第4章 油气分离设备

1、12345常温集气站常温集气站低温集气站低温集气站水合物水合物天然气的净化天然气的净化天然气脱水天然气脱水凝液回收凝液回收工艺流程工艺流程矿场集输管网矿场集输管网67891011 立式分离器的主体为一立式圆筒体，气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，基本结构和分离流出口，底部为液体出口，基本结构和分离过程如图过程如图4-4-1 1所示。所示。 12图图4-4-1 1 立式分离器原理图立式分离器原理图13立式分离器原理图立式分离器原理图14151617181920图图4-4-2 2卧式分离器原理图卧

2、式分离器原理图21222324252627282930图图4-3 4-3 球形分离器原理图球形分离器原理图3132图图4-4 4-4 卧式双筒分离卧式双筒分离器原理图器原理图3334 旋风分离器原理图旋风分离器原理图11入口短管；入口短管；22分离器圆筒部分；分离器圆筒部分；33气体出气体出口；口； 4 4分离器的锥筒部分；分离器的锥筒部分；55集液部分集液部分35363738图图4-5 4-5 过滤分离器原理图过滤分离器原理图394041424344454647图图4-7 4-7 除沫板结构示意图除沫板结构示意图4849图图4-84-8旋流破碎器旋流破碎器5051图图4-9 4-9 三种常用

3、的除雾器结构三种常用的除雾器结构( (a) a) 网垫；网垫；( (b)b)拱板；拱板；( (c) c) 波纹板波纹板5253 当气液初步分离后，气相处于紊流状当气液初步分离后，气相处于紊流状态对液滴的自然重力沉降不利。如图态对液滴的自然重力沉降不利。如图4-4-1010所示为气相整流件，在分离器某一长度内所示为气相整流件，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，设置一系列并有适当间距的平行薄板，气气体通过狭窄的平行间隙，作层状流动，促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。进了气相中液滴的重力沉降。该构件在气该构件在气相负荷高、气速较大的场合十分有用。相负荷

4、高、气速较大的场合十分有用。54图图4-10 4-10 气相整流件气相整流件55 气液挡板如图气液挡板如图4-11 4-11 所示，结构十分简所示，结构十分简单，但是对分离器操作有大影响的元件。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。挡板位置一般略高于控液面或与液面平行。有以下功能：有以下功能：u 防止气相窜入液相和激起液相飞溅；防止气相窜入液相和激起液相飞溅；u 保持液面的稳定，有利于油水自然沉降保持液面的稳定，有利于油水自然沉降分离。分离。56图图4-11 4-11 气液挡板气液挡板57585960616263dgtt 64geffguLtwdtd2/dg

5、tt 28gQud dd分离器的内径，分离器的内径， Leff Leff分离器内产生分离作用的分离器内产生分离作用的有效长度，有效长度， Q Q工况下的气体流量，工况下的气体流量，m m3 3/d/d；6566 d dm m液滴直径，液滴直径，m ml l液滴的密度，液滴的密度，kg/mkg/m3 3g g气体的密度，气体的密度，kg/mkg/m3 336mgAdg重力：重力：浮力：浮力：334326mlmldGgdgRGA672242DmgwRCdggC CD D绕流阻力系数；绕流阻力系数；w w 液滴的沉降速度，液滴的沉降速度，m/sm/s；d dm m液滴的直径，液滴的直径，m m。17

6、621762年牛年牛顿绕流阻顿绕流阻力公式力公式RGF68322()642mlgDmgdgCwdggGFR694()3mlgDggdwC（4-14-1）ReDnaC 70182gdwgl（4-4）71ggwdRe34032450.ReReC.D（4-6）724()3mlgDggdwC34032450.ReReC.DRemggwd（4-6）（4-1）用到的公式：用到的公式：734()3mlgnDggdwCRemggwd34032450.ReReC.D74nnWW175计算计算wnCD取初值，取初值，n=1计算计算Re计算计算CD计算计算wn+1|wn-wn+1|开始开始n=n+1结束结束w=(w

