油氣處理工藝簡介

1、油氣處理工藝簡介海上油氣處理工藝設(shè)計(jì)海上油氣處理工藝設(shè)計(jì)概述海上油（氣）田開發(fā)中井流必須經(jīng)過處理， 即進(jìn)行油、氣、水等分離、處理和穩(wěn)定、 才能滿足儲(chǔ)存、輸送或外銷的要求。為 了達(dá)到這一目的，設(shè)置了一系列生產(chǎn)設(shè) 備將井流混合物分成單一相態(tài)，其中分 離器是一主要設(shè)備，其他還包括換熱器、 泵、脫水器、穩(wěn)定裝置等設(shè)備。井流混合物是典型的多組分系統(tǒng)。油氣的 兩相分離是在一定的操作溫度和壓力 下，使混合物達(dá)到平衡，盡量使油中的 氣析出、氣中的油凝析，然后再將其分 離出來。油、氣、水三相分離，除將油 氣進(jìn)行分離外，還要將其中的游離水分 離出來。油、氣、水分離一般是依靠其密度差，進(jìn)行沉降分離，分離器的 主要分

2、離部分就是應(yīng)用這個(gè)原理。液滴的沉降速度和連續(xù)相的物性對分離效果具有決定性的影響。下面就基本分離方法、影響因素、分離器的類型、 系統(tǒng)流程和參數(shù)的選取等方面進(jìn)行介 紹。一、基本分離方法流體組分的物理差別主要表現(xiàn)在密度、顆 粒大小和黏度三個(gè)方面，這些差別也 會(huì)受到流速、溫度等的影響。根據(jù)這些 影響因素，油、氣、水分離的基本方法 主要有三種。1.重力分離重力分離是利用流體組分的密度差，較重的 液滴從較輕的流體連續(xù)相中沉降分 離來。對于連續(xù)相是層流狀態(tài)的沉降速 度可以按斯托克斯定律計(jì)算： 式中W 一油滴或水滴沉降速度， 油滴或水滴直徑， 一重、輕組分密 度，一連續(xù)相的黏度，1 / 22海上油氣處理工藝設(shè)

3、計(jì)2.離心分離當(dāng)一個(gè)兩相流改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，密度大的更趨于保持直線運(yùn)動(dòng)方向， 結(jié)果就和容器壁碰撞，使其與密度小的流體分開。氣體分液罐的人口一般根據(jù)此原理設(shè)計(jì)，使氣體切線進(jìn)人，離心分離;離心油水分離機(jī)也是據(jù)此原理 設(shè)計(jì)。如果離心分離的流態(tài)是層流，也可用斯托克斯定律計(jì)算其離心分 離速度。式中的重力加速度 g用離心力 產(chǎn)生的加速度a代替。因此，增加進(jìn)口 流速，離心力產(chǎn)生的加速度加大，分離 效果就提高。3.碰撞和聚結(jié)分離流體如果在正常流道內(nèi)碰到障礙物，其 夾帶的液滴就會(huì)碰撞附著在障礙物上， 被分離出來，然后再與其他顆粒聚結(jié)從 連續(xù)相中分離出來，這個(gè)過程即是碰撞 和聚結(jié)分離。氣體分液罐出口的捕霧網(wǎng)、分離器

4、中設(shè)置填料都是根據(jù)這個(gè) 原理設(shè)計(jì)考慮的。其中分離器中的填料 還根據(jù)其放在氣、液相位置的不同而選 用親油型或親水型的材料來提高碰撞和 聚結(jié)分離的效果。 二、影響分離的 主要因素 1.液滴或顆粒的直徑 公式(2 3 2)可以看出，液滴或顆粒 的直徑是影響分離效率的重要因素之 一。直徑越大，沉降速度越大，分離效 率越高。2.介質(zhì)的密度公式(2一 3 2）也可以看出，兩種介質(zhì)的密度 差越大，沉降速度就越大， 分離效 率就越好。 3.表面和界面張力 液滴或顆粒的表面張力越大，越不容易 聚結(jié)形成大的液滴或顆粒，分離效果 就較低;同樣，對于不混溶的液體，界面 張力越大，也使液滴或顆粒不易聚結(jié)， 從而降低分離

