第4章 油氣分離設(shè)備

第四章油（液）氣分離設(shè)備

Oil(liquid)andgasseparator

概述兩相分離器三相分離器典型分離器的結(jié)構(gòu)基本要求了解分離器的類型、特點(diǎn)和適用場(chǎng)所；掌握分離器的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部構(gòu)件的作用；掌握分離器的組成和分離原理；掌握分離器主要尺寸確定方法和校核計(jì)算。相關(guān)規(guī)范GB50350-2005油氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范SY/T0515-1997油氣分離器規(guī)范HG/T20570.8-95工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定氣-液分離器設(shè)計(jì)問(wèn)題1、天然氣從地下開(kāi)采出來(lái)主要有哪些雜質(zhì)？答：液態(tài)水和泥沙。2、這些雜質(zhì)有哪些危害？答：堵塞管道、降低輸量、腐蝕管道等。3、這些雜質(zhì)如何從天然氣中分離出來(lái)？答：分離器天然氣礦場(chǎng)集輸井口集氣站輸氣首站/配氣站用戶天然氣處理廠常溫集氣站低溫集氣站水合物分離器天然氣的凈化天然氣脫水凝液回收工藝流程礦場(chǎng)集輸管網(wǎng)分離器4.1概述一、油氣分離器的類型

按其外形可分為：臥式分離器、立式分離器、球形分離器；按分離器的功能分為：兩相分離器、三相分離器；按實(shí)現(xiàn)分離利用的能量可分為：重力式、離心式和混合式等。臥式分離器立式分離器二、分離器的基本功能(1)實(shí)現(xiàn)液相和氣相基本分離；(2)脫除氣相中所夾帶的液沫；(3)脫除液相中所包含的氣泡；(4)引出分離的氣相和液相，不允許有重新夾帶摻混的機(jī)會(huì)。三、油氣分離器的工作原理和特點(diǎn)立式分離器臥式分離器其它分離器1.立式分離器Verticalseparator

立式分離器的主體為一立式圓筒體，氣液混合物一般從筒體的中段進(jìn)入，頂部為氣流出口，底部為液體出口，基本結(jié)構(gòu)和分離過(guò)程如圖4-1所示。1.立式分離器圖4-1立式分離器原理圖立式分離器原理圖

初級(jí)分離段（基本相分離段）—?dú)庖喝肟谔?，由于物流速度突然降低，成股狀的液體或大的液滴被分離出來(lái)直接沉降到積液段。為了提高初級(jí)分離的效果，常增設(shè)入口擋板或采用切線入口方式。(1)立式重力分離器分離原理

沉降段—經(jīng)初級(jí)分離后的氣流以較低的流速向上流動(dòng)，攜帶著較小液滴則向下沉降。分離效果取決于氣體和液體的特性、液滴尺寸及氣流的平均流速與擾動(dòng)程度。(1)立式重力分離器分離原理

積液段—主要收集液體。為減少流動(dòng)氣流對(duì)已沉降液體擾動(dòng)，一般積液段應(yīng)有足夠的容積，以保證液體中的氣體能脫離液體。為防止氣體旋渦，應(yīng)保留一段液封。(1)立式重力分離器分離原理除霧段—主要設(shè)置在緊靠氣體出口前，用于捕集沉降段未能分離出來(lái)的較小液滴（10～100μm）。微小液滴在此發(fā)生碰撞、凝聚，最后結(jié)合成較大液滴下降沉至積液段。(1)立式重力分離器分離原理

初級(jí)分離段（基本相分離段)——?jiǎng)恿扛淖儯☉T性力）分離大量液體。

沉降段——重力

[分離較大液滴（100μm以上液滴）]。

除霧段——碰撞吸附

[分離較小液滴（100μm以下液滴）]。

積液段——臨時(shí)儲(chǔ)存液體（液封）(1)立式重力分離器分離原理①占地面積小，容易清除筒體內(nèi)污物；②便于實(shí)現(xiàn)液位自動(dòng)控制；③適合于含固體雜質(zhì)較多的混合物和處理含液量較大的氣體；④單位處理量成本高于臥式。（2）立式重力分離器的特點(diǎn)立式分離器主要適用于以下情況的分離：①處理量較小的氣體或液體分離；②氣流速相對(duì)較大而帶液量相對(duì)較少，并且允許儲(chǔ)液時(shí)間較短的場(chǎng)合；③場(chǎng)地受限的情形；④液位控制要求較為簡(jiǎn)單的情況。2.臥式分離器

