1、12543第一节第一节 概述概述腐蚀：腐蚀：由于液态水的存在将加速管道及由于液态水的存在将加速管道及设备的腐蚀设备的腐蚀堵塞：堵塞：随着积砂的增加堵塞管道、设备随着积砂的增加堵塞管道、设备污染化学溶液污染化学溶液液泛影响液泛影响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；离掉液体、固体及机械杂质；对于原油处理而言：从油流中分离对于原油处理而言：从油流中分离掉气体、固体以及游离水。掉气体、固体以及游离水。1.3 原油处理的最终目的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
2、%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(气气)分离程度（%）S 0.05m3/m3(液）3.除去油水混合液中砂等杂质。原油处理工艺流程简图原油处理工艺流程简图1.5 分离器分类分离器分类重力式 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计量分离器计量分离器 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。分离器分离器生产分离器生产分离器 主要作用是完
3、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。0.1MPa6MPa在海洋平台，为提高分离效果，主要以卧式分离器为主。重力式分离器重力式分离器两相分离器三相分离器卧式立式重力式分离器重力式分离器1234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1.两相分离器两相分离器2.三相卧式分离器三相卧式分离器6.旋风分离器结构及工作原理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分离器的外壳及主要内部构件4.分离器的选择分离器的选择5.不同流动方式的分离器优缺点比较不同流动方式的分离器优缺点比较8.其它形式的分离器其它形式的分离器3.卧式分离器与立式分离器的比较和选择卧式分离器
4、与立式分离器的比较和选择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立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
5、流出。2.2.1 一般三相卧式分离器基本结构及工作过程一般三相卧式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卧式三相分离器内部结构 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
6、，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应用于埕北计量分离的三相立式分离器 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三相立式分离器液位控制系统比较内容分离效果较好较差排
7、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比较内容比较内容 卧式卧式 立式立式 球形球形 分离效率分离效率最好最好中等中等最差最差分离后流体的稳定性分离后流体的稳定性最好最好中等中等最差最差变化条件的适应性变化条件的适应性最好最好中等中等最差最差操作的灵活性操作的灵活性中等中等最好最好最差最差处理能力（直径相同）处理能力（直径相同）最好最好中等中等最差最差单位处理能力的费用单位处理能力的费用最好最好中等中等最差最差处理外来物能力处理外来物能力最差最差最好最好中等中等处理起泡原油的能力处理起泡原油的能力最好最好中等中等最差最差活动使用的适应性活动使用的
8、适应性最好最好最差最差中等中等安装所需要的空间安装所需要的空间最好最好中等中等最差最差纵向上纵向上最好最好最差最差中等中等横向下横向下最差最差最好最好中等中等安装的容易程度安装的容易程度中等中等最差最差最好最好检查维护的容易程度检查维护的容易程度最好最好最差最差中等中等2.6.1 立式旋风分离器结构立式旋风分离器结构 2.6.2 工作原理工作原理 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。2.7.1 外壳外壳内部承压的容器，为圆形筒内部承压的容器，为圆形筒体，其内径、长度
9、尺寸根据气体体，其内径、长度尺寸根据气体处理量以及操作参数设计确定，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。两端是椭球形或球形的封头。2.7.2 内部构件内部构件q进口转向器进口转向器导流档板：快速变化液流方向和速度；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。旋风式进口：应用离心力分离时采用。q波浪破碎器：波浪破碎器：垂直档板垂直档板q除沫板除沫板：倾斜的平行板片或管束。倾斜的平行板片或管束。q旋流破碎器：破除旋涡防止二次夹带旋流破碎器：破除旋涡防止二次夹带q雾沫脱除器雾沫脱除器丝网垫：适用但易堵塞（气流速度要适宜）。丝网垫：适用但易堵塞（气流速度要适宜
10、）。叶板除雾器：改变为层流。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。离心式除雾器：效果好但压降大且对流量敏感。导流挡板和旋风式进口原理图导流挡板和旋风式进口原理图滤网及除雾器原理图滤网及除雾器原理图叶板除雾器原理 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。应用于锦州应用于锦州20-2南平台生产分离的双桶式分离器结构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
11、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。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。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。含有少量气，水的油经接收室进入分离器，经重力沉降后
12、，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。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。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。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，
13、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30 m，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。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。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。对比参数立式沉降罐陶粒脱水器