5、效率。4.黏度2 /22海上油氣處理工藝設(shè)計(jì)連續(xù)相介質(zhì)的黏度越小，沉降速度越大， 分離效率越高。5.溫度溫度主要是通過影響連續(xù)相介質(zhì)的黏度來影響 分離效果。對于氣體，溫度升 高， 氣體黏度增加，阻止了較小顆粒的分離； 而對于液體，溫度升高，黏度降低，提 高了分離效果。6.壓力壓力主要對氣液分離影響大，壓力增加，使氣 體黏度增加，阻止了較小顆粒的分離;另一方面，壓力越高，氣液密度差越 小，氣泡就越不易浮出液面。7.停留時(shí)間流體在分離器的停留時(shí)間越長，小液滴就能有足夠的時(shí)間聚結(jié)沉 精選公文范文，管理類，工作總結(jié)類，工作計(jì)劃類文檔，感謝閱讀下載 4降分離，分離效率就越高氣體流速對于氣液分離，如果人口

6、設(shè)計(jì)考慮了離心分離，切線進(jìn)人的氣體流速大，離心分離效果就好；但在一般分離器的沉降分離段，氣體流速必須 低于液滴沉降速度，否則，小液滴未來 得及分離即被帶走，降低分離效果。9泡沫氣液混合物進(jìn)人分離器時(shí),氣體或溶解在液體中的氣泡會(huì)在液體表面形成一層泡沫，如果起泡嚴(yán)重，可能導(dǎo)致分離器內(nèi)整個(gè)氣液分離空間充滿泡沫而影響氣液的分離效率。10乳化液乳化液是原油和地層水共同運(yùn)動(dòng)過程中，一種液滴分散到另一種液體中形成 的 油包水”或 水包油” 混合物，于油包水”或水包油”液滴相對 穩(wěn)定，分離時(shí)其中乳化的油滴或水滴不 易聚合成大顆粒，也就不易分離出來。越易乳化的原油，越難分離。除了上述介紹的幾個(gè)影響分離的主要因素

7、 外，還有其他多種影響分離的因素，如流動(dòng)狀態(tài)、流體的波動(dòng)等。為減少精選公文范文，管理類，工作總結(jié)類，工作計(jì)劃類文檔，感謝閱讀下載 5 流體波動(dòng)和流動(dòng)狀態(tài)對分離的影響，除 了系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)盡量保證流體流動(dòng)穩(wěn)定 外，分離器尺寸設(shè)計(jì)時(shí)要考慮足夠的緩 沖余量，設(shè)置必要的內(nèi)件，如人口擋板、 預(yù)分離器或穩(wěn)流器等，使進(jìn)入分離器的 流體盡量平穩(wěn)流動(dòng)，易于分離。3 /22海上油氣處理工藝設(shè)計(jì)對于易起泡和乳化的原油，一般通過注 人化學(xué)藥劑來減少其影響。消泡劑可以 破壞泡沫的穩(wěn)定性，提高油氣分離效果。 破乳劑可以破壞乳化液的穩(wěn)定性，使油 中水滴或水中油滴聚結(jié)成大液滴而易于 分離。一般原油破乳劑的破乳機(jī)理可歸納如下幾個(gè)方

8、面：（1）表面活性作用。破乳劑具有高效能的表面活性物質(zhì)，它們很容易吸附在油水界面上， 降低界面膜的表面張力，使W/O型乳狀 液變的不穩(wěn)，易于破裂，水滴分離出來。 （2）反相作用。親水型的破乳劑可以將“W/O型乳狀液轉(zhuǎn)化為 “O/W型乳狀 液，借乳化過程的轉(zhuǎn)化和水包油型乳狀 液的不穩(wěn)定而使油水分離。（3）濕精選公文范文，管理類，工作總結(jié)類，工作計(jì)劃類文檔，感謝閱讀下載 6潤”和 滲透”作用。破乳劑可以溶解吸附在油水界面的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等天 然乳化劑，還能降低原油的黏度，而且 還能透過薄膜與水飽和，形成親水的吸 附層。這樣有利于水滴的碰撞合并和沉 降分離。反離子作用。于原油乳狀液中分散相的水滴表面吸

