，即：离心力阻力联立求解：,第五节分离设备的工艺计算,讨论：1.当颗粒直径不大于（2080）10-6m，且雷诺数Re2时，n=1，a=24，则方程变为：2.当颗粒直径小于（300800）10-6m，且雷诺数2Re