油气分离器 液气分离器

油气分离器液气分离器第1页，共83页，2023年，2月20日，星期六CONTENTS工艺计算概述1分离器的工作过程2543分离器的检验标准分离器操作运行及故障处理第2页，共83页，2023年，2月20日，星期六第一节概述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.分离器分类第3页，共83页，2023年，2月20日，星期六1.1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第4页，共83页，2023年，2月20日，星期六1.2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。第5页，共83页，2023年，2月20日，星期六1.3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（%）K≤0.5cm3/m3(气)分离程度（%）S≤0.05m3/m3

(液）3.除去油水混合液中砂等杂质。第6页，共83页，2023年，2月20日，星期六1.4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第7页，共83页，2023年，2月20日，星期六1.5

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按作用原理分第8页，共83页，2023年，2月20日，星期六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。第9页，共83页，2023年，2月20日，星期六计量分离器

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第10页，共83页，2023年，2月20日，星期六在海洋平台上，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。第11页，共83页，2023年，2月20日，星期六真空分离器<0.1MPa低压分离器<1.5MPa中压分离器1.5~6MPa高压分离器>6MPa1.5.3按分离器工作压力不同进行分类第12页，共83页，2023年，2月20日，星期六1.6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第13页，共83页，2023年，2月20日，星期六1.7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1234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”的分离第14页，共83页，2023年，2月20日，星期六除雾段积液段重力沉降段基本相分离段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15页，共83页，2023年，2月20日，星期六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16页，共83页，2023年，2月20日，星期六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2.1两相分离器卧式分离器立式分离器埕北油田生产分离器第17页，共83页，2023年，2月20日，星期六2.1两相分离器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。第18页，共83页，2023年，2月20日，星期六2.1.2.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。第19页，共83页，2023年，2月20日，星期六锦州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：第20页，共83页，2023年，2月20日，星期六2.2.1一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。第21页，共83页，2023年，2月20日，星期六2.2.2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。第22页，共83页，2023年，2月20日，星期六2.2.3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。第23页，共83页，2023年，2月20日，星期六2.2.4三相立式分离器液位控制系统2.2三相分离器第24页，共83页，2023年，2月20日，星期六2.3卧式分离器与立式分离器的比较和选择比较内容卧式分离器立式分离器分离效果较好较差排污能力较差较好占地面积较大较小操作方便较难操作搬运方便较难操作液面波动不易控制易于控制第25页，共83页，2023年，2月20日，星期六2.4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）第26页，共83页，2023年，2月20日，星期六2.5各种分离设备优缺点比较比较内容

卧式

立式

球形

分离效率最好中等最差分离后流体的稳定性最好中等最差变化条件的适应性最好中等最差操作的灵活性中等最好最差处理能力（直径相同）最好中等最差单位处理能力的费用最好中等最差处理外来物能力最差最好中等处理起泡原油的能力最好中等最差活动使用的适应性最好最差中等安装所需要的空间最好中等最差纵向上最好最差中等横向下最差最好中等安装的容易程度中等最差最好检查维护的容易程度最好最差中等第27页，共83页，2023年，2月20日，星期六2.6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第28页，共83页，2023年，2月20日，星期六2.6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。第29页，共83页，2023年，2月20日，星期六2.7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。第30页，共83页，2023年，2月20日，星期六2.7.2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。第31页，共83页，2023年，2月20日，星期六2.7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第32页，共83页，2023年，2月20日，星期六2.7分离器外壳及主要内部构件滤网及除雾器原理图第33页，共83页，2023年，2月20日，星期六叶板除雾器原理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。第34页，共83页，2023年，2月20日，星期六2.8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。第35页，共83页，2023年，2月20日，星期六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。第36页，共83页，2023年，2月20日，星期六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。第37页，共83页，2023年，2月20日，星期六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。第38页，共83页，2023年，2月20日，星期六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。第39页，共83页，2023年，2月20日，星期六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。第40页，共83页，2023年，2月20日，星期六内部构件作

用

入口分流器与流体流动方向垂直安装并开有两排液槽，使液体以瀑布形式流向水平分流。稳流装置

使初步分离得到的气液两相都得到稳流，减少流体的波动和扰动，给油气水沉降分离创造良好条件。加热器提高油温，促使集液部分的游离水从原油中沉降。防涡罩防止排液时产生旋涡，带走污水上部的原油。挡沫板阻止浮在液面上的气泡向原油出口方向流动，使气泡在液面上有足够的停留时间，破裂并进入气相。平行捕雾板板间为30m，与水平线呈30°倾角，板面与气流方向平行，起到气体整流、缩短油液沉降距离的作用，并使部分油滴被湿润的板表面聚结。综合型卧式三相分离器结构特点第41页，共83页，2023年，2月20日，星期六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。第42页，共83页，2023年，2月20日，星期六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。第43页，共83页，2023年，2月20日，星期六大港油田滨海站陶粒脱水器与立式沉降罐工艺参数对比对比参数立式沉降罐陶粒脱水器容器规格2000m342×4m3卧式容器处理量，m3／d5000500液体停留时间，min42040原油剩余含水率，%371.71脱出水含油率，%1.70.03第44页，共83页，2023年，2月20日，星期六HNS三相分离器结构应用于SZ36-1生产分离第45页，共83页，2023年，2月20日，星期六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46页，共83页，2023年，2月20日，星期六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47页，共83页，2023年，2月20日，星期六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48页，共83页，2023年，2月20日，星期六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49页，共83页，2023年，2月20日，星期六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50页，共83页，2023年，2月20日，星期六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51页，共83页，2023年，2月20日，星期六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52页，共83页，2023年，2月20日，星期六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53页，共83页，2023年，2月20日，星期六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54页，共83页，2023年，2月20日，星期六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压力变送器检测压力安全阀1过压/欠压保护压力变送器检测压力安全阀2油液位高/低保护