Horizontalseparator

圖4-2臥式分離器原理圖

初級(jí)分離段（基本相分離段）—可具有不同的入口形式，其目的也在于對(duì)氣液進(jìn)行初級(jí)分離，除了入口擋板外，有的在入口內(nèi)增設(shè)一個(gè)小內(nèi)旋器，在入口對(duì)氣—液進(jìn)行旋風(fēng)分離。沉降段—是氣體與液滴實(shí)現(xiàn)重力分離的主體，氣流水平流動(dòng)與液滴下沉成90°夾角，對(duì)液滴下降阻力小于立式分離器。2.臥式分離器分離原理積液段—設(shè)計(jì)常需考慮液體在分離器的停留時(shí)間，一般儲(chǔ)存高度按分離器直徑的一半考慮。在水平筒體的底部有泥沙等污物，排污比立式分離器困難。除霧段—可設(shè)置在筒體內(nèi)，也可設(shè)置在筒體上部緊接氣體出口處。2.臥式分離器分離原理①以重力沉降分離為主，輔以碰撞、離心分離；②重力沉降部分中液滴下降方向與氣流運(yùn)方向垂直；③液滴沉降面積比同直徑立式分離器大。臥式分離器的特點(diǎn)臥式分離器主要適用于以下情況的分離：①處理量較大的氣體或液體分離；②氣液比中等或較大的流體輸送；③帶有泡沫的原料氣；④氣、油、水三相分離。臥式分離器和立式分離器相比較：①具有處理能力較大、安裝方便和單位處理成本低；②特別是存在乳狀液或高氣油比時(shí)，臥式分離器較為經(jīng)濟(jì)；③但占地面積大、液體控制比較困難和不易排污。3.其它形式的分離器

Othertypesofseparator球形分離器；臥式雙筒分離器；旋風(fēng)分離器；過(guò)濾分離器。（1）球形分離器

Globeseparator

典型的球形分離器如圖4-3所示。從承受壓力的觀點(diǎn)來(lái)看，球形分離器可能是非常有效的。但是由于具有受限制的波動(dòng)容量和制造難度大，它在油氣田設(shè)施上通常不被采用。圖4-3球形分離器原理圖（2）臥式雙筒分離器

臥式雙筒分離器的原理圖如圖4-4所示。適用液體流量小的工況；有利于排污；制造難度增大，建設(shè)費(fèi)用較高；圖4-4臥式雙筒分離器原理圖（3）旋風(fēng)分離器

Cycloneseparator旋風(fēng)分離器的原理圖如圖，主要依靠油氣混合物作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力使油氣分離。處理量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可除去5μm以上的液滴；但它對(duì)流速很敏感，要求處理負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定，常作為重力式分離器的入口分流器。旋風(fēng)分離器原理圖1—入口短管；2—分離器圓筒部分；3—?dú)怏w出口；4—分離器的錐筒部分；5—集液部分（4）過(guò)濾分離器

Colationseparator

過(guò)濾分離器原理圖如圖4-5，主要用于從氣體中除油。常用的過(guò)濾元件有纖維制品、金屬絲網(wǎng)、陶瓷和泡沫塑料等。一般在過(guò)濾分離器前均應(yīng)有一級(jí)分離器作初步分離。過(guò)濾分離器可以100%地脫除大于2μm的微粒，99%地脫除小到0.5μm的微粒；可用于高氣量低液量、氣體凈化要求高的場(chǎng)合，如礦場(chǎng)壓氣站的壓縮機(jī)入口處、儀表氣凈化或燃料氣上游的洗滌器。過(guò)濾分離器的特點(diǎn)圖4-5過(guò)濾分離器原理圖4.2兩相分離器

Two-phaseseparator

兩相分離器的內(nèi)部構(gòu)件兩相分離器的工藝計(jì)算4.2.1兩相分離器的內(nèi)部構(gòu)件Insidecomponentsof

two-phaseseparator

進(jìn)口轉(zhuǎn)向器；除沫板；旋流破碎器；除霧器；氣相整流件；氣液擋板。1)進(jìn)口轉(zhuǎn)向器

Entranceturner

圖4-6進(jìn)口轉(zhuǎn)向器導(dǎo)流檔板，它可能是球形盤，平板，角鐵，錐形物等構(gòu)件，使液流方向和速度發(fā)生快速變化。這種檔板主要是用結(jié)構(gòu)支撐加以固定，以承受沖擊動(dòng)量載荷。使用半球形或錐形的裝置，其優(yōu)點(diǎn)是它比平板或角鐵所產(chǎn)生的擾動(dòng)要小些，從而減少再夾帶或乳化的問(wèn)題。1）進(jìn)口轉(zhuǎn)向器旋風(fēng)式進(jìn)口，它應(yīng)用離心力來(lái)分離流體?？梢允切L(fēng)式通道或者是環(huán)繞筒壁的切線流道。使用一個(gè)進(jìn)口噴嘴就足以產(chǎn)生一個(gè)圍繞著內(nèi)筒回轉(zhuǎn)大約6m/s的液流速度，內(nèi)筒的直徑不大于分離器直徑的2/3。1)進(jìn)口轉(zhuǎn)向器2)除沫板

Foamdepressantboard

當(dāng)氣泡從液體中逸放出來(lái)時(shí)，在氣液界面可能形成泡沫，使泡沫流經(jīng)一系列傾斜的平行板片或管束（如圖4-7所示），由于潤(rùn)濕表面的吸附作用和狹縫的整流作用促使霧沫分離。圖4-7除沫板結(jié)構(gòu)示意圖3)旋流破碎器

Cyclonecrusher

在當(dāng)液流控制閥打開(kāi)時(shí)，為防止在該處產(chǎn)生渦流，通常的對(duì)策是設(shè)置一個(gè)簡(jiǎn)單的旋流破碎器，見(jiàn)圖4-8所示。產(chǎn)生的旋渦將天然氣從氣體空間內(nèi)吸出，然后重新?lián)交斓揭后w中流出。圖4-8旋流破碎器4）

