油气集输第四章气液分离.ppt

第四章 气液分离,第一节 分离方式和操作条件的选择 第二节 油气两相分离器 第三节 油气水三相分离器 第四节 特殊分离器,气液分离的内容, 平衡分离 机械分离,分离方式,一次分离 连续分离 多级分离 Q：分离效果如何？对比分析？,油气分离效果的衡量标准,储罐中原油的收率 原油密度 储罐中原油的组成是否合理 分出天然气的组成 天然气的运输和加工问题,储罐一次分离（L0.397，V0.6026) 分离条件：P0.1MPa，T49,二级分离 分离条件：P13.4MPa，P20.1MPa，T49,多级分离与一次分离的比较,多级分离所得的储罐原油收率高 多级分离所得的原油密度小 原油组成合理，蒸汽压低，蒸发损耗少，效果好 多级分离所得天然气数量少，重组分在气体中的比例少 多级分离天然气处理成本低,多级分离效果分析,携带效应：在多元体系中，运动速度较高的轻组分分子，在分子运动过程中与速度低的重组分分子相撞击使轻组分分子失去了原来可以使其进入气相的能量，留在液相中，而重组分分子获得能量进入气相。,平衡体系压力较高时，分子的间距小，分子间吸引力大，分子需要具备较大的能量才能进入气相，能量低的重组分分子进入气相更困难，所以平衡体系内气相数量较少，重组分在气相中的浓度也较低； 如果在较高的压力下把已分离成为气相的气体排出，减少了体系中具有较高能量的轻组分分子，即改变了体系的组成，则在压力进一步降低时就减少了重组分分子被轻组分分子的撞击、携带的机率。气体排出越及时携带效应减少。,结论,连续分离所得的液体量最多，一次平衡分离所得的液体量最小，多级分离居中。在多级分离中，级数越多，液体的收率越大，液体的密度越小。,分离效果的影响因素,分离级数 分离压力 分离温度,分离压力的影响,对相同的分离级数，分离压力不同其分离效果也是不同的。实验证明，存在着一个最优的分离压力。,分离级数的制约因素,经济约束：投资、维修费用 集输管网压力的约束 石油性质也有影响,分离级数的选择原则,根据油气比的高低来选择，油气比高应增多分离级数 根据井口压力进行选择，井口压力高的应增多级数 根据原油的相对密度进行选择，随着相对密度的降低，应适当增加级数。,推荐分离级数,分离压力的选择,分离器的类型,按外型分 按功能分 按压力分 按工作温度分 按实现分离主要利用的能量分,卧式分离器的结构,入口分流器 集液部分 重力沉降部分 除雾器,入口分流器功能,减小流体动量，有效地进行气液初步分离 尽量使分出的气液在各自的流道内分布均匀 防止分出液体的破碎和液体的再携带,入口分流器类型,集液部分,使原油中携带的气泡上浮至液面并进入气相 使原油在分离器中有一定的停留时间，使其充分接触，接近气液平衡状态 集液部分也提供缓冲容积，起到缓冲作用，用来均衡进出分离器原油流量的波动,返回,重力沉降部分,气体通过重力沉降部分，被气流携带的油滴在此部分靠重力降至气液界面，未沉降至液面的粒径更小的油滴随气体流经捕雾器除去。,返回,捕雾器,网垫除雾器 拱板除雾器 波纹板除雾器,捕雾器,迪克松板捕雾器 填料式捕雾器 离心式捕雾器,除雾器碰撞分离工作原理,碰撞、凝聚：折板式，金属丝网,卧式分离器的工作原理,入口分流器: 油、气流向和流速突然改变，使油气得以初步分离 集液区:分离与缓冲 捕雾器:聚结、合并成大油滴，在重力作用下流入集液区 分离器工作压力:气体出口管线上的控制阀控制 液位:液体排出管上的控制阀控制,立式分离器,基本结构与卧式分离器相同，与卧式分离器不同的地方是：（1）气液界面较小（2）气体流向和气体中液滴的沉降方向相反。