分离器概述Word格式.docx
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脱除固、液相杂质的目的是降低管道及设备的输送负荷、防止或降低腐蚀或堵塞的发生、保证管道与设备安全可靠运行。
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，因此在平台与处理油轮上以重力分离器为主。
关键词：
分离器立式卧式两相三相
第一章概述
1.1油气中杂质的危害
在油气生产中的杂质，由于液态水的存在将加速管道和设备的腐蚀。
随着积砂的增加，将堵塞管道和设备。
1.2产出流体的分离要求
对于天然气处理而言：
从气流中分离液体、固体及机械杂质；
对于原油处理而言：
从油流中分离气体、固体和及游离水。
1.3原油处理的最终目的
（1）分离器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%，以利于原油进一步优化。
（2）分离器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）除去油水混合液中的砂等杂质。
1.4海洋油气水分离器特点
在海洋油气生产中，原油要求作为商品原油以穿梭油轮或海底管线外运，天然气则处理为湿天然气，以海底管线输送或以压缩天然气（CNG）及液化天然气（LNG）方式外输，因此海洋油气水分离处理有与陆地油气水分离处理的不同的特点：
（1）由于海洋平台造价昂贵，占用面积和空间有限，因此，为减少设备占用面积和空间，海洋油气分离处理工艺力求简化，设备尺寸紧凑。
其进一步的处理工艺，留待在陆上终端完成；
（2）由于作业环境条件，要求海洋平台上的设备均应能防盐雾等腐蚀。
（3）由于海上作业费用昂贵，要求设备有高的可靠性和耐用度，且便于维修。
第二章分离器的分类及工作原理
2.1分离器分类
2.1.1按分离器功能
可分为计量分离器和生产分器两类,计量分离器主要作用是完成油气水的初步分离并计量，一般属于低压分离器；
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，属于中高压分离器。
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生产方式。
2.1.2按分离器工作压力
可以分为真空分离器小于0.1Mpa；
低压分离器小于1.5Mpa；
中压分离器在1.5至6Mpa之间；
高压分离器大于6Mpa。
2.2分离器工作原理
根据分离器工作原理，主要可分为三大类，即重力分离器、旋风分离器和过滤分离器。
其它类型的分离器有螺道式分离器、百叶窗式分离器。
2.2.1重力分离器
重力式分离器有各种各样的结构形式，但其主要分离作用都是利用生产介质和被分离物质的密度差（即重力场中的重度差）来实现的，因而叫做重力式分离器。
天然气是一种无毒无色无味的气体，其主要成份是甲烷。
在0℃及101325kPa（1个大气压）条件下天然气的密度为0.7174Kg/m3,相对密度为0.5548（即设空气的密度为1，天然气相对于空气的密度为0.5548）。
原油在标准条件下（20度,0.1MPa）密度为0.81吨/M^3。
重力式分离器根据功能可分为两相分离（气液分离）和三相分离（油气水分离）两种。
按形状又可分为立式分离器、卧式分离器及球形分离器。
根据各形状分离器在分离效率、分离后流体的稳定性、变化条件的适应性、操作的灵活性、处理能力、处理起泡原油和安装所需空间等方面的优缺点比较，作为海上处理设备的分离器，首选的是卧式三相分离器，其次是立式两相，球形基本上不采用。
2.2.1.1立式分离器
图2-1立式两相分离器结构图
（1）立式两相分离器
立式重力分离器的主体为一立式圆筒体，气流一般从该筒体的中段进入，顶部为气流出口，底部为液体出口，结构与分离作用如图1。
初级分离段——即气流入口处，气流进入筒体后，由于气流速度突然降低，成股状的液体或大的液滴由于重力作用被分离出来直接沉降到积液段。
为了提高初级分离的效果，常在气液入口处增设入口挡板或采用切线入口方式。