除霧器

Mistextractor

為了除去100μm以下的液滴，在分離器的出口普遍都增設(shè)了除霧器。除霧器能除去100～10μm直徑的液滴，其效率可達(dá)99％。除霧器主要有三種類型，如圖4-9所示。

圖4-9三種常用的除霧器結(jié)構(gòu)(a)網(wǎng)墊；(b)拱板；(c)波紋板網(wǎng)墊除霧器由直徑0.12～0.25mm的不銹鋼絲網(wǎng)組成，一般厚度在75～180mm左右；

拱板除霧器由一系列同心波紋圓筒組成，其作用在于增大液滴在圓筒表面的聚結(jié)面積；波紋板除霧器由一系列固定的波紋板重疊構(gòu)成。由于氣流方向在波紋板上的不斷變化，最終液滴與波紋板碰撞而聚結(jié)在波紋板上被分離出來(lái)。4）除霧器5）氣相整流件

當(dāng)氣液初步分離后，氣相處于紊流狀態(tài)對(duì)液滴的自然重力沉降不利。如圖4-10所示為氣相整流件，在分離器某一長(zhǎng)度內(nèi)設(shè)置一系列并有適當(dāng)間距的平行薄板，氣體通過(guò)狹窄的平行間隙，作層狀流動(dòng)，促進(jìn)了氣相中液滴的重力沉降。該構(gòu)件在氣相負(fù)荷高、氣速較大的場(chǎng)合十分有用。圖4-10氣相整流件6）氣液擋板氣液擋板如圖4-11所示，結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，但是對(duì)分離器操作有大影響的元件。擋板位置一般略高于控液面或與液面平行。有以下功能：防止氣相竄入液相和激起液相飛濺；保持液面的穩(wěn)定，有利于油水自然沉降分離。圖4-11氣液擋板4.2.2兩相分離器的工藝計(jì)算

Progresscalculation

of

two-phaseseparator分離器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本要求兩相分離的基本理論兩相分離器尺寸設(shè)計(jì)（Ⅰ）兩相分離器尺寸設(shè)計(jì)（Ⅱ）立式和臥式分離器的比較除霧器的工藝計(jì)算兩相分離器的工藝計(jì)算步驟相關(guān)規(guī)范GB50350-2005油氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范SY/T0515-1997油氣分離器規(guī)范HG/T20570.8-95工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定氣-液分離器設(shè)計(jì)4.2.2.1分離器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本要求初級(jí)分離段應(yīng)能將氣液混合物中的液體大部分分離出來(lái)；積液段要有足夠的容積，以緩沖來(lái)油管線的液量波動(dòng)和油氣自然分離；有足夠的長(zhǎng)度或高度，使直徑100μm以上的液滴靠重力沉降，以防止氣體過(guò)多地帶走液滴；在分離器的主體部分應(yīng)有減少紊流的措施，保證液滴的沉降；要有捕集油霧的除霧器，以捕捉二次分離后氣體中更小的液滴；要有壓力和液面控制。4.2.2.2兩相分離的基本理論

Basicprincipleof

two-phaseseparation

顆粒沉降必要條件：氣體在臥式分離器的滯留時(shí)間tg必須大于或等于液滴從氣體中沉降分離所需的時(shí)間td。

d——分離器的內(nèi)徑，Leff——分離器內(nèi)產(chǎn)生分離作用的有效長(zhǎng)度，Q——工況下的氣體流量，m3/d；液滴的沉降速度

Rateofgranulesettling

為簡(jiǎn)化液滴勻速沉降速度計(jì)算公式的推導(dǎo)，假設(shè)：（1）液滴為球形；（2）液滴與液滴、液滴與分離器壁等構(gòu)件間沒(méi)有作用力；（3）氣體在沉降部分內(nèi)的流動(dòng)是穩(wěn)定的，任一點(diǎn)的流速不隨時(shí)間而變化。

dm—液滴直徑，mρl—液滴的密度，kg/m3ρg—?dú)怏w的密度，kg/m3重力：浮力：RGACD—繞流阻力系數(shù)；w—液滴的沉降速度，m/s；dm—液滴的直徑，m。氣體對(duì)液滴的阻力R1762年牛頓繞流阻力公式RGF當(dāng)液滴作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)滿足下列條件液滴的沉降速度（4-1）斯托克斯（Stokes）公式

如果圍繞顆粒（液滴）的流動(dòng)是層流，也就是在低雷諾數(shù)（Re≤2）情況下的流動(dòng)，繞流阻力系數(shù)CD=24/Re；將其代入到顆粒沉降的一般表達(dá)式中，最后可得到：（4-4）繞流阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系式（4-6）求解w的步驟（4-6）（4-1）用到的公式：求解w的步驟1.給CD取初值，如CD