,立、卧式分离器的比较,卧式优点：,气中油滴易沉降，气体处理量大，处理成本低，适于气油比较高的混合物 气液界面大，有较好的油气分离效果 安装、制造、维修方便，可以作成撬装式,立式优点：,占地少，适用于海洋采油 适合于处理含固体杂质较多的油气混合物，可以在底部设置排污口定期排放和清除固体杂质 液位控制灵敏,分离器的基本组成,入口分流器 重力沉降区 集液区,捕雾器 压力、液位控制 安全防护部件,分离器的质量检验标准,接近气液平衡的程度 机械分离效果 气体带液率Ko 液体带气率Kg 原油在分离器中的停留时间 气体允许最大流速,影响分离性能的因素,油气最大、最小和平均流量 分离压力和温度 油气混合物进入分离器时形成段塞流的倾向 油气物性 原油发泡倾向 砂、铁锈等固体杂质含量 油气混合物的腐蚀性等,分离器的工艺计算,从气体中分出油滴的计算 从原油中分出气泡的计算,油滴匀速沉降速度公式的假设条件,油滴为球形，在沉降过程中即不能破碎，也不与其它油滴合并 油滴与油滴，油滴与分离器壁以及与其它构件间无相互作用力 气体的流动是稳定的，截面上任意点流速不随时间而变化 作用在油滴上各种力的合力为零，油滴匀速沉降,油滴的匀速沉降速度的推导,油滴在气体中所受的重力为：,油滴在气体中所受阻力：,油滴做匀速运动时，F=R，即：,阻力系数与雷诺数的关系,1、按相关式计算沉降速度,设CD 0.34，由 的计算式计算该油滴的 由求得的 求Re 由Re按上式求CD 由求CD求 ，与上一个 进行比较，若在控制误差范围内，计算所得的 即为欲求的沉降速度 否则，返回步骤直至前后两次求得的 （或CD）在控制误差范围内。,2、按流态分区计算沉降速度,各流态区 的关系,各流态区沉降速度公式,层流区：,过渡区：,紊流区：,油滴流态的判断,d1是层流变为过渡流时的液滴直径，d2是过渡流变为紊流时的液滴直径。,当dd1时为过渡流或紊流。,dd2时为紊流，d1dd2为过渡流。,3、图解法求沉降速度,4、阿基米德准数法求沉降速度,将上式两边同乘以 ，并使RF：,Ar与Re的关系,分离器中油滴的沉降条件,在立式分离器中，气流方向与油滴沉降速度方向相反。油滴能沉降的必要条件是：油滴的沉降速度必须大于或等于气体在流通截面上的平均流速，即：,在卧式分离器中，气体流向与油滴沉降方向相垂直，油滴能沉降至集液区的必要条件是：油滴沉降至集液区所需的时间应小于或等于油滴随气体流过重力沉降部分所需的时间，即：,气体的允许流速,气体允许流速与油滴的沉降速度有关 油滴沉降速度又与油滴直径有关。油滴直径越小，沉降速度越慢，要使较小直径的油滴在重力沉降部分沉至集液部分，以获得较低的气体带液率，就必须降低气体在重力沉降部分的流速。 油滴直径的选取：21000 ，分隔直径100 要求：在一定气体处理量下，必须加大分离器的直径或增加卧式分离器的有效沉降长度，金属耗量和制造成本就会增加。,1、 的确定 法,中国 前苏联 100 油滴的直径,2、 的确定桑得斯布朗系数法,按气体处理量确定分离器的结构尺寸（油滴沉降速度法）,已知：重力沉降部分内允许的气体流速和分离条件下的气体处理量 对于立式分离器： 对于卧式分离器：液面控制在直径一半时，,考虑进入分离器的油气两相比例随时间不断发生变化这一情况，引入载荷波动系数。 改用标准状态下的气体处理量Qgs（m3/d）,按气体处理量确定分离器的结构尺寸（油滴沉降速度法）,立式分离器：,卧式分离器：,卧式分离器的气体处理能力为同直径立式分离器的Le/D倍。,按气体处理量确定分离器的结构尺寸（油滴沉降速度法）液位不在一半处,按气体处理量确定分离器的结构尺寸（油滴沉降速度法）液位不在一半处,此时集液区液体的体积为：,按气体处理量确定分离器的结构尺寸（桑得斯布朗系数法 ）,对立式分离器：,对卧式分离器：,原油含气率的影响因素,原油粘度 原油在分离器中停留的时间 分离压力 分离温度 分离器入口元件的压降,从原油气中分出气泡的理论计算公式,气泡不被原油带出分离器的必要条件是：气泡上升速度应等于或大于分离器集液部分任一液面的平均下降速度，即,对于立式分离器：,从原油气中分出气泡的理论计算公式,卧式分离器集液区某一液面的下降速度与其在集液区的位置有关。,由 ，可求得卧式分离器的原油处理量，或由原油处理量求卧式分离器的直径、长度等。,起泡原油与消泡方法,定义 消泡方法 降低分离器上游油气混合物的流速 分离器采用的入口分流器应能避免流体发生剧烈湍流 增大分离器集液区体积 使用消泡剂 提高油气混合物的分离温度,按停留时间计算结构尺寸,立式分离器 在所要求的原油停留时间内，进入分离器的原油量应和集液部分的体积相等，即：,按停留时间计算结构尺寸,卧式分离器:讨论集液部分液面高度与液体体积的关系，如下图。