9、附了一部 分正離子，使分散相往往帶有正電,使水滴之間相互排斥，難以聚合。如果 加人離子型破乳劑，它們吸附于水滴表 面，中和正電，減弱斥力，破壞受同性 電保護(hù)的界面膜，使水滴易于聚合沉降 分離。 破乳劑分為離子型和非離子 型兩大類。 破乳劑溶于水時(shí)，凡能 形成電解質(zhì)的，稱為離子型破乳劑；它又 分為陰離子型、陽離子型和兩性離子型 等類別。凡在水溶液中形不成電解質(zhì)的，稱為非離子型破乳劑；按溶解性可 分為水溶性、油溶性和部分溶于水、部 分溶于油的混溶性三類。于原油的特性不同，破乳劑的優(yōu)選需要通過試驗(yàn) 及實(shí)際應(yīng)用確定；而且，隨著油田開采期的不同，要根據(jù)原油乳狀液的性質(zhì)發(fā)生 變化而選用不同的破乳劑。優(yōu)選時(shí)

10、主要 考慮破乳劑的脫水率、脫水速度、脫出 水的含油率、最佳用薰及低溫脫水性能 等。 三、分離器的類型4 / 22海上油氣處理工藝設(shè)計(jì)油（氣）田上常用的分離器，按其外形分主要有 立式和臥式兩種；按功能分有氣液兩相分離器和油、氣、水三相分離器等；按 操作壓力可分為負(fù)壓、低壓、中壓和高 壓分離器等。下面對分離器的形式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)作簡單介紹。1.立式分離器 圖2 3 16為立式分離器 的簡單結(jié)構(gòu)示意圖。立式分離器一般用于處理高氣液比的油氣混合物，如 用作氣體洗滌器、分液 罐等，以便 除去大量氣體中所含少量液體。立式分離器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 3 16 所示，混合物側(cè)面進(jìn)人分離器，經(jīng)入口分流器使油氣得到初步分

11、離，液體 下沉降至分離器的集液部分，析出所攜 帶的氣泡后經(jīng)液控閥流入管線；經(jīng)人口分 流后的氣體向上流向氣體出口，氣體所 攜帶的較重油滴在重力作用下沉降至集 液部分;較小的液滴經(jīng)出口捕霧器碰撞聚 集后進(jìn)一步脫除，然后氣體流出分離器。2.臥式分離器5 / 22海上油氣處理工藝設(shè)計(jì) 臥式分離器多用于液氣比較高的情況， 像原油分離器和緩沖罐等。分離器的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 3 17所示。流體進(jìn)入分離器，經(jīng)過入口分流器后氣、 液的流向和流速突然改變，使氣液得以 初步分離。氣體水平地通過液面上方的 重力沉降部分，被氣流攜帶的液滴在此 部分靠重力沉降至氣液界面，未沉降至 液面的粒徑更小的液滴在出口捕霧器碰 撞聚

12、集成大液滴，在重力作用下沉降至 集液部分。圖2 3 17 般三相分離器的簡單結(jié)構(gòu)示意圖 經(jīng)過初步分離的液體在重力作用下流入 分離器的集液部分，集液部分需要有一 定的空間，使液體流出前有足夠的停留時(shí)間;對于兩相分離器，足夠的停留時(shí)間 可以使原油中氣泡升至液面并進(jìn)人氣相； 對于三相分離器，足夠的停留時(shí)間除使 油中氣泡析出至氣相外，還可以使油中 水滴沉降至水層，水層的油滴升至油層， 然后再通過控制閥流出分離器。油氣界 面的高度一般控制在(1/2 3/4)D之間。 為了提高脫水效果，容器內(nèi)部一般加設(shè) 填料。填料的形式有斜板、波紋板，或 填料和斜板合一等。油水混合液流過這 些填料時(shí)，可使水滴吸附其表面，

13、在液 體的剪力作用下破壞水滴表面張力，使 水滴易于聚結(jié)；同時(shí)，順著填料下沉，縮 短沉降時(shí)間。有的分離器氣相也設(shè)置填 料。于氣相主要是分出液體，填料可能 與油水分離段的填料不同。填料段一般 設(shè)置1 2段，如果太多，不經(jīng)濟(jì)，且 占去較大的分離空間。根據(jù)填料和波紋板的功用，它們應(yīng)滿足以下要求 ： (1)具有良好的潤濕性，混合物流經(jīng)其表 面時(shí)，水滴(或油滴)易于吸附。 (2) 能長期使用，不易破碎，并不與油、水發(fā)生化學(xué)變化。（3）來源廣，價(jià)格低廉。6 / 22海上油氣處理工藝設(shè)計(jì)對于用于浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油設(shè)施上的分離器，于波動(dòng)原因必須考慮 增加內(nèi)部防浪設(shè)施穩(wěn)定界（液）面。比較簡 單的辦法是采用防浪板，如圖2