=0.342.計(jì)算Wn3.計(jì)算Re4.計(jì)算CD求解W的步驟（續(xù)）5.返至第2步，并迭代計(jì)算，直到計(jì)算出來(lái)的W滿足要求時(shí)為止。即：求解w的步驟計(jì)算wnCD取初值，n=1計(jì)算Re計(jì)算CD計(jì)算wn+1|wn-wn+1|≤ε開(kāi)始n=n+1結(jié)束w=(wn+wn+1)/2YN顆粒的大小Sizeofgranule

可取100μm～300μm的顆粒為計(jì)算依據(jù)。液滴沉降界限：

在分離器工藝設(shè)計(jì)中，按某一直徑液滴進(jìn)行沉降分離設(shè)計(jì)，該液滴的直徑下限尺寸稱為液滴沉降界限。通常取100μm?！猄Y/T0515-1997油氣分離器規(guī)范GB50350-2005油氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定顆粒直徑取值為60μm～100μm停留時(shí)間Detentiontime

停留時(shí)間取30秒到3分鐘；在原油發(fā)泡的情況，停留時(shí)間可能需要高達(dá)這個(gè)數(shù)字的四倍。兩相分離器液相停留時(shí)間與分離器的型式和原油物性有關(guān)。對(duì)于立式分離器處理發(fā)泡原油時(shí)通常取10-20min，非發(fā)泡原油通常取2-6min。對(duì)于臥式分離器處理發(fā)泡原油時(shí)通常取5-15min，非發(fā)泡原油通常取2-4min。

——SY/T0515-1997油氣分離器規(guī)范4.2.2.3兩相分離器尺寸設(shè)計(jì)(Ⅰ）

Sizedesignoftwo-phaseseparator(Ⅰ）

兩相分離器尺寸設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是確定臥式重力分離器、立式重力分離器的直徑和筒體的長(zhǎng)度（高度）。（1）臥式重力分離器計(jì)算氣體負(fù)荷約束液體負(fù)荷約束為了便于分離器的液位控制及其它內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一般假設(shè)臥式分離器的內(nèi)容一半為液體充滿。100μm的顆粒。①氣體負(fù)荷約束

d——分離器的內(nèi)徑，mm；Leff——分離器內(nèi)產(chǎn)生分離作用的有效長(zhǎng)度，m；T——分離器的操作溫度，K；P——分離器的操作壓力，MPa（絕）；Qg——?dú)怏w流量，Nm3/d；Z——?dú)怏w壓縮系數(shù)；K——常數(shù)①氣體負(fù)荷約束（續(xù)）②液體負(fù)荷約束

式中tr——期望的液體停留時(shí)間，minQL——液體流量，m3/d；mm③筒體長(zhǎng)度和長(zhǎng)徑比

分離器筒體長(zhǎng)度，m長(zhǎng)徑比：103Lss/d=3～4對(duì)氣體負(fù)荷：

對(duì)液體負(fù)荷：

氣體負(fù)荷約束計(jì)算公式的推導(dǎo)工作流量（m3/s）氣體流速（m/s）流通面積（m）推導(dǎo)公式時(shí)注意單位統(tǒng)一氣體負(fù)荷約束計(jì)算公式的推導(dǎo)（續(xù)）

顆粒沉降必要條件：氣體在臥式分離器的滯留時(shí)間tg必須大于或等于液滴從氣體中沉降分離所需的時(shí)間td。m氣體負(fù)荷約束計(jì)算公式的推導(dǎo)（續(xù)）其中

其中mmm

d——分離器的內(nèi)徑，mm；Leff——分離器內(nèi)產(chǎn)生分離作用的有效長(zhǎng)度，m；T——分離器的操作溫度，K；P——分離器的操作壓力，MPa（絕）；Qg——?dú)怏w流量，Nm3/d；Z——?dú)怏w壓縮系數(shù)；K——常數(shù)液體負(fù)荷約束計(jì)算公式推導(dǎo)若液體流量為Ql（m3/d），分離器的有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)eff（m），停留時(shí)間為tr（min），一般臥式分離器的液面控制在d/2處，則有：推導(dǎo)公式時(shí)注意單位統(tǒng)一臥式分離器尺寸設(shè)計(jì)步驟①計(jì)算滿足滿足氣體負(fù)荷約束的d和Leff②根據(jù)液體負(fù)荷計(jì)算滿足停留時(shí)間的d和Leff③估算分離器筒體長(zhǎng)度④選擇一個(gè)合理直徑和長(zhǎng)度的尺寸（2）立式重力分離器計(jì)算氣體處理能力計(jì)算液體處理能力計(jì)算①氣體負(fù)荷約束計(jì)算圖4-12立式分離器示意圖①氣體負(fù)荷約束計(jì)算公式dm=100μm

立式分離器的氣體處理能力計(jì)算，主要基于氣體在分離器中的流速必須小于或等于液滴沉降速度。①氣體負(fù)荷約束計(jì)算公式推導(dǎo)①氣體負(fù)荷約束計(jì)算公式推導(dǎo)（續(xù)）其中dm=100μm②液體負(fù)荷約束計(jì)算公式分離器內(nèi)液體的高度②液體負(fù)荷約束計(jì)算公式推導(dǎo)若液體流量為Ql（m3/d），分離器液柱高度為h（m），停留時(shí)間為tr（min），則有：推導(dǎo)公式時(shí)注意單位統(tǒng)一