,按停留时间计算结构尺寸,已知停留时间、原油处理量，根据停留时间内进入分离器的液量等于分离器控制液面至出油口这段高度范围内液体量，则有：,分离器的工艺计算,按照气体处理量计算； 按照液体处理量计算； 选取原则：二者都应满足，选尺寸大者。 卧式分离器： 液体处理量远大于气体处理量，可相应提高控制液位的高度，增加集液部分的容量，减少气体空间的流通面积，用较小的分离器同时满足气、液处理量的要求。,油气相平衡计算，以次确定气液处理量、物性、分离压力和分离温度，并确定分离器类型 从原油中分出气泡的计算 从气体中分出油滴的计算 比较上两步的计算结果，选择较大者作为分离器的设计尺寸 参照分离器系列化尺寸，选取分离器的实际规格,分离器的工艺计算步骤,油气水三相分离器,综合型卧式三相分离器,综合型卧式三相分离器结构特点,卧式油水界面控制,卧式油水界面控制,式中h1+h2是挡油板高度，为固定不变的数值。若增加挡水板高度h3，会使水层厚度h2增大，油层厚度h1减小。,立式油水界面控制,(a)无油室界面控制；(b)带油室界面控制； (c)可调水室界面控制,除 砂,水含率随沉降时间变化,三相分离器的工艺计算,油气水三相分离器的工艺计算与油气两相分离器计算无原则区别 液相在分离器内的停留时间： 从原油中逸出所携带的气泡； 原油中所含水珠沉降至分离器底部水层所需的时间。 由于油水密度差远小于油气密度差，故液相在三相分离器内的停留时间大于两相分离器内的停留时间。,分散相运动速度计算,停留时间法,集液区体积油水停留时间内流入分离器的液量 对立式分离器,停留时间法,集液区体积油水停留时间内流入分离器的液量 对卧式分离器,HNS分离器,HNS型高效三相分离器结构特点,采用预脱气技术，增大三相分离器液体有效处理容积，提高设备处理能力 采用活性水水洗技术，强化乳状液破乳，加快油水分离速度，提高设备效率 采用先进的混合液入口装置，增加油水分离速度和提高分离质量 采用“倒虹吸”技术，变油水界面控制为液面控制，解决油水界面自控的问题，保证了设备平衡运行 采用单台设备双向进料、中间出液技术，有效降低了设备内液体流速，提高了设备的处理能力,HNS型高效三相分离器技术特点,HNS型高效三相分离器与国外同类设备技术指标对比表,HBP三相分离器,HBP主要技术特点,采用板槽式布液双向流油气水分离技术，加快油水分离速度，提高油水分离质量 采用两级填料聚结、整流技术，改善油水分离条件，提高油水分离效率 采用整流分离填料改善分散水相在油连续相中的流场条件，实现分散相与连续相的快速分离 采用“倒虹吸”法控制油水界面，采用机械式仪表控制油、水室液位，采用自力式调节阀控制分离器压力，基本实现操作自动化,多功能联合脱水器,浮式生产系统的运动对工艺设备操作性能的影响,浮式生产系统的运动对工艺设备操作性能的影响,引起的问题,由于垂荡产生的加速使液面浮子的视重量发生变化 运动引起液面的变化，导致高低液位报警和关停 纵摇和横摇运动使液面浮子挂在浮筒壁上，造成控制读数失灵,拟采取的措施,合理布置容器，尽可能减少设备的运动振幅 合理设计容器的尺寸和内件,石蜡沉淀和固体杂质对处理设备的影响,石蜡沉淀在油气分离器中，会降低其分离效率。如果一部分容积被蜡填满，或蜡堵塞了油雾提取器及流道，分离器将无法工作 混合物中的砂子、淤泥、泥饼、盐垢和其它固体杂质会磨损阀门密封面、堵塞分离器内部的构件，并在容器底部沉积，减少分离器的有效容积，影响分离器的正常工作,分离器常见故障及处理,涤气器,涤气器（scrubber）是一种处理高气液比的分离器，液体负荷常小于5684m3/Mm3，用于分离气流内夹带的油滴。它有立式和卧式两种，但立式涤气器使用较广。,离心式分离器,优点：占空间小，效率高。 缺点：油气混合物流速对分离效果很敏感，有较大的压力降，油田上用的不多，但常用其原理作重力式分离器的入口