分离器概述

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摘要

第一章概述 (1)

1.1 油气中杂质的危害 (1)

1.2 产出流体的分离要求 (1)

1.3 原油处理的最终目的 (1)

1.4 海洋油气水分离器特点 (2)

第二章分离器的分类及工作原理 (3)

2.1 分离器分类 (3)

2.1.1 按分离器功能 (3)

2.1.2 按分离器工作压力 (3)

2.2 分离器工作原理 (3)

2.2.1 重力分离器 (4)

(10)

2.2.2 旋风分离器 (12)

2.2.3过滤分离器 (12)

2.2.4其他类型分离器 (15)

第三章分离器外壳及主要内部构件 (18)

3.1 分离器外壳 (18)

3.2 主要内部构件 (19)

第四章分离器常见故障处理 (20)

结束语 (22)

参考文献 (23)

致谢...................................................................... 错误！未定义书签。

摘要

分离器是油气生产中主要用来除去油气中悬浮的固、液相杂质。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101 325kPa(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

（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

图2-1 立式两相分离器结构图

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（10~100 m ）。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。

（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

图2=2 立式三相分离器

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。

（2）卧式三相分离式

图2-4 卧式三相分离器

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

图2-5 油槽和堰板结构的卧式三相分离器

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

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

图2-6 旋风分离器示意图

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。

2.2.4其他类型分离器

图2-7 循环分离器

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。