14、 3 17所示，有時(shí)填料兼作防浪板。防浪板 的多少根據(jù)分離器分離段的長度來定。3.高效三相分離器 一般為臥式分離器, 型的高效三高效三相分離器圖2 3 18是典相分離器高效三相分離器結(jié)構(gòu)簡圖高效三相分離器是通過合理的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)，利用機(jī)械、熱和化學(xué)等技術(shù)，使 原油達(dá)到高效分離的容器，與同尺寸的 普通分離器相比，具有處理量大，脫水 效果好的優(yōu)點(diǎn)。于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一 般用于處理高密度、高黏度的原油。高效三相分離器在設(shè)計(jì)方面主要有以下 特點(diǎn)： （1）設(shè)計(jì)預(yù)脫氣室。氣液分離 僅靠重力，需要的空間較大，也就增大 了分離器的尺寸。高效分離器設(shè)置氣體精選公文范文，管理類，工作總結(jié)類，工作計(jì)劃類文檔，感謝

15、閱讀下載11預(yù)分離室（如圖2,18所示）,可以預(yù)分離出大部分氣體，減少了沉降分離 室的氣液分離空間，同時(shí)保證了液面的 穩(wěn)定。 高操作液面。于沉降分離室的氣液分離空間減少，高效三相分離器 操作液面就可設(shè)計(jì)相對較高，一般在 3/4D左右，與同尺寸的普通分離器相比， 就增大了處理量。（3）原油 水洗預(yù)分離。高效分離器中預(yù)脫氣后的原油直接進(jìn)人油水預(yù)分離室的水層，水洗除 去其中的雜質(zhì)，同時(shí)利用油在水中上浮 快、破壞油包水滴穩(wěn)定性的原理水洗”原油，提高油水分離速度。（4）設(shè)計(jì)整流段。液體紊流會(huì)嚴(yán)重影響分離效果， 設(shè)計(jì)整流段可以盡量保證液體穩(wěn)定流 動(dòng)，減少了返混，提高分離效率。 7/ 22 海上油氣處理工藝

16、設(shè)計(jì)（5）采用高效填料。一般高效分離器的氣、 液分離室都設(shè)置高效填料，減少油滴、 水滴上升或沉降的時(shí)間。填料越好，分 離效率就越高。式中 一油滴均勻沉降速度，m/s;do一油滴精選公文范文，管理類，工作總結(jié)類，工作計(jì)劃類文檔，感謝閱讀下載 12直徑，m; 一油滴的密度，kg/m3; 一分離條件下氣體的密度，km3/m;一分 離條件下氣體動(dòng)力黏度，Pa S 過渡 區(qū)：(2-3-4)紊流區(qū)：(235)為判斷某一直徑的油滴在給定的分離條件下處于什么流態(tài)區(qū)，引人阿基米德準(zhǔn)數(shù)Ar ;(23b)9 /22海上油氣處理工藝設(shè)計(jì)求出Ar;后按表2315查出雷諾數(shù)Re,即可按流態(tài)選用油滴沉降速度計(jì)算 公式。 表

17、23 15不同流態(tài)下Ar-Re關(guān)系注;除用計(jì)算方法確定油滴沉降速度外，還 可按圖2319進(jìn)行簡化計(jì)算。該圖表示原油密度為50kg/m3,天然氣相對密度為，工作溫度為20c時(shí)，不同壓力下的油滴直徑和沉降速度的關(guān)系。使用圖2319時(shí)，若原油密度、氣體相 對密度、工作溫度與圖表不符時(shí)，其修 正系數(shù)見表 23 16和表 23 17當(dāng)原油密度不是50kg/m3,將影響(PL Pg）一項(xiàng)，按比例修正即可。 10 /22海上油氣處理工藝設(shè)計(jì)11 / 22海上油氣處理工藝設(shè)計(jì)以上介紹的是沉降速度的計(jì)算辦法，具 有一定沉降速度的油滴能否分離出來， 還要看分離器的形式和分離器重力沉降 部分中氣體的流速。下面介紹一

