气液分离

第四章气液分离知识点

概述：

本章主要讲述油气分离方式和操作条件的选择、油气两相分离器、油气水三相分离器等方面的知识。通过本章的学习，使学员能了解分离方式的选择对油田生产的影响，掌握分离器的结构、原理和设计方法，并且也应该对特殊场合应用的分离器有一个粗略的了解，了解其应用特点。本章的重点为多级分离与一级分离的比较、两相分离器的工艺计算（包括油滴的沉降速度计算、气体的允许流速和液体停留时间确定等）以及油气水三相分离器中液相停留时间的确定和其界面控制方法等部分的知识。

知识点1：

烟的粒径小于1μm，雾的粒径1～100μm，雨的粒径100～4 000μm。不同粒径的油滴，应有不同的有效分离方法，重力沉降：分离50μm以上的油滴；离心分离：2～1000 μm；碰撞分离：5μm以上油滴；布织物：0.5～50μm；空气过滤器：2～50μm的尘埃。

知识2：综合型卧式三相分离器的结构

下图为综合型卧式三相分离器。下表是综合型卧式三相分离器主要内部构件及其作用特点。综合型卧式三相分离器主要特点是增加内部构件并将其有效组合，提高分离器对油气水的综合处理能力。

1－入口；2－水平分流器；3－稳流装置；4－加热器；5－防涡罩；6－污水出口；7－平行

捕雾板；

8－安全阀接口；9－气液隔板；10－溢流板；11－天然气出口；12－出油阀；13－挡沫板

知识3：几种高效三相分离器

高效型三相分离器是将机械、热、电和化学等各种油气水分离工艺技术融合应用在一个容器，通过精选和合理布设分离器内部分离元件，达到油气水高效分离的目的。其优点是成撬组装，极大地减少现场安装的工作量和所需的安装空间，具有较大的机动性以适应油田生产情况变化的需要，使流程简化，方便操作管理，这些对海上油田显得尤为重要。

1、HNS三相分离器

图2－2－12为HNS型高效三相分离器简图。其内部结构进行了优化设计，有优良的分离元件，为油气水分离提供良好的内部环境，避免存在明显的短路流和返混现象，保证介质流动特性接近塞状流。表2－2－10是HNS型高效三相分离器的结构特点及其说明，主要技术特点是：

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。把容易进行的气液分离与难以进行的油水分离分别对待，大量气体和油水介质的分离过程在不同的容积空间内完成，使90%的气体在入口处分离掉，经气体管线排走，而进入设备沉降室内的气体只有10%以下，提高了设备液体处理能力，而且保证了稳定的气液界面，提高了分离效果。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。油水分离中，游离态的油和水分离容易，其难点在于少量乳状液的分离，而乳状液分离的关键是破乳，在优选并加入高效化学破乳剂的基础上，通过乳状液与活性水的剪切与摩擦作用，残余的乳状液界面膜破裂，小油珠聚结成大油滴，达到油水分离的目的。而且使原油中的游离水、固体杂质直接进入水层，省去了普通分离器中游离水在油相中的沉降过程。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。传统的油水分离器中，油水混合液从设备中上部直接进入油相上部，使得水滴必须通过油层才能进入下部水相。由于原油粘度相对较大，使得水滴沉降速度非常缓慢。HNS三相分离器将预脱气后的油水混合液直接导入水层，变“油中除水”为“水中除油”。利用油滴在水相中上浮速度快的原理提高油水分离速度，从而达到提高油水分离速度的目的。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，具有结构紧凑、分离效果好和自动化程度高等特点。第一台HNS型高效油、气、水三个分离器于1987年底在河南油田双河联合站建成并投入试验，在高凝原油来液温度50－55度，操作压力0.3～0.5MPa，含水率达80～85%时，加入10mg／l破乳剂，停留时间为7min时，脱水率达98.67%。当停留时间为8.5min 时，脱水率可达99.5%。

表2-2-11为HNS型高效三相分离器与国外同类设备技术指标对比情况，从表中数据可看出，单位容积负荷和停留时间优于国外同类设备，其单位容积日处理量为传统设备的6～8倍。自1988年以来先后在我国各油田推广应用115台套，均取得较好的效果。

2、HBP三相分离器

（1）工作原理

含水≥95%的重质特高含水原油自油气水入口进入HBP型高效油气水三相分离器，在气液分离包内完成气液初分离，油水混合物经导液管进入一级板槽式布液器，并经沉降分离室内一级填料和二级填料共同作用，实现油水分离，分离后的含水原油进入二次脱水区的第二级板槽式布液器，经二次脱水区的整流分离填料脱水后，分离后的原油经集油槽进入油室，经油出口流出三相分离器；沉降分离室及二次脱水区分离出的含油污水进入水室，经水出口流出三相分离器；气液分离包分离出的气体及沉降分离室及二次脱水区闪蒸出的气体均进入气体除液包，除液后经气出口流出三相分离器。

（2）改造后的HBP型高效三相分离器结构及管口示意图（见图4）。

（3）工艺流程

在原流程气体管线上增加一个自力式压力调节阀，实现HBP型三相分离器自动排气，并将原有水室二个浮子液面调节器中较小的一个改为油室用浮子液面调节器，实现HBP型三相分离器自动排水及排油，以消除人为因素对三相分离器运行的影响。

（4）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。通过对HBP型油气水三相分离器内部结构的优化，可确保孤东重质

原油在50－55℃的操作温度范围内，经改造后的分离器一次脱水使原油含水由95%以上，降至55%以下，脱水率大于90%，污水含油低于500mg/L。

3、多功能联合脱水器

图2－2－13为多功能联合脱水器示意图。其主要特点是将油气分离、加热沉降、电脱水和净化油缓冲等功能四位一体，处理后的出口原油即可为商品原油储存或外输，简化了流程和设备。

知识4：GLCC设计的原则

1、分离器直径，在分离器内的气体折算速度不能过大，若流型处于环状雾状流，分出气流内将夹带液滴；气体速度又不能过小，否则将降低离心分离效率，因而分离器直径应和气体处理量匹配。

2、入口管的倾斜度，入口管管径较大并有较大倾斜度，使管内气液混合物的流动呈分层流型，为强化气液分层，入口倾角一般－25°～－30°。

3、气液进入分离器的流通面积，该流通面积应保证液体有必要的切向速度，推荐液体流速范围为3～6m/s。切向速度过大，液面将产生较长的漩涡深度导致气中带液或液中带气。

4、分离器高度，入口以上部分应有足够高度，防止贴壁向上旋转的液膜被气体带出分离器排气口，还使在流量变化或液塞进入分离器时，容器内有空间可接收较大的瞬时液体流量而不发生气体带液。分离器入口以下部分也应有一定高度，使漩涡以下液层保持一定厚度，有足够时间从液层内分出气泡，防止液流内夹带气泡。

5、气液支管段长度，该长度对分离无重要影响，根据支管上要安装的仪表、管件等需要确定。若气液需重新汇合向下游输送，推荐汇合点的高度低于分离器入口平面0.3～0.6m，使各种工况下分离器内的液面能维持在入口以下0.15～0.3m范围内。

知识5：GLCC的应用

随着石油石化工业的发展，高效、紧凑、结构简单的GLCC必将应用越来越广泛，具有广阔的应用前景。

1、在石化工业中的应用前景

炼油厂处理原油的第一个工艺环节是常压蒸馏。处理后达标的原油通过加热炉加热到370℃左右进入常压蒸馏塔（见下图），在此温度下，原油由于汽化形成气液两相，此时如