二级分离段——即沉降段，经初级分离后的天然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。
此时，由于重力的作用，液滴则向下沉降与气流分离。
本段的分离效率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。
积液段——本段主要收集液体。
一般积液段还应有足够的容积，以保证溶解在液体中的气体能脱离液体而进入气相。
对三相分离器而言，积液段也是油水分离段。
分离器的液体排放控制系统也是积液段的主要内容。
为了防止排液时的气体旋涡，除了保留一段液封外，也常在排液口上方设置挡板类的破旋装置。
除雾段——主要设置在紧靠气体流出口前，用于捕集沉降段未能分离出来的较小液滴（10~100m）。
微小液滴在此发生碰撞、凝聚，最后结合成较大液滴下沉至积液段。
立式重力分离器占地面积小，易于清除筒体内污物，便于实现排污与液位自动控制，适于处理较大含液量的气体，但单位处理量成本高于卧式。
图2=2立式三相分离器
（2）立式三相分离器
图2-2表示一个典型的立式三相分离器结构。
流体经过侧面的入口进入分离器，在进口檔板处，流体分离出大量气体。
分离出的液体经降液管输送到油气接口处而不影响撇沫。
连通管上下的压力通过连通管平衡。
油气水混合物经降液管出口处的分配器进入油水接口，气体从此处上升，油水也由于重力的原因分别向上向下运动从而最终达到分离油气水的目的。
有时三相分离器的底部也有采用锥形底。
如果在生产中有较多量的砂粒时就可以使用这种结构。
锥体通常具有一个与水平线成45°
和60°
以有助于产出的砂子抵抗静止角达到排污的目的。
2.2.1.2卧式分离器
（1）卧式两相分离式
卧式重力式分离器的主体为一卧式圆筒体，气流一端进入，另一端流出，其作用原理与立式分离器大致相同，由图3所示，可分为下列部分：
图2-3卧式两相分离器结构图
入口初级分离段——可具有不同的入口形式，其目的也在于对气体进行初级分离。
除了入口挡板外，有的在入口内增设一个小内旋器，即在入口对气—液进行一次旋风分离。
沉降二级分离段——此段也是气体与液滴实现重力分离的主体。
在立式重力分离器的沉降段内，气流一般向上流动，而液滴向下运动，两者方向完全相反，因而气流对液滴下降的阻力较大，而卧式重力分离器的沉降段内，气流水平流动与液滴下降成900夹角，因而对液滴下降阻力小于立式重力分离器，通过计算可知卧式重力分离器的气体处理能力比同直径立式重力分离器的气体处理能力大。
除雾段——此段可设置在筒体内，也可设置在筒体上部紧接气流出口处，除雾段除设置纤维或金属网丝外，也可采用专门的除雾芯子。
液体储存段（积液段）——此段设计常需考虑液体必须的在分离器内的停留时间，一般储存高度按D/2考虑。
泥沙储存段——这段实际上在积液段下部，主要是由于在水平筒体的底部，泥砂等污物有450~600的静止角，因排污比立式分离器困难，有时此段需增设两个以上的排污口。
卧式重力分离器和立式分离器相比，具有处理能力较大、安装方便和单位处理量成本低等优点。
但也有占地面积大、液体控制比较困难和不易排污等缺点。
图2-4卧式三相分离器
（2）卧式三相分离式
图2-4为卧式的带有接口控制器和堰板的典型卧式分离器的示意图。
流体进入分离器，并冲击到进口檔板上。
由于液流的动量突然变化，就产生液体和气体的初始预分离，进口檔板包括一个降液器，将液流导向油气接口的下边，到达油水界面的附近。
分离器的液体收集段提供足够的时间，以便油和乳化形成的液层或油垫层位于上面，游离水沉降到底部。
堰板保持油位，液位控制器保持水位。
油则掠过堰板，堰板下游的油位则由液位控制器来控制。
排油阀又由液位控制器来操纵。
废水经过位于分离器油堰板上游的喷咀流出。
接口控制器接受油水接口高度的讯号，然后控制器就将此讯号传送到排水阀，这样就使规定的水量从分离器内流走以保持油水接口稳定在设计的高度。
气体成水平方向流经除雾器而流出，通过压力控制阀来保持分离器内的压力不变。
油气接口则根据气液分离的相对重要性可从直径的一半变到直径的75%。
最为常见的情况是半满状态。