14、容器规格2000m342 4m3卧式容器处理量，m3d5000500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应用于SZ36-1生产分离3.1 分离质量分离质量K K 定义：分离器出口处每标准立方米气体定义：分离器出口处每标准立方米气体所带液量的多少。所带液量的多少。计算公式：计算公式：气液100/VVK3.2 分离程度分离程度S 定义：分离器在分离的温度、压力下，从定义：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。积和液体体积之比值。计算公式：计算公式：液气100/V
15、VS3.3 我国规定的分离器工作标准我国规定的分离器工作标准：气33/5.0mcmK 液33/05.0mcmS 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：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4.2 石蜡沉淀的影响及处理办法石蜡沉淀的影响及处理办法处理办法:l 蒸汽或溶剂l 热处理或化学处理l 内壁加上塑料涂层影响形式：
16、l 降低分离效果l 产生蜡堵，分离器无法工作4.3 固体杂质的影响及处理办法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：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。4.4 分离器的三种保护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过压过压/欠压保护欠压保护压力变送器检测压力安全阀2油液位高油液位高/低保护低保护 预报警实施关停3油水界面低保护油水界面低保护预报警实施关停问题问题可能原因可能原因处理措施处理措施操作压力过高天然气管线冻结或严重堵塞；压力控制系统失灵；报警系统失灵通过压力表检查分离器的操
17、作压力；若压力正常，属原因，检修报警系统;若压力过高，属原因,检查天然气及燃料气系统，解堵或解冻即可；若属原因，则检修压力控制系统操作压力过低管线或容器渗漏；压力控制系统失灵；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，检修报警系统；若压力低于设定值，属原因，关闭系统进行检修，若属原因，则检修压力控制系统操作水位过高水排出管线阻塞；水位控制系统失灵；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，检修报警系统；如果水位高于设定值，输原因，检查出口截止阀；若属原因，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容器或管线渗漏；水位控制系统失灵；报警系统失灵
18、；排放阀打开；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，关闭系统进行检修；属原因，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，关闭排放阀；属原因，调整设定值。如果分离器水位正常，属原因，则检修报警系统操作油位过高出油管线阻塞；油位控制系统失灵；设定值偏低；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，检查油出口管线上截止阀；属原因，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，重新调整设定值。如果油位正常，则属原因，检修报警系统操作油位过低管线或容器渗漏；油位控制系统失灵
19、；容器出口堵塞；排放阀打开；设定值偏高；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，关闭系统后全面检查；属原因，检修油位控制系统；属原因，检查分离器入口阀门；属原因，关闭排放阀；属原因，重新调整设定值。如果分离器油位正常，则属原因，检修报警系统5.1.1 颗粒的沉降v 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v 计算公式 G=A+R5.1 两相分离理论两相分离理论v 重力：重力：v 阻力：阻力：v 浮力：浮力：通过以上公式可计算出颗粒的沉降速度通过以上公式可计算出颗粒的沉降速度w的值。的值。gdGL36gwdCRgD2422gdAg3
20、6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/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。5.1.2 气流携带系数气流携带系数CD的确定的确定 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。Re 2:CD=24/Re2 Re 500:CD=18.5Re-0.6500 Re 2 105:CD=0.34Re 2 105:CD=0.15.1.3 颗粒的沉降速度颗粒的沉降速度w值的计算值的计算 根据以上公式可推导出沉降速度根据以上公式可推导出沉降速度w的计算公
21、式：的计算公式：其中：其中：5.1.4 讨论：讨论：（1）介质不流动时，仅重力作用：）介质不流动时，仅重力作用：沉降速度的影响因素：沉降速度的影响因素：d、L、g、操作条件下天然气的粘度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）气流向上流动（考虑相对运动速度w）：wv：颗粒向下沉降（速度）颗粒向下沉降（速度）（3）颗粒大小影响：）颗粒大小影响：气体分离段：气体负荷设计方程是基于脱除气体分离段：气体负荷设计方程是基于脱除100 m的颗粒的颗粒 雾沫脱除器脱除直径在雾沫脱除器脱除直径在10100 m的颗粒的颗粒（4）颗粒大小影响：）颗粒大小影响：气体分离段：气体负荷设计方程是基于
22、脱除气体分离段：气体负荷设计方程是基于脱除100 m的颗粒。的颗粒。雾沫脱除器脱除直径在雾沫脱除器脱除直径在10100 m的颗粒。的颗粒。（5）停留时间）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。均时间。停留时间为停留时间为30秒到秒到3分钟。分钟。5.2 两相分离器尺寸设计方法两相分离器尺寸设计方法 一般方程式：一般方程式：1.当颗粒直径不大于（当颗粒直径不大于（2080）10-6m，且雷诺数且雷诺数Re 2时，时，n=1，a=24，则以上方则以上方程变为下列式：程变为下列式：geneDDggLwdRRa
23、CCgdw342182gdwgL2.当颗粒直径小于（当颗粒直径小于（300800）10-6m，且雷诺数且雷诺数2Re 500时，时，n=0.6，a=18.51，则以上方程变为下列式：则以上方程变为下列式：3.当颗粒直径大于（当颗粒直径大于（300800）10-6m，且雷诺数且雷诺数500Re1500时，时，CD=0.44，则以上方程变为下列式：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，水滴的沉降速度滴的沉降速度w与其直径与其直径d的关系。的关系。29.043.071.071.014.1153.