18、下氣體 流速的計(jì)算。1）氣體的允許流速立式分離器中，氣流方向與油滴沉降方 向相反。因此，油滴能夠沉降的必要條 件是:油滴的沉降速度Wu必需大于氣體 流Wg,即Wu>Wg臥式分離器，氣流方向與油滴沉降方向垂直，因此， 汕滴能夠沉降至集液部分的必要條件是 油滴沉降至集液部分液面所需時(shí)間應(yīng)小于油滴流過重力沉降部分所需時(shí)間，即 式中一重力沉降部分的有效長度，即入 口分流器至氣體出口的水平距離，一般取為圓筒部分長度的 氣體流速，m/s;0. 8 倍,m; Wg -h一油滴沉降高度,一般為(1/4-1/2)D,m 為使問題簡 化，推導(dǎo)油滴沉降速度時(shí)作過若干假設(shè)， 實(shí)際情況較復(fù)雜，與假設(shè)情況出入較大，

19、 但理論上尚無完善解決方法，考慮到以 上原因，求取允許氣體速度時(shí)可利用下 列公式： 立式分離器中：(237)臥式分離器中：12 /22海上油氣處理工藝設(shè)計(jì)當(dāng) “h=1/2D(239)式中Wn一粒徑為 的油滴沉降速度，m/s初步計(jì)算時(shí)，氣體的允許流速可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：(2-3-10)式中系數(shù)K的選取按表冊中更詳細(xì)的參數(shù)值也可參考雪夫龍?jiān)O(shè)計(jì)手注:h-油氣混合入口至液面的距離； L - 油氣混合物入口分流器至氣體出口的距 離；2)除霧器的適宜氣速 Wg 網(wǎng)墊 除霧器的適宜氣速是分離條件下液體密 度和氣體密度的函數(shù)，經(jīng)驗(yàn)公式如下：(2311) 式中 K 取 0 .107。 13 / 22海上油氣處

20、理工藝設(shè)計(jì)精選公文范文，管理類，工作總結(jié)類，工作計(jì)劃類文檔，感謝閱讀下載 15 求出Wg后，可按分離條件下氣體流量 確定垂直于氣流方向的除霧網(wǎng)面段。除 霧網(wǎng)的厚度一般取 100150mm,即可 除去 99%的 10100 為 245 490Pa 3.從原油中析出氣泡的計(jì)算影響原油中析出氣泡的主要因素有:(1)原油黏度。黏度越大，原油中夾帶氣泡越不 易浮至液面，造成含氣量大；2)原油在分 離器中停留時(shí)間。原油停留時(shí)間過短， 溶解于原油中氣泡就來不及折出 ；(3)分 離壓力.壓力愈高，氣液密度差愈小，氣 泡就愈不易浮出液面。 從原油中分 出氣泡的過程，與從氣體中分出油滴極 為相似。于原油黏度大，氣

21、泡上浮進(jìn)度 較慢，雷諾數(shù)較小，其流態(tài)一般總處于 層流區(qū)。因而氣泡勻速上升的速度可用 下式計(jì)算： 的油滴，壓降一般 (2 3 12) 式中da一氣泡直徑， 氣泡從原油中分出的必要條件是：氣泡上 升速度應(yīng)大于分離器集液部分任一液面 下降的平均速度(W)根據(jù)W即可分別確定臥式和立式分離器的工藝參數(shù)。于理論計(jì)算較復(fù)雜，一般根據(jù)停留時(shí)間 來保證氣泡的分離，從而確定分離器的 尺寸。根據(jù)我國原石油工業(yè)部設(shè)計(jì)規(guī)范，一般原油在分離器中的停留時(shí)間 為1 一3min,起泡原油為5 - 20min;國際上對原油分離停留時(shí)間的要求與我 國大致相同，一般推薦API 1ZJ油氣分 離規(guī)范中的規(guī)定，見表2 3 I9和 表2 -3 204油、水分離計(jì)算水中油滴和