图2-5表示“槽和堰”设计的代替结构，这种结构就不需要液体接口控制器，油和水二者流经堰板；
在堰板处液位的控制，是用简单
图2-5油槽和堰板结构的卧式三相分离器
的变位浮子来实现的。
油溢过堰板，进到油槽内。
而油槽内的液位是
由一个能操纵放油阀的液位控制器来控制。
水从油槽下面流过，然后再流过水堰板，这个堰板下的液位是由一个能操纵放水阀的液位控制器来控制。
（3）卧式重力式分离器与立式重力式分离器的比较和选择
在选定分离器的尺寸时，必须考虑其有足够的容量，能适应瞬时最高液流流速，即能处理油井不稳定液流（段塞流）或间歇流的能力。
一般对分离器的容积（即处理能力）根据油田产能在设计上都考虑了增加30％～50％的处理余量。
相比较卧式重力式分离器与立式重力式分离器分离纯气体或液体的处理能力，如果卧式分离器的直径与立式分离器的直径相同，则卧式分离器的沉降工作面积大于立式分离器的沉降工作面积。
因此，当直径相同时，卧式分离器的工作效率高于立式分离器的工作效率。
这样，在处理大产量的气体时，卧式分离器通常效果更大一些。
但是，卧式分离器存在下列缺点，需要在选用时予以考虑：
（1）在处理固体颗粒方面，卧式分离器不如立式分离器效果好。
立式分离器的液体排放口一般布置在设备底部中心处。
这样利于固、液杂质的排除，不会出现固体杂质堆积的问题。
而在卧式分离器中，为了消除固体杂质的45o～60o的静止角影响，则需要沿着分离器长度布置多个排污口。
（2）在实现相同分离操作时，卧式分离器需用占地面积大于立式分离器。
（3）卧式分离器具有较小的液体波动容量。
当给定一个液面升高变化时，在卧式分离器内，液体体积增加量明显比处理相同流量的立式分离器大。
然而，由于卧式分离器的几何形状，使得任何高液位的开关装置安装在紧靠正常工作液位的地方。
而立式分离器，开关装置则可以安装在液位控制器所允许的相当高的位置，利于排液阀等装置对波动有足够时间作出反应。
当然，立式分离器也有与生产过程无关的某些缺点：
（1）由于立式分离器的几何形状，卸压阀和某些控制器在没有特别的扶梯和平台时，可能是难以操作维修的。
（2）由于高度的限制，分离器在搬动时必须从滑撬上拆卸下来。
总之，选择分离器的类型应充分考虑生产物的特点。
例如，对于气水井和泥砂井，适宜选用立式油气分离器；
对于泡沫排水井和起泡性原油井，适宜选用卧式分离器；
对于凝析气井，则使用三相分离器较为理想。
2.2.2旋风分离器
1．旋风分离器的结构及特点
图2-6旋风分离器示意图
旋风分离器又叫离心分离器，由筒体、锥形管、螺纹叶片、中心管和集液包等组成，如图2-6所示。
旋风分离器的主要特点是气体和被分离液体沿分离器筒体壁切线方向以一定速度进入分离器，并沿筒体内壁作旋转运动。
由于被分离液滴的密度远大于气体，因而液滴在此旋转运动中被抛向筒体壁，并附着在筒体壁上，聚集成较大液滴而沿筒体壁向下流动，最后流入分离器的集流段而被排放出去。
旋风分离器体积小，效率高，但它的分离效果对流速很敏感，因而一般要求旋风分离器的处理负荷应相对稳定，这就限制了旋风分离器的使用范围。
2.2.3过滤分离器
它主要由圆筒形玻璃过滤组件和不锈钢金属丝除雾网组成，如图2-9所示。
图2-9过滤分离器结构图
过滤分离器是一分成两级的压力容器。
第一级装有一可换的玻璃纤维膜滤芯（管状），该滤芯安装在几根焊接在管板上的支座上，而管板则分隔一、二级分离室，设有一块快开封头，以便安装与更换滤芯。
第二级分离室装有金属丝网（或叶片式）的高效液体分离装置。
在容器上设有三个测压管嘴。
一个设置在第一级上，另两个设在第二级上，即在分离装置之前和其后。
或者在一、二级分离室各设一个，在原料气的进出管上各设一个测压管嘴。
压力降是操作者唯一的指示，为了便于清洗或更换过滤组件，一般在容器上装设一只精密差压计。
要过滤的气体进入一级分离室的容器内，大于或者等于10μm的固体与游离液滴，不能进入滤芯，而留在滤芯外，这些液滴聚集在一起排至容器的底部，并由排液管进入储液罐。
有些固体颗粒仍留在滤芯外边形成一种滤饼。
操作期间由于气流的脉动，这种滤饼常堆积并碎落到容器底部。