7、n+wn+1)/2YN76SY/ T 0515-1997SY/ T 0515-1997油气分离器规范油气分离器规范GB 50350-2005 GB 50350-2005 油气集输设计规范中规定油气集输设计规范中规定颗粒直径取值为颗粒直径取值为60m60m100m100m77787980KPTZQdLgeff31041. 1 d d分离器的内径，分离器的内径，mmmm ；L Leffeff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 m ； T T分离器的操作温度，分离器的操作温度，K K ； P P分离器的操作压力，分离器的操作压力，MPaMPa（绝）；绝）； Q Qg

8、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 815 . 0mDgLgdCK82LreffQtLd17652mm831000dLLeffsseffssLL34对气体负荷：对气体负荷： 对液体负荷：对液体负荷： 84ggAQu28dAg8640000pTZTpQQg工作流量（工作流量（m m3 3/s/s）气体流速（气体流速（m/sm/s）流通面积（流通面积（m m）推导公式时注意推导公式时注意单位统一单位统一8528gQudgeffguLtwdtd2/gDglmCgdw3)(4mdgtt 86其中00.5034864001. 1 13404

9、efggDlgfmgeffPTZQTCdLTZQgPddLKP 5 . 0mDgLgdCK其中mmm d d分离器的内径，分离器的内径，mmmm ； L Leffeff分离器内产生分离作用的分离器内产生分离作用的有效长度，有效长度，m m ； T T分离器的操作温度，分离器的操作温度，K K ； P P分离器的操作压力，分离器的操作压力，MPaMPa（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 8760244212lreffQtLdlreffQtLd18012推导公式时注意推导公式时注意单位统一单位统一88KPTZ

10、QdLgeff31041. 11000dLLeffssLreffQtLd17652effssLL348990图图4-12 4-12 立式分离器示意图立式分离器示意图91KpTZQdg142.025 . 0)(DglgCKdm=100m92ggAQu24dAgwug8640000pTZTpQQg93KpTZQdg142.025 .0)(DglgCK其中gDglmCgdw3)(4dm=100m94lrQthd521085. 895602442lrQthdlrQthd36012推导公式时注意推导公式时注意单位统一单位统一9610001930hLss立式分离器的长径比（立式分离器的长径比（L Lsss

11、s/D/D）一般按一般按3 34 4考虑。考虑。10001016dhLss9798gDglCgdw3)(499124Re50518.Re.100gglgdw18)(2101286. 0428. 0714. 0714. 0143. 1)(153. 0ggglgdw1025 . 0)(74. 1ggldgw103假设流态假设流态计算计算W校核流态校核流态结结 束束调整流态调整流态否是104105Vw 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 w是指直是指直径为径为100100m m 液滴的沉降速度。液滴的沉降速度。 106VDQ248640000pTZTpQQg单位换算单位换算：10

12、7VDQQ241085 . 0785. 0wQDDH)104(1095 . 0785. 0vQD110111 立式分离器的结构尺寸立式分离器的结构尺寸l l一天然气出口；一天然气出口；22油气进口油气进口 ；3 3一原油出口；一原油出口；44排污口；排污口；5 5高液位；高液位；6 6一低液位一低液位112113114VLWDDwLV 115气流速度气流速度v 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： 104 ADL令：令：oFQv式中式中 面积利用系数。面积利用系数。 V=AW= =AW116wAQD785. 0117118卧式分离器的结构尺寸卧式分离器的结构尺寸 11油气

13、进口油气进口 ；22天然气出口；天然气出口；33油出口油出口119120 立式重力式分离器的沉降工作面积等于立式重力式分离器的沉降工作面积等于其横截面积其横截面积 。立式分离器：立式分离器：FwQF0121卧式分离器：卧式分离器：FwQAF0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 A倍。倍。 122123124图图4-14 4-14 三种常用的除雾器结构三种常用的除雾器结构( (a) a) 网垫；网垫；( (b)b)拱板；拱板；( (c) c) 波纹板波纹板125gglKumax126127gguQD4式中式中 ug设计气流速度，设计气流