立式分離器的實(shí)用長(zhǎng)度必須氣液分離段長(zhǎng)度、絲網(wǎng)除霧長(zhǎng)度、排液口下部的長(zhǎng)度以及沉降的一定長(zhǎng)度。立式分離器實(shí)用長(zhǎng)度Lss下式計(jì)算：立式分離器實(shí)用長(zhǎng)度Lss和長(zhǎng)徑比立式分離器的長(zhǎng)徑比（Lss/D）一般按3～4考慮。作業(yè)1、推導(dǎo)公式（4-1）、（4-9）、（4-11）、（4-13）、（4-14）2、已知：某氣井氣體流量Qg=3.0×104Nm3/d；氣體相對(duì)密度S=0.6；油的流量QL=300m3/d；油的相對(duì)密度S.G.=0.825；操作壓力P=5.0MPa(絕)；操作溫度T=27℃，壓縮系數(shù)為Z=0.8。試求臥式和立式分離器工藝尺寸。4.2.2.4兩相分離器尺寸設(shè)計(jì)（Ⅱ）

Sizedesignoftwo-phaseseparator(Ⅱ

）

（1）油滴的沉降速度表4-1流態(tài)的劃分流態(tài)ReCD層流Re≤2過(guò)渡流2<Re≤500紊流500<Re≤2×1050.44層流區(qū)，斯托克斯（Stokes)公式過(guò)渡區(qū)，阿倫（Allen）公式紊流區(qū)，CD=0.44，牛頓公式沉降速度的計(jì)算假設(shè)流態(tài)計(jì)算W校核流態(tài)結(jié)束調(diào)整流態(tài)否是（2）立式分離器尺寸設(shè)計(jì)

分離器主要原理是沉降分離原理，沉降分離要滿足一定的停留時(shí)間，應(yīng)選取適宜的氣流速度。分離器處理能力決定于它的外形尺寸。①氣體處理能力計(jì)算立式分離器工作時(shí)，氣流和液滴沉降方向相反，所以液滴能沉降的必要條件是液滴沉降速度w大于氣流速度V，即通常重力沉降段液滴沉降速度w是指直徑為100μm液滴的沉降速度。

考慮到液滴沉降速度計(jì)算的假設(shè)條件與實(shí)際情況有出入，以及氣流在分離器沉降部分的不均勻性，故在取允許氣流速度V時(shí)應(yīng)為:V=ηW,取η=0.75～0.8＜1,可保證W＞V①氣體處理能力計(jì)算單位換算：在確定分離器直徑時(shí)，考慮進(jìn)入分離器的油氣兩相比例隨時(shí)間不斷變化這一實(shí)際情況，引入載荷波動(dòng)系數(shù)β，一般β取1.5～2。①氣體處理能力計(jì)算②分離器的直徑及高度的計(jì)算根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，氣體的進(jìn)口速度取為15m/s，出口速度取為10m/s效果較好。分離器進(jìn)口、出口管的計(jì)算

已確定立式分離器的主要結(jié)構(gòu)尺寸，分離器各部分其它尺寸，可參照下述方法確定，見(jiàn)圖。立式分離器尺寸確定

立式分離器的結(jié)構(gòu)尺寸l一天然氣出口；2—油氣進(jìn)口；3一原油出口；4—排污口；5－高液位；6一低液位

除霧段

H1一般不小400mm；

沉降段

H2一般取H2=D但不小于lm；

入口分離段

H3一般不小于600mm；

積液段

h由油液在分離器內(nèi)需要停留的時(shí)間確定；

液封段

H4防止氣體竄入油管路，其高度一般不小于400mm；

泥砂儲(chǔ)存段

H5視油中含砂量和分離器中是否需要設(shè)置加熱盤管而定；

分離器的總高度H0

一般為(3.5至5)D。

除霧段

H1一般不小于400mm；

沉降段

H2一般取H2=D但不小于lm；

入口分離段

H3一般不小于600mm；

積液段

h由油液在分離器內(nèi)需要停留的時(shí)間確定；

液封段

H4防止氣體竄入油管路，其高度一般不小于400mm；

泥砂儲(chǔ)存段

H5視油中含砂量和分離器中是否需要設(shè)置加熱盤管而定；分離器的總高度H0

一般為(3.5至5)D。立式分離器尺寸確定（3）臥式分離器尺寸設(shè)計(jì)圖4-16液滴在臥式分離器中的沉降氣體處理能力計(jì)算在臥式分離器中，液滴沉降的必要條件：液滴沉降至集液面所需的時(shí)間應(yīng)小于或等于液滴隨氣體流過(guò)重力沉降部分所需的時(shí)間，即氣流速度v（稱為計(jì)算速度或?qū)嶋H流速）為：