留在滤芯上的固体会堆积起来提高压力降，故一级分离室需要放空（达到规定的压力降时）进行清扫，以提高其效率。
玻璃纤维过滤组件属于深层过滤。
气体中的固体微粒和液滴在流过过滤层弯弯曲曲的通道时，不断与玻璃纤维发生碰撞，每次碰撞都要降低其动能，当动能降低到一定值时，所有大于或者等于1μm的固体微粒就粘附在玻璃纤维的过滤层中，滞留在玻璃纤维中的固体微粒的粒径随着过滤层的深度逐渐减小。
而气体中的液滴也会逐渐聚集成较大的液滴，这是由于玻璃纤维和粘接剂（酚甲醛）之间存在有电化学相溶性，提供了微小液滴聚结成大液滴的有利条件。
随着更多的液滴被分离，液滴因其表面相互吸引而凝聚和结合成大的液滴，当这些聚集起来的液滴比进入过滤层前增大100～200倍时，重力与气体通过过滤层摩擦阻力使这些液滴流出过滤层，进入滤芯的中心，而被带进容器的第二级。
由于液滴具有这样大的尺寸，所以它们被二级分离装置迅速地分离出，排至容器底部，通过排液管进入储液罐。
这种过滤组件不是根据一定的流量和流速来达到脱除微粒的目的，因此这种过滤分离器的操作弹性范围大，在50％负荷时仍能达到满意的分离效果。
而且这种深层过滤所脱除的固体微粒和液滴的粒径，要比离心式、重力式及表层过滤器小许多倍。
只是玻璃纤维过滤组件尚须进行处理，使液滴不能浸润纤维，而让分离出的液体以液珠的形式附在过滤组件上。
否则，当玻璃纤维浸湿之后，静电力要下降。
气体经过过滤组件后，进入不锈钢金属丝网除雾器，进一步脱除微小液滴，来达到高的脱除效率。
其作用是基于带有雾沫或雾滴的气体，以一定的流速所产生的惯性作用，不断的与金属表面碰撞，由于液体表面张力而在金属丝网上聚结成较大的液滴，当聚集到其本身重力足以超过气体上升的速度力与液体表面张力的合力时，液体就离开金属网而沉降。
因此当气体速度显著地降低时，就不能产生必要地惯性作用，其结果导致气体中的雾沫漂浮在空间，而不撞击金属丝网，于是得不到分离。
如果气体速度过高，那么聚集在金属网上的液滴不易脱落，液体便充满金属丝网，当气体通过金属丝网时又重新被带入气体中。
由于除雾器是气、液两相以一定的流速流动而得到分离的方法，所以不管操作压力多大，设计的除雾器组件均能保持一个相当稳定的压力降。
在最大流速时，其压力降约为1KPa。
图2-7循环分离器
2.2.4其他类型分离器
2.2.3.1循环分离器
常用的旋风分离器经过改进后发展成循环分离器，如图7所示。
它分两个有效分离段。
第一段，所有自由液滴即大部分夹带在气体中的液体靠离心力使其抛出。
第二段，夹在气体中的少量液体采用加大离心力的方法使其抛出。
这种分离器也叫内流式循环分离器，此处内流即向心流，指的是全部气流流向中央，如同在漩涡中心那样。
流体通过切向接管进入分离器，气流沿着入口室旋转，然后它沿着光滑套筒与外壳之间下移进入旋流室。
液体借离心作用被甩到旋流室壁上。
仍在旋转的气体经折流挡板向管中心汇聚，其速度增加并进入排气管。
此时残存的快速气旋中的液体抛向排气管内壁，并沿着壁被气体吹向气体出口。
然后此液体连同总气量约10％的气体支流，通过管壁上的空隙被吸出，进入循环管线后由挡板的中心孔返回进入旋流室。
其吸力来自于漩涡中心的低压区。
从循环管线来的液体和测流气体进入旋流室后，立即与快速旋转着气体相混合，液体再次被抛向管壁，此时已脱液的主气流继续向上，越过缝口从排气管排出。
2.2.3.2组合离心式分离器
图2-8组合离心式分离器结构原理示意图
1－进口；
2－锥形导流器；
3－导叶；
4－环形通道；
5－螺道；
6－锥头；
7－文托利管；
8－出口；
9－支撑板；
10①、10②－一级液位传感器接口；
11－一级手动放液口；
12①、12②－二级液位传感器接口；
13－放涡板；
14－二级手动放液口；
15－螺道外筒；
16－圆环；
17①、17②－定心块
组合离心式分离器如图2-8所示。
带液体的气体进入分离器后首先进行一级分离，经旋流发生器产生离心力，将液滴甩向器壁并在器壁处积聚。
液滴在重力作用和气体向下运动的带动下，流入一级储液室，然后气体沿环形空间向上流，进入螺道进行一级分离。
气体经螺道产生的高速旋流，将剩余的液沫有效的脱除。