24、0ggLgdw5.074.1ggLgdw151020304050607080901001.5 2345681011.5 234568 100.00010.00030.00040.00060.00080.0010.00150.0020.0030.0040.0050.0060.0080.010.0150.020.030.040.050.060.080.10.150.20.30.40.50.60.811.5234568101.5 2345 6810.001.5 2345 6810.00颗粒直径 颗粒直径 DmDm,mm当不同压力时，水滴沉降速度与其直径的关系曲线当不同压力时，水滴沉降速度与其直径的关
25、系曲线工作压力工作压力MPa10.1972MPa10.1972颗颗粒粒沉沉降降速速度度m/sm/s5.3 立式重力式分离器的尺寸设计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分离器直径及高度的计算smQvQDwQFQvFDFwv/448.075.030020dNmQg/3293101325.086400000TZPQQTZQPZTPQggmDH,)104(2.分离器进出口直径的计算分离器进出口直径的计算 取进口速度取进口速度v1为为15m/s 取出口速度为取出口速度为v2 为为10m/s5.0225.011785.0785.0vQDvQD第五节分离设备的5.4 卧式重力式分离器尺寸
26、设计卧式重力式分离器尺寸设计计算公式：由上图得到：计算公式：由上图得到：而：而：代入上式有：代入上式有：令：令：得：得：DLwvctgDLwvctg0FQvwDLFQ0ADL204DFwQAF010445.0DLAwAQD第五节分离设备的以上公式中：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5.5 立式与卧式分离器的比较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）设颗粒沉降的有效面积（颗粒沉降的工作面积）:则：则：立式分离器立式分
27、离器 卧式分离器卧式分离器 结论：结论：当直径相同时，卧式分离器的效率就比立式分离器的当直径相同时，卧式分离器的效率就比立式分离器的效率高。效率高。wQFFwQF0FwQFA000FFA.三相分离设备的工作过程三相分离设备的工作过程第五节分离设备的5.7 旋风式分离器旋风式分离器v 定义：利用离心力来分离气流中颗粒定义：利用离心力来分离气流中颗粒的分离器的分离器v 原理：利用离心力原理：利用离心力v 过程：过程：第五节分离设备的颗粒分离规律：颗粒分离规律：假定：颗粒作匀速运动，即：假定：颗粒作匀速运动，即：离心力离心力 阻力阻力 联立求解：联立求解：RF 2326rdrvmFpgwdCRgD2
28、4222234rCdwgDp讨论：讨论：1.当颗粒直径不大于（当颗粒直径不大于（2080）10-6m，且雷诺数且雷诺数Re 2时，时，n=1，a=24，则方程变为：则方程变为：2.当颗粒直径小于（当颗粒直径小于（300800）10-6m，且雷诺数且雷诺数2Re 500时，时，n=0.6，a=18.51，则则方程变为方程变为：1822rdwp182gdwgL71.0229.043.071.014.1153.0rdwgp29.043.071.071.014.1153.0ggLgdw第五节分离设备的3.当颗粒直径大于（当颗粒直径大于（300800）10-6m，且雷诺数且雷诺数500Re1500时，时
29、，CD=0.44，则方则方程变为程变为：5.0274.1rdwggL5.074.1ggLgdwv旋风式分离器与重力式分离器的比较旋风式分离器与重力式分离器的比较 离心力作用下的分离速度比重力作用下的分离速度离心力作用下的分离速度比重力作用下的分离速度大大 倍，其中倍，其中m m=1,0.71,0.5=1,0.71,0.5。mgr2 分离速度的影响因素：分离速度的影响因素：d d、L L、g g、介质介质 及分离器及分离器的结构和尺寸。的结构和尺寸。v影响旋风分离效率的因素影响旋风分离效率的因素 气体进口速度：气体进口速度：15152525m/sm/s 气液密度差：不适于油水两液分离气液密度差：
30、不适于油水两液分离 旋转半径：不宜超过旋转半径：不宜超过0.50.5m m（旋风子）旋风子）5.8 旋风分离器直径及进出口管计算旋风分离器直径及进出口管计算1.计算公式：计算公式：Q Qn n 为标准状态下的流量为标准状态下的流量而：而：45.051039.3pCKKpTZQDDgn式中29210096.5785.0pDTZQvDQvngg2.2.计算过程：计算过程：令K1（1.266)，计算D 取出口管线直径0.67D，进口管线0.47D 验算进口流速是否在1525m/s，出口流速是否在515m/s，筒体流速在2.454.43m/s，否则另取K值直到合乎要求。5.9 丝网除雾器的工艺计算丝网
31、除雾器的工艺计算v 效果：除雾效率可达99%v 构成：圆形或扁形的耐腐蚀的金属丝编织而成v 机理：接头聚集，重力沉降v 压力降：如无固体颗粒，则可忽视v 流速：流速大则不易落下，小则不易碰撞流速：流速大则不易落下，小则不易碰撞 一般取：一般取：式中：式中：K K系数，与液体的粘度、表面张力、丝网的比表面积以及气体中液沫的系数，与液体的粘度、表面张力、丝网的比表面积以及气体中液沫的含量等因素有关，对于标准型丝网，可取含量等因素有关，对于标准型丝网，可取K K=0.116=0.116v 面积：根据气体处理量和流速确定。面积：根据气体处理量和流速确定。5.0maxgglKVmaxmax8.00.12.0VVVVgg
