气液分离

气液分离
一、气液分离的内容 二、分离方式 三、分离级数和分离压力的选择 四、油气分离器 五、油气水三相分离器 六、特殊分离器
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气液分离
气液分离的内容
气液分离包括两方面的内容： 1、平衡分离：组成一定的气液混合物，在一定的压 力、温度条件下，充分接触足够长的时间就会形成一 定比例和组成的气液两相，这种现象称为平衡分离。 平衡分离是一个自发过程，实际上就是相平衡。 2、机械分离：把平衡分离所得的气和液分开，用不 同的管线分别输送，称为机械分离。
o g
0.5
g
可见，油滴的匀速沉降速度与油滴直径、分离压力和温度有关。
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气液分离
油滴流态的判断
层流变为过渡流时 过渡流变为湍流时
v1d1g 2 g
v1
2g d1g
d12 g o g 18g
1
d1
3.3
g
g
2 g
o g
3
v2d2g 500 g
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卧式油气分离器
气液分离
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入口分流器类型
两头封堵的水平 管，沿管长方向 有多条窄缝
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或锥形板或平板 角钢式分流器
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溢流板 开有很多小孔的疏流板
接受室
疏流室
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捕雾器类型
1、丝网式捕雾器 2、拱板式捕雾器 3、波纹板捕雾器 4、迪克松板捕雾器 5、填料式捕雾器 6、离心式捕雾器
v2
500g d2g
1.74[ gd2
o g g
]0.5
1
d2
43.5 g g
g2 o g
3
当d≤d1时为层流，d1<d≤d2为过渡流，d>d2时为湍流。
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图解法求油滴匀速沉降速度
CD
Re
2 4gd 3g o g
3
2 g
气液分离
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某一数值时，降压过程中析出的气体排出，脱除气体的原 油继续沿管路流动，压力降到另一较低数值时，把该段降 压过程中析出的气体排出，如此反复直至压力降为常压进 入储罐。
每排一次气作为一级，排几次气称为几级分离。但习 惯上不把储罐计入多级分离的级数内。
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气液分离
分离方式分离效果的衡量标准
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气液分离
按停留时间确定分离器尺寸
在所要求的原油停留时间内，进入分离器的原 油量应与集液区的体积相等。
立式分离器：
4
D2ho
Qo tr
24 60
卧式分离器： 出油口不在底部，则
V
AL L
D2 4
mL
D2 mL Qo tr
4
24 60
V
AL L
D2 4
(m2
m1)L
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气液分离
2、连续分离 是指随油气混合物在管路中压力的降低，不断
地将析出的平衡气排出，直到压力降为常压，最后 进入储罐。
又称为微分分离或微分汽化，在实际生产中难 以实现。
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气液分离
3、多级分离 多级分离是指油气两相保持接触的条件下，压力降到
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气液分离
多级分离效果分析（为什么多级分离优于一次分离？）
1、携带效应 2、压力愈高，重组分分子在气相中的浓度愈低，而在液 相中的浓度愈高。 3、气体排出越及时，以后携带蒸发的机会就越少，重组 分分子进入气相的机率就越小。
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。
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气液分离
卧式油气水三相分离器
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立式油气水三相分离器
气液分离
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油池卧式三相分离器
油堰高度h=h1+h2 水堰高度h3
oh1 wh2 wh3
h2 h h1
h1
w h h3
w o
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18o
D2
卧式分离器
d 2g o g
18o
b
Qo
2Lb
a
sin 1
2
y D
a
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气液分离
原油停留时间
规范规定：非发泡原油在油气分离器内的停留时间 为1～3分钟，发泡原油为5～20分钟。
消泡方法： •降低分离器上游油气混合物的流速 •入口分流器应避免流体发生剧烈湍流，压降要小 •增大分离器集液区体积 •提高油气混合物的分离温度 •使用消泡剂
vo
b
1
a
b
a vody
vo
Qo
2Lb
a
b a
dy r2 y2
Qo
2Lb a
b
sin
1
2
y D
a
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气液分离
气泡不被带出分离器的必要条件：气泡上升速度应大 于或等于分离器集液区任一液面的平均下降速度。
立式分离器
vdg vo
d 2g o g 4Qo
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分离器的工艺计算
气液分离
从气体中分出油滴的计算 从原油中分出气泡的计算
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气液分离
从气体中分出油滴的计算
油滴匀速沉降速度
油滴匀速沉降速度公式推导假设： • 油滴为球形，在沉降过程中既不破碎，也不与其它油
滴合并。 • 油滴与油滴，油滴与器壁以及与其它构件间无相互作
气液分离
CD
24 Re
3 R 0.5
e
0.34
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气液分离
按相关式计算油滴匀速沉降速度
•设CD＝0.34，计算油滴匀速沉降速度 •由求得的油滴匀速沉降速度计算Re •由Re计算CD •由计算所得的CD计算油滴匀速沉降速度，与上一个计 算所得的油滴匀速沉降速度进行比较，若在控制误差 范围内，该计算所得的油滴匀速沉降速度即为欲求的 油滴匀速沉降速度 •否则，返回步骤②直至在控制误差范围内
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气液分离
分离方式
理论上，分离方式有三种：一次分离、连续分离和多 级分离。 1、一次分离
是指油气混合物的气液两相在保持接触的条件下逐渐 降低压力，最后进入常压储罐，在储罐内进行气液分离。
一次分离是在大罐内的一次平衡汽化，因此组分的分 离很不完善。
一次分离方式不能充分利用井口能量而在大罐全部卸 掉；而且油气同时进罐对油罐的冲击力很大；如果不收集 气体会造成严重浪费和污染。实际生产中并不采用。
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气液分离
分离级数的选择
分离级数的选择原则： 1. 气油比：气油比高应增多分离级数； 2. 井口压力：井口压力高应增多分离级数； 3. 原油的相对密度：随着相对密度的降低，应适当
增加分离级数。
推荐的分离级数