氣體處理能力計(jì)算令：式中——面積利用系數(shù)。

V=AW=AW臥式分離器直徑計(jì)算分離器其它各部分尺寸，可參照下述方法確定，見(jiàn)圖。臥式分離器尺寸的確定臥式分離器的結(jié)構(gòu)尺寸

1——油氣進(jìn)口；2—天然氣出口；3—油出口入口段

L1由入口的形式確定，但不小于1m。沉降段

L2按結(jié)構(gòu)要求定，但不小于2D。液體儲(chǔ)存段

h3由液體在分離器內(nèi)停留時(shí)間確定，通常h3=D/2。h3可略低于D/2，但最小不得少于0.6m。除霧段

L3由除霧器結(jié)構(gòu)、布置確定。泥砂儲(chǔ)存段

h2視原油含砂量確定。臥式分離器尺寸的確定4.2.2.5立式和臥式的分離器之比較

Comparingbetweenverticalseparatorandhorizontalseparator

立式重力式分離器的沉降工作面積等于其橫截面積。立式分離器：立式和臥式的分離器之比較臥式分離器：臥式重力式分離器的沉降工作面積等于其橫截面積的A倍。立式和臥式的分離器之比較當(dāng)直徑相同時(shí)，臥式分離器的效率就比立式分離器的效率要高。換句話說(shuō)，如果分離器沉降工作面積相同時(shí)，則立式分離器的橫截面積將大于臥式分離器的橫截面積；也就是立式分離器的直徑大于臥式分離器的直徑。4.2.2.6除霧器的工藝計(jì)算Progresscalculationofmistextractor

除霧器有多種型式，目前廣泛采用的是網(wǎng)墊（或絲網(wǎng)）除霧器。主要介紹網(wǎng)墊除霧器的工藝計(jì)算。允許氣體流速除霧器面積除霧器的厚度和壓降圖4-14三種常用的除霧器結(jié)構(gòu)(a)網(wǎng)墊；(b)拱板；(c)波紋板（1）允許氣體流速

經(jīng)驗(yàn)表明，工作良好的網(wǎng)墊除霧器可從氣流中除掉99%的直徑大于10μm的油滴，允許的最大氣體流速umax(m/s)：

上式中K為系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)求得，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)型絲網(wǎng)，可取K=0.116。

考慮到液體負(fù)荷、液滴直徑和物性的變化，設(shè)計(jì)除霧器時(shí)，一般適宜的設(shè)計(jì)速度取最大允許氣速的75%～80%。（1）允許氣體流速（2）除霧器面積

絲網(wǎng)除霧器的面積，根據(jù)操作條件下的氣體處理量和其操作速度來(lái)確定。若絲網(wǎng)除霧器為園形，其直徑按下式計(jì)算式中ug—設(shè)計(jì)氣流速度，m/s。

除霧器厚度一般取100～150mm，壓降一般為245.15～490Pa。除霧器不能處理攜有大量液滴的氣體，所以不能代替重力沉降來(lái)分離100μm以上的液滴。（3）除霧器厚度和壓降4.2.2.7兩相分離器工藝計(jì)算步驟

Progresscalculationof

two-phaseseparator根據(jù)油氣流量、物性、壓力、溫度等基礎(chǔ)資料，選擇分離器的類型；按照油液流量、停留時(shí)間，初步確定分離器尺寸；按照氣體處理量計(jì)算分離器的直徑、長(zhǎng)度（或高度）等結(jié)構(gòu)尺寸；比較步驟上述的計(jì)算結(jié)果，選較大者作為分離器尺寸。當(dāng)油氣處理量很大時(shí)，可設(shè)有多臺(tái)分離器并聯(lián)工作。按氣體實(shí)際處理量、氣體組成、性質(zhì)、固體塵粒含量等因素確定除霧器的類型和尺寸。分離器工藝計(jì)算步驟（續(xù)）4.2.2.8旋風(fēng)式分離器

Cycloneseparator

旋風(fēng)式分離器的原理利用離心力來(lái)分離氣流中顆粒。旋風(fēng)式分離器的剖視圖

氣體質(zhì)點(diǎn)以相同的角速度作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（如同固體作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)一樣）。氣體在分離器內(nèi)回轉(zhuǎn)時(shí)，中心的靜壓力最小，外圈的靜壓力最大。其壓差取決于氣體回轉(zhuǎn)的速度，回轉(zhuǎn)速度愈大，則外圈與中心的壓差也就愈大。

旋風(fēng)式分離器

現(xiàn)假定在回轉(zhuǎn)的氣流中有一球形顆?？梢越频卣J(rèn)為它受到兩種力的作用。

離心力：

顆粒的沉降規(guī)律

Settlingregularityofgranule

①介質(zhì)給與的阻力：②當(dāng)顆粒在氣流中平衡或作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，近似地有如下條件：將①和②代入到③中，整理后得：③或（1）、當(dāng)微小顆粒時(shí):（2）、當(dāng)較大顆粒時(shí):（3）、當(dāng)最大顆粒時(shí):

由上面三個(gè)方程看出:

在離心力作用下，顆粒沉降的速度不僅取決于介質(zhì)的狀態(tài)和顆粒的直徑，而且還取決于旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)和尺寸。如果不考慮重力式分離器內(nèi)浮力對(duì)顆粒的影響,顆粒在離心力作用下的沉降速度要比顆粒在重力作用下的沉降速度大倍，其中m=1（最大）、0.71和0.5（最?。?，從而可以得到下面結(jié)論：在相同條件下，旋風(fēng)分離器的分離效果要比重力式分離器的效果為好。旋風(fēng)分離器直徑及進(jìn)出口管的計(jì)算Diameterandin/outpipecalculationofcycloneseparator