14、速度，m/s。128129130131132旋风式分离旋风式分离器的剖视图器的剖视图133 气体质点以相同的角速度作回转运动（如气体质点以相同的角速度作回转运动（如同固体作回转运动一样）。气体在分离器内同固体作回转运动一样）。气体在分离器内回转时，中心的静压力最小，外圈的静压力回转时，中心的静压力最小，外圈的静压力最大。其压差取决于气体回转的速度，回转最大。其压差取决于气体回转的速度，回转速度愈大，则外圈与中心的压差也就愈大。速度愈大，则外圈与中心的压差也就愈大。134 现假定在回转的气流中有一球形颗粒可现假定在回转的气流中有一球形颗粒可以以近似地认为它受到两种力的作用。近似地认为它受到两种力

15、的作用。 离心力：离心力： 2326rdrumfL135介质给与的阻力：介质给与的阻力：gwgdCRgD2422136 当颗粒在气流中平衡或作匀速运动时，当颗粒在气流中平衡或作匀速运动时，近似地有如下条件：近似地有如下条件：将和代入到中，整理后得：RF 2234rCdwgDLawdrdwnggL/2234或137（1 1）、当微小颗粒时）、当微小颗粒时: :（2 2）、当较大颗粒时）、当较大颗粒时: :1822rdwL71022904307101411530.rdwgL138（3）、当最大颗粒时:502741.rdwgL139由上面三个方程看出由上面三个方程看出: : 在离心力作用下，颗粒沉降

16、的速度不仅取在离心力作用下，颗粒沉降的速度不仅取决于介质的状态和颗粒的直径，而且还取决于决于介质的状态和颗粒的直径，而且还取决于旋风分离器的结构和尺寸。旋风分离器的结构和尺寸。 如果不考虑重力式分离器内浮力对颗粒的如果不考虑重力式分离器内浮力对颗粒的影响影响, ,颗粒在离心力作用下的沉降速度要比颗粒颗粒在离心力作用下的沉降速度要比颗粒在重力作用下的沉降速度大在重力作用下的沉降速度大 倍，其中倍，其中m=1m=1（最大）、最大）、0.710.71和和0.50.5（最小），从而可以得到（最小），从而可以得到下面结论：下面结论：在相同条件下，旋风分离器的分离在相同条件下，旋风分离器的分离效果要比重力

17、式分离器的效果为好。效果要比重力式分离器的效果为好。mgr2140 关于颗粒在旋风分离器内运动的严密理论，关于颗粒在旋风分离器内运动的严密理论，至今尚末建立，因此在计算时，常利用基于实至今尚末建立，因此在计算时，常利用基于实验研究的经验公式。验研究的经验公式。旋风分离器的计算是联立旋风分离器的计算是联立求解水力损失方程和产量公式而得出其直径；求解水力损失方程和产量公式而得出其直径；而旋风分离器的其他尺寸则根据直径来选定。而旋风分离器的其他尺寸则根据直径来选定。141gvCPgD22式中式中 旋风分离器内的压力降，旋风分离器内的压力降，mmmm水柱；水柱； 在分离器内压力、温度条件下的气体密度，

18、在分离器内压力、温度条件下的气体密度， k k kg / kg / m3 ； v v气体在分离器内的平均流速气体在分离器内的平均流速m/sm/s； C CD D水力阻力系数，由实验测定；一般取为水力阻力系数，由实验测定；一般取为180180；Pg由水力损失方程：142由产量公式：由产量公式： vDQ24293101325086400TZPQQg.流量公式：14325. 02536. 0PCQDgDgP一般取为一般取为5555180180；正常情况下取为；正常情况下取为55557575由得：1445 . 01785. 0uQD145146147148149150 在油气开采的过程中，特别是在油气

19、井在油气开采的过程中，特别是在油气井开采的中后期，开采出的液体中常常是油中开采的中后期，开采出的液体中常常是油中含水或水中含油，因而在生产过程中，不仅含水或水中含油，因而在生产过程中，不仅需要把气、液分离开，而且还需要把油和水需要把气、液分离开，而且还需要把油和水（游离水）分离开，这种同时实现油、气、（游离水）分离开，这种同时实现油、气、水分离的设备称为三相分离器。水分离的设备称为三相分离器。151 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。工艺计算。152153154155 油和乳状液从堰板上面溢出。堰板下游的油和乳状液从堰板上面溢出。堰板下游的油面由液面