预报警实施关停3油水界面低保护预报警实施关停第55页，共83页，2023年，2月20日，星期六问题可能原因处理措施操作压力过高①天然气管线冻结或严重堵塞；②压力控制系统失灵；③报警系统失灵通过压力表检查分离器的操作压力；若压力正常，属原因③，检修报警系统;若压力过高，属原因①,检查天然气及燃料气系统，解堵或解冻即可；若属原因②，则检修压力控制系统操作压力过低①管线或容器渗漏；②压力控制系统失灵；③报警系统失灵通过压力表检查分离器的操作压力；若压力正常，属原因③，检修报警系统；若压力低于设定值，属原因①，关闭系统进行检修，若属原因②，则检修压力控制系统操作水位过高①水排出管线阻塞；②水位控制系统失灵；③报警系统失灵通过液位计检查分离器水位；若水位正常，输原因③，检修报警系统；如果水位高于设定值，输原因①，检查出口截止阀；若属原因②，则关闭上下游截止阀，由旁通阀调节水位控制系统操作水位过低①容器或管线渗漏；②水位控制系统失灵；③报警系统失灵；④排放阀打开；⑤设置值偏高通过液位计检查分离器的操作水位:若水位低于设定值，属原因①，关闭系统进行检修；属原因②，打开旁通阀并关闭上下游截止阀，由旁通阀调节水位，对水位控制系统进行检修；属原因④，关闭排放阀；属原因⑤，调整设定值。如果分离器水位正常，属原因③，则检修报警系统操作油位过高①出油管线阻塞；②油位控制系统失灵；③设定值偏低；④报警系统失灵通过液位计检查分离器的油位；如果油位高于设定值，属原因①，检查油出口管线上截止阀；属原因②，打开旁通阀并关闭上下游截止阀，由旁通阀手动调节油位，并对有位控制系统进行检修；属原因③，重新调整设定值。如果油位正常，则属原因④，检修报警系统操作油位过低①管线或容器渗漏；②油位控制系统失灵；③容器出口堵塞；④排放阀打开；⑤设定值偏高；⑥报警系统失灵通过液位器检查分离器的操作油位；如果油位低于设定值，属原因①，关闭系统后全面检查；属原因②，检修油位控制系统；属原因③，检查分离器入口阀门；属原因④，关闭排放阀；属原因⑤，重新调整设定值。如果分离器油位正常，则属原因⑥，检修报警系统4.5分离器操作运行及故障处理一览表第56页，共83页，2023年，2月20日，星期六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+R5.1两相分离理论第57页，共83页，2023年，2月20日，星期六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；

ρg、ρL—分别为操作条件下气体和颗粒的密度，kg/m3

g—

重力加速度，m/s2

w—

颗粒或液滴在气体中的沉降速度，m/s

CD—气流携带系数，无因次。第58页，共83页，2023年，2月20日，星期六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59页，共83页，2023年，2月20日，星期六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60页，共83页，2023年，2月20日，星期六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）：w<v：颗粒被气流带走（速度）w＝v：颗粒成悬浮状态（速度）w>v：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10~100

m的颗粒第61页，共83页，2023年，2月20日，星期六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10~100m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62页，共83页，2023年，2月20日，星期六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（20~80）10-6m，且雷诺数Re2时，n=1，a=24，则以上方程变为下列式：第63页，共83页，2023年，2月20日，星期六第五节分离设备的工艺计算2.当颗粒直径小于（300~800）10-6m，且雷诺数2<Re500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（300~800）10-6m，且雷诺数500<Re<1500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64页，共83页，2023年，2月20日，星期六第五节分离设备的工艺计算第65页，共83页，2023年，2月20日，星期六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66页，共83页，2023年，2月20日，星期六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67页，共83页，2023年，2月20日，星期六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68页，共83页，2023年，2月20日，星期六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69页，共83页，2023年，2月20日，星期六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；

η

—截面积利用系数，0.8～0.95；

w

—

颗粒或液滴在气体中的沉降速度，m/s。

第70页，共83页，2023年，2月20日，星期六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71页，共83页，2023年，2月20日，星期六第五节分离设备的工艺计算５.６三相分离设备的工作过程第72页，共83页，2023年，2月20日，星期六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73页，共83页，2023年，2月20日，星期六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74页，共83页，2023年，2月20日，星期六第五节分离设备的工艺计算讨论：1.当颗粒直径不大于（20~