關(guān)于顆粒在旋風(fēng)分離器內(nèi)運(yùn)動(dòng)的嚴(yán)密理論，至今尚末建立，因此在計(jì)算時(shí)，常利用基于實(shí)驗(yàn)研究的經(jīng)驗(yàn)公式。旋風(fēng)分離器的計(jì)算是聯(lián)立求解水力損失方程和產(chǎn)量公式而得出其直徑；而旋風(fēng)分離器的其他尺寸則根據(jù)直徑來(lái)選定。式中——旋風(fēng)分離器內(nèi)的壓力降，mm水柱；——在分離器內(nèi)壓力、溫度條件下的氣體密度，kkg/m3；v——?dú)怏w在分離器內(nèi)的平均流速m/s；

CD——水力阻力系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定；一般取為180；由水力損失方程：①由產(chǎn)量公式：

流量公式：②一般取為55～180；正常情況下取為55～75由①②得：一般取進(jìn)口速度為15～25m/s；出口速度為10～15m/s。旋風(fēng)分離器其它尺寸圖4-18影響旋風(fēng)分離器效率的因素（1）氣體進(jìn)口速度：由于離心分離力與氣體旋轉(zhuǎn)線速度成二次方關(guān)系，因而氣體進(jìn)口的線速度對(duì)分離器效果影響很大。入口線速度一般宜在15～25m／s之間。因線速過(guò)低，分離力不夠，而線速過(guò)高則會(huì)破壞旋風(fēng)分離流動(dòng)系統(tǒng)的正常壓力平衡，并形成局部渦流，產(chǎn)生二次夾帶，使分離效率降低。影響旋風(fēng)分離器效率的因素（續(xù)）（2）氣液密度差：由旋風(fēng)分離器的分離原理可知，氣液密度差越大，分離效果越好。由旋風(fēng)分離器的氣流狀態(tài)可知，旋風(fēng)分離器適用于氣液（或氣、固）分離，而對(duì)于油水兩根相的分離則不宜于采用。一般在正常負(fù)荷量范圍內(nèi)工作的旋風(fēng)分離器，基本上可除去40μm以上的液滴或機(jī)械微粒。影響旋風(fēng)分離器效率的因素（續(xù)）（3）旋轉(zhuǎn)半徑：由向心力的公式可知,旋轉(zhuǎn)半徑越大，離心力越小。當(dāng)處理氣量較大時(shí)，設(shè)計(jì)計(jì)算所得的分離器直徑也較大，故旋轉(zhuǎn)半徑不宜超過(guò)0.5m，否則需提高氣流入口線速。當(dāng)用于大氣量時(shí)可采用多個(gè)旋風(fēng)分離器。當(dāng)用于小氣量或負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，則可采用可調(diào)節(jié)多管式旋風(fēng)分離器。由于多管式旋風(fēng)分離器的每根旋風(fēng)子，其旋轉(zhuǎn)半徑均較小，可在氣流線速較低的情況下獲得較大的氣液分離能力。影響旋風(fēng)分離器效率的因素（續(xù)）

雖然旋風(fēng)分離器體積小、效率高，但它的分離效果對(duì)流速很敏感，因而一般要求旋風(fēng)分離器的處理負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定，不適應(yīng)負(fù)荷波動(dòng)較大的場(chǎng)合，這就限制了旋風(fēng)分離器在負(fù)荷波動(dòng)較大的集輸站場(chǎng)與單井集氣站中的應(yīng)用。4.3三相分離器

Three-phaseseparator

在油氣開(kāi)采的過(guò)程中，特別是在油氣井開(kāi)采的中后期，開(kāi)采出的液體中常常是油中含水或水中含油，因而在生產(chǎn)過(guò)程中，不僅需要把氣、液分離開(kāi)，而且還需要把油和水（游離水）分離開(kāi)，這種同時(shí)實(shí)現(xiàn)油、氣、水分離的設(shè)備稱為三相分離器。

三相分離器三相分離器的結(jié)構(gòu)；油水界面控制；工藝計(jì)算。一、三相分離器的結(jié)構(gòu)圖4-20臥式三相分離器結(jié)構(gòu)（1）1.三相臥式分離器（1）

如圖4-20所示，是一個(gè)帶有界面控制器和堰板的典型臥式分離器。進(jìn)口分流包括一個(gè)降液器，將液流導(dǎo)向油氣界面的下邊，到達(dá)油水界面的附近。集液部分應(yīng)有足夠的體積使自由水沉降至底部形成水層，其上是原油和含有較小水滴的乳狀液層。堰板保持油位，液位控制器保持水位。油掠過(guò)堰板，堰板下游的油位由液位控制器來(lái)控制，排油閥又由液位控制器來(lái)操縱。