20、控制器操纵出油阀控制于恒定的高油面由液面控制器操纵出油阀控制于恒定的高度。油水界面控制器操纵排水阀的开度，使油度。油水界面控制器操纵排水阀的开度，使油水界面保持在规定的高度，气体水平地通过重水界面保持在规定的高度，气体水平地通过重力沉降部分，经除雾器后由气体出口流出。分力沉降部分，经除雾器后由气体出口流出。分离器的压力由设在出气管上的阀门控制。油气离器的压力由设在出气管上的阀门控制。油气界面的高度依据气液分离的需要可在界面的高度依据气液分离的需要可在1/21/2至至3/43/4直径间变化，一般采用直径间变化，一般采用1/21/2直径。直径。156157图图4-21 4-21 卧式三相分离器结构

21、（卧式三相分离器结构（2 2）158 分离器内的水堰板高度要比油堰板高度分离器内的水堰板高度要比油堰板高度足够低，这样就给油层厚度提供了充分的停足够低，这样就给油层厚度提供了充分的停留时间。如果水堰板过于低，而密度之差又留时间。如果水堰板过于低，而密度之差又不是如预期的那样大，则油层厚度的增长可不是如预期的那样大，则油层厚度的增长可能达到某一位置，使油在油槽下面通过而从能达到某一位置，使油在油槽下面通过而从水的出口处流走。通常，油堰板或者水堰板水的出口处流走。通常，油堰板或者水堰板做成可调节的，这样就可以适应油、水密度做成可调节的，这样就可以适应油、水密度的变化或者流量的变化。的变化或者流量的

22、变化。159 为得到所期望的油层高度，水堰板应当为得到所期望的油层高度，水堰板应当放置于低于油堰板一个距离。这个距离可放置于低于油堰板一个距离。这个距离可由下列公式计算：由下列公式计算：式中：式中：hh低于油堰板的距离，低于油堰板的距离，m m； h h0 0期望的油层高度，期望的油层高度，m m； 0 0油的密度，油的密度， kg/mkg/m3 3； w w水的密度，水的密度，kg/mkg/m3 3。whh001160161 界面控制具有容易调节的优点，它便于界面控制具有容易调节的优点，它便于应付油或水的相对密度变化或其流量的变应付油或水的相对密度变化或其流量的变化。然而对于重质、高含蜡乳状

23、液原油，化。然而对于重质、高含蜡乳状液原油，界面控制就难于操作。因而，在这种情况界面控制就难于操作。因而，在这种情况下适宜采用图下适宜采用图4-214-21所示的油槽和堰板来控所示的油槽和堰板来控制。制。162163图图4-23 4-23 立式三相分离器结构立式三相分离器结构164165166167168169170171172图图4-24 4-24 三相分离器的三种液位控制三相分离器的三种液位控制173174 第二种方法用一块第二种方法用一块隔油板（堰板）隔油板（堰板）控制油控制油气界面，全部原油在排气界面，全部原油在排出容器前必须上升到隔出容器前必须上升到隔油板的高度，所以油水油板的高度，所以油水分离效果较好。缺点是分离效果较好。缺点是油箱占据一部分空间，油箱占据一部分空间，并将在油箱底部产生不并将在油箱底部产生不易排出的沉积物，且制易排出的沉积物，且制造成本较高。造成本较高。175 第三种方法是用两块第三种方法是用两块档板（堰板），取消了档板（堰板），取消了界面浮子。界面浮子。界面是由外界面是由外部档水板与隔油档板或部档水板与隔油档板或与出油口的相对高度控与出油口的相对高度控制的。这与卧式分离器制的。这与卧式分离器的油槽档板设计相似。的油槽档板设计相似。此种结构的优点是取消此种结构的优点是取消了界面控制，缺点是需了界面控制，缺点是需