分离出的液沫在器壁处聚积并下流至二级储液室。
液体中挟带的微量气体经文丘里－伯诺利管嘴返回气体出口管。
这种分离器的分离效率可达99％，能在较宽的操作压力和流量范围内进行有效的分离。
气液两相无反向流动，可防止液体的再飞散。
一、二级分离出的液体分段聚集和排出，避免了因两级的压差而导致的液体串流飞溅，而且这种分离器体积较小。
第三章分离器外壳及主要内部构件
3.1分离器外壳
内部承压容器，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，两端都是球形或椭球形的封头。
3.2主要内部构件
（1）入口分离器：
与液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。
（2）稳流装置：
使初步分离得到的气液两相都得到分离，减少流体的波动和扰动，给油气水沉降分离创造良好的条件。
（3）加热器：
提高油温，促使集液部分游离水从原油中沉降。
（4）防涡罩：
防止排液时产生漩涡，带走污水上部的原油。
（5）加热器：
（6）挡沫板：
组织浮在页面上的气泡，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。
（7）平行捕雾板：
板间为30μm，与水平线程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，并使部分油滴被润湿板表面聚结。
第四章分离器常见故障处理
分离器是海洋采油平台原油处理系统的重要设备之一，当其发生故障时，应迅速查明原因，并按操作规程及时处理，避免引起原油处理系统产生关断，影响平台的正常生产，造成产量的损失。
分离器常见故障处理如下表1-1所示：
表1-1分离器常见故障处理
常见故障
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；
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；
通过液位计检查分离器水位；
若水位正常，属原因③，检修报警系统；
如果水位高于设定值，属原因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；
③报警系统失灵；
④排放阀打开；
⑤设定值偏高
通过液位计检查分离器的操作水位；
如果水位低于设定值，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，并对油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
③容器出口堵塞；
⑤设定值偏高；
⑥报警系统失灵
通过液位计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，检查油位控制系统；
属原因③，检查分离器入口阀门；
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
结束语
海洋采油平台是一个集石油开采，处理，集输为一体的生产设备，由于平台造价昂贵，占用面积和空间有限，因此在选用工艺处理设备时，应多方面考虑，综合评估各种因素来选取最佳设备。
分离器为油气处理设备，广泛用于海洋采油平台上，因此对分离器的结构和原理进行剖析和学习是十分必要的，同时也使我们对分离器的操作、保养及故障处理有很大的帮助。
参考文献
（1）姜正侯．燃气工程技术手册．上海：
同济大学出版社，1997
（2）冯淑初．油气集输．北京：
石油大学出版社，1988
（3）四川石油管理局．天然气工程手册．北京：
石油工业出版社，1984
（4）李长俊．天然气管道输送．北京：
石油工业出版社，2000
（5）梁平．天然气操作技术与安全管理．北京：
化学工业出版社，2006
（6）王光然．油气储运设备．东营：
中国石油大学出版社，2005
（7）肖祖骐、李长春．海上油气集输．上海：
上海交通大学出版社，1993
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