油和乳狀液從堰板上面溢出。堰板下游的油面由液面控制器操縱出油閥控制于恒定的高度。油水界面控制器操縱排水閥的開(kāi)度，使油水界面保持在規(guī)定的高度，氣體水平地通過(guò)重力沉降部分，經(jīng)除霧器后由氣體出口流出。分離器的壓力由設(shè)在出氣管上的閥門控制。油氣界面的高度依據(jù)氣液分離的需要可在1/2至3/4直徑間變化，一般采用1/2直徑。1.三相臥式分離器（1）如圖4-21所示，是按“槽和堰”設(shè)計(jì)的臥式分離器，這種結(jié)構(gòu)就不需要液體界面控制器，在堰板處液位的控制，是用簡(jiǎn)單的變位浮子來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而油槽內(nèi)的液位是由一個(gè)能操縱放油閥的液位控制器來(lái)控制的。水從油槽下面流過(guò)，然后再流過(guò)水堰板，水液位是由一個(gè)能操縱放水閥的液位控制器來(lái)操縱的。油堰板和水堰板的高度控制著由于油、水密度差而形成的油層的厚度，這是分離器操作的關(guān)鍵所在。1.三相臥式分離器（2）圖4-21臥式三相分離器結(jié)構(gòu)（2）圖4-21臥式三相分離器結(jié)構(gòu)（2）

分離器內(nèi)的水堰板高度要比油堰板高度足夠低，這樣就給油層厚度提供了充分的停留時(shí)間。如果水堰板過(guò)于低，而密度之差又不是如預(yù)期的那樣大，則油層厚度的增長(zhǎng)可能達(dá)到某一位置，使油在油槽下面通過(guò)而從水的出口處流走。通常，油堰板或者水堰板做成可調(diào)節(jié)的，這樣就可以適應(yīng)油、水密度的變化或者流量的變化。1.三相臥式分離器（2）

為得到所期望的油層高度，水堰板應(yīng)當(dāng)放置于低于油堰板一個(gè)距離。這個(gè)距離可由下列公式計(jì)算：式中：△h──低于油堰板的距離，m；h0──期望的油層高度，m；

0──油的密度，kg/m3；

w──水的密度，kg/m3。1.三相臥式分離器（2）1.三相臥式分離器（2）

界面控制具有容易調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，它便于應(yīng)付油或水的相對(duì)密度變化或其流量的變化。然而對(duì)于重質(zhì)、高含蠟乳狀液原油，界面控制就難于操作。因而，在這種情況下適宜采用圖4-21所示的油槽和堰板來(lái)控制。2.立式三相分離器

如圖4-23所示，是一立式三相分離器結(jié)構(gòu)示意圖。一個(gè)降液管用來(lái)輸送液體，不致干擾撇沫作用的產(chǎn)生。一個(gè)連通管用來(lái)平衡下段和氣體分離段的壓力。分配器或降液管出口位于油水界面處。在處理含固體顆粒的油氣水分離時(shí)，可設(shè)計(jì)成錐體底部，與水平線成450或600角度。圖4-23立式三相分離器結(jié)構(gòu)

分配器或降液管出口位于油水界面處。當(dāng)氣體從這一地方上升時(shí)，包含在油相內(nèi)的游離水就分離出來(lái)。水滴以對(duì)油相反的方向運(yùn)動(dòng)。類似地，水向下流動(dòng)，而包含在水相中的油滴，趨于對(duì)水流相反的方向上升。二、油水界面檢測(cè)油水界面檢則方法；液位控制。1.油水界面檢則方法油水界面檢測(cè)方法主要有電阻法、電容法、微差壓法、短波吸收法。由于插入三相分離器中的電極容易結(jié)垢，造成測(cè)量誤差，現(xiàn)電阻法和電容法測(cè)量油水界面的方法已很少使用。（1）微差壓法

是利用差壓計(jì)，接受油水界面變化所引起原油和水靜水壓差的變化來(lái)操縱出水閥的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)油水界面的控制。微差壓法的優(yōu)點(diǎn)是克服電極接觸油水介質(zhì)造成的腐蝕、結(jié)垢的影響，無(wú)論油水界面是否明顯，都能夠正常工作。缺點(diǎn)是油水相對(duì)密度差要求大于0.1，否則微差壓計(jì)不能正常工作。（2）短波吸收法

短波吸收法是將電能以電磁波的形式傳到油水介質(zhì)中，根據(jù)油、水吸收電能的差異來(lái)測(cè)量?jī)煞N介質(zhì)的量，從而控制油水界面。目前，在油田采用的油水界面變送器，能消除低頻干擾，適用不同工況下介質(zhì)的使用。

短波吸收法的優(yōu)點(diǎn)是克服了電極易腐蝕、結(jié)垢、掛油等現(xiàn)象，界面控制穩(wěn)定可靠。缺點(diǎn)是成本高，需要專門人員進(jìn)行儀表的維護(hù)保養(yǎng)。2.液位控制圖4-24三相分離器的三種液位控制2.液位控制

第一種方法是嚴(yán)格的液位控制。用一個(gè)可調(diào)平衡浮子控制油氣界面，用界面浮子控制排水閥的開(kāi)度使油水界面保持在一定的高度。由于分離器內(nèi)沒(méi)有隔板或檔板，故制造簡(jiǎn)便，對(duì)于含砂和固體雜質(zhì)較多的流體效果好。

第二種方法用一塊隔油板（堰板）控制油氣界面，全部原油在排出容器前必須上升到隔油板的高