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分离压力对分离效果的影响
气液分离
4
hD
1 2
hD
hD2
1
sin1 2hD
1
1 2
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从原油中分出气泡的计算
气泡匀速上升速度
vdg
d 2g o g 18o
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气液分离
液面平均下降速度
立式分离器
vo
D 4
2
Qo , vo
4Qo
D2
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。
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气液分离
分离压力的选择
克别尔Campbell级间压力比经验公式
R Pi1 n P1
Pi
Pn
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气液分离
分离器的类型
按外型分：立式，卧式 按功能分：两相、三相、计量、缓冲分离器，涤气 器，闪蒸罐等 按压力分：真空（<0.1MPa）、低压（<1.5MPa） 、 中压（1.5～6MPa）、高压（>6MPa）分离器 按工作温度分：常温、低温分离器 按实现分离主要利用的能量分：重力式、离心式和 混合式
用力。 • 气体的流动是稳定的，任意点流速不随时间而变化。
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气液分离
油滴匀速沉降速度
重力
浮力
阻力
d3 6
o g
g
CD
d2
4
v2 2
g
6
d
3o
g
6
d
3g
g
R
CD
d2 4
v2 2
g
v 4gd o g
4CD g
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阻力系数与雷诺数的关系
二级分离 分离条件：P1＝3.4MPa，P2＝0.44MPa，T＝49℃
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气液分离
多级分离与一次分离的比较
1. 多级分离所得的储罐原油收率高 2. 多级分离所得的原油密度小 3. 多级分离所得原油组成合理 4. 多级分离所得天然组成合理 5. 多级分离天然气的输送压力高
1 hD D
液位在一半直径
vgh
2Levgv D
vgv 0.75 ~ 0.8v
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气液分离
桑德斯-布朗系数法求气体匀速流速
vg KSB
o g g
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气液分离
按气体处理量确定分离器尺寸
已知重力沉降区气体允许流速和分离条件下的气
体处理量 对对于于立卧式式分分离离器器：：液Q面g 控 D4制2 v在gv ,一D 半直4Qvg径gv 处
PTs
PsTZ
67858DLevgv
PTs
PsTZ
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气液分离
卧式分离器液位不在1/2直径时 引入 m AL A 则气体流通面积 Ag A(1 m)
Ag A(1 m)
根据几何关系
m
AL A
AL r2
1
H1 r
1
1
H1 r
12
sin
1
H1 r
1
1 2
=
气液分离
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气液分离
分离器质量检验指标
o
Go1 Go2 Gl1
100%
相平衡的程度
原油的脱气程度
g
Gg 2 Gg1 Gg 2
100%
天然气通过分离器后的质量增加率
机械分离效果 分离器尺寸
气体带液率 ko 液体带气率 kg
气体允许流速 原油在分离器中所需的停留时间
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气液分离 按流态分区计算油滴匀速沉降速度
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气液分离
各流态区油滴匀速沉降速度计算公式
层流 过渡流 湍流
d 2g
v
o g
18g
v
0.153g 0.714d1.143 o
0.428 0.286
g
g
Biblioteka Baidu
g
0.714
gd
v 1.74
1. 储罐中原油的收率 2. 储罐中原油的密度 3. 储罐中原油的组成是否合理 4. 天然气的组成是否合理 5. 天然气的输送压力
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气液分离
储罐一次分离（L＝0.3974，V＝0.6026) 分离条件：P＝0.1MPa，T＝49℃
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气液分离
Qg
D2
8
vgh , D
8Qg
vgh
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气液分离
•考虑进入分离器的油气两相比例随时间的变化以及混合 物流量的波动引入载荷波动系数β（1.2～1.5） •采用标准状态下的气体处理量Qgs以及工程单位（m3/d）
Qgvs
67858D2vgv
PTs
PsTZ
Qghs
33929D2vgh
所需的时间，即
Le vg
1
hD v
D
或vg
Lev
1 hD D
液位在一半直径
vg
2Lev D
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气液分离
油滴沉降速度法求气体匀速流速
分隔直径100微米，用系数考虑理论与实际的偏差。
我国 俄罗斯
vgv 0.7 ~ 0.8v
vgh
0.7
~
0.8
Lev
1 hD D
Levgv
油气集输
中国石油大学储运工程系 《油气集输》课程组
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教学内容
➢ 绪论及油气集输流程 ➢ 油气性质和基础理论『上机计算：相平衡计算』 ➢ 矿场集输管路『实验：混输管路的流型和压降』 ➢ 气液分离 ➢ 原油处理 ➢ 原油稳定 ➢ 油田开发和开采
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储运工程系
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气液分离
阿基米德准数法求油滴匀速沉降速度
d3
Ar
o g
gg
2 g
Re vd g g
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气液分离
气体允许流速
立式分离器油滴沉降的必要条件：气体允许流速小于
或等于油滴匀速沉降速度，即 vg v 卧式分离器油滴沉降的必要条件：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区
气液分离
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捕雾器工作原理
气液分离
流道曲折 绕流 惯性碰撞 凝聚 沉降
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立式油气分离器
气液分离
与卧式分离器的不同： （1）气液界面 （2）气体流向和气体中液 滴的沉降方向 （3）出油口位置
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分离器基本组成
入口分流器 重力沉降区 捕雾器 集液区 压力、液位控制部件 安全防护部件
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气液分离
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含水率与沉降时间的关系
气液分离
可见，开始原油含水率随时间迅速降低，大约20、 30分钟后含水率的降低趋于平缓，而且原油的相对密度 愈大，趋于平缓的时间愈长，原油含水率愈高。