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油气集输---3-1-3-2

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1第三章 原油和天然气的分离• 3气分离机理• 3气分离设备• 33离方式与操作条件的选择• 3油气分离操作与管理2油气分离概述• 油气分离是油气集输的首要任务。• 油气分离的方式:• 平衡分离和机械分离两种• 组成一定的油气混合物在一定的压力和温度下,只要油气充分接触,就能形成一定比例和组成的液相和气相,这种现象就是 平衡分离 。• 借助机械设备把油气两相分开的方法就是 机械分离 。• 油气分离有广义和狭义之分。• 广义:油、气、水、砂 等分离。• 狭义:油、气分离。33油气分离机理与相平衡计算• 一、油气分离机理• 1.重力分离• 重力分离是利用原油与天然气的密度不同,在相同条件下所受地球引力不同的原理进行分离的。• 2.碰撞分离• 碰撞分离是根据分子运动的机理,在油气分子运动的碰撞接触过程中进行的。• 3.离心分离• 离心分离是利用油气混合物作回转运动时产生的离心力进行油气分离的。4二、石油系统的平衡计算• 石油系统的平衡计算,主要解决这样一些问题: 石油和天然气在不同的平衡条件下,有多少液体?有多少气体?哪些是液体?哪些是气体?气液两相的组成、密度等等。5⒈ 公式推导• 设 据物料平衡,有:• L+V=1• 在系统中,各组分的组成已知,根据组分的物料平衡可知:6• 式中: 系统中 (即液相中 系统中 (即气相中 引入常数 系统中第 示气液相平衡时,体系中第 7• 系统中 系统中 系统中 将相平衡方程:代入上式,则:8  1  1 1  1同理可得:泡点方程露点方程9对 ( 1)有平衡常数的定义可知,某组分平衡常数的大小,在某种意义上 表示了该组分在系统中的挥发性能强弱 。K>1挥发性较强,该组分倾向于浓集在气相中; 。16结构简图及原理(一) 两相分离器图 2相卧式分离器工作原理示意图1— 油气混合物入口; 2— 入口分流器; 3— 重力沉降部分; 4— 除雾器;5— 压力控制阀; 6— 气体出口; 7—出液阀; 8— 液体出口; 9— 集液部分图 2两相立式分离器工作原理示意图1— 油气混合物入口; 2— 入口分流器;3— 除雾器; 4-压力控制阀;5— 气体出口; 6— 重力沉降部分; 7—集液部分; 8— 出液阀; 9— 液相出口17两相分离器工作原理• ( 1)立式分离器工作原理 :• 油气混合物由分离器的入口沿切线方向进入分离器,沿器壁旋转,均匀铺开,由于通路变大,流速降低,在离心力的作用下,靠密度差而分开,油沿器壁向下流,气体在中心向上升,在气体上升的过程中,靠沉降分离把直径为 100微米以上的油滴除掉。气体继续上升,到达除雾器,靠碰撞分离再除去直径为 10微米以上的油滴。在分离器的盛液部分,由于分离器具有一定的容积,使进入盛液部分的液体具有一定的停留时间,分离出液体中的气泡,从而达到油气分离的要求。18• ( 2)卧式分离器的工作原理• 油气混合物由进口进入分离器的分离头,均匀分散开,由于流通面积突然变大,流速降低,缓冲降压,油流分散,使气体很容易脱离液体,在重力的作用下,依靠油气密度差,使油气进行 初步分离 。气体密度小,上升并沿分离器的上层流动,经过分离隔板,使气体进一步分离,再经过沉降分离后到达分离器出口的除雾器,经过碰撞分离,将气体中的细小的油滴分离出来,天然气从分离器上面的天然气管线排出。在分离器的底部集液段,液体在分离器内具有一定的停留时间,靠密度差分离出液体中的气泡,含水原油在分离器下面的出油口排出。19(二) 三相分离器图 2卧式三相分离器1-油气混合物入口; 2— 进口碰撞分离部件; 3— 除雾器; 4-浮子; 5—液面控制机构; 6— 水位控制阀; 7— 油位控制阀; 8— 压力调节阀; 9— 不加重浮子; 10-加重浮子20图 2立式三相分离器1-加重浮子; 2— 不加重浮子; 3— 折流板; 4-油气混合物入口; 5— 进口碰撞分离部件; 6— 除雾器; 7— 压力调节阀; 8— 液面控制机构; 9— 油位控制阀;10-水位控制阀21应用场合及特点• ( 1)两相分离器• 卧式: 在重力沉降部分,气体流动方向与液滴沉降方向垂直。• 分离效果好,单位处理量成本低,易于安装、检查、保养;但占地面积大、排污难,须在分离器低部多设几个排污孔。• 适用于处理气油比较大,存在乳状液和泡沫的油井产物。• 立式: 在重力沉降部分,气体流动方向与液滴沉降方向相反。22• 占地面积小,排污方便,易于实现液面控制。适于汽油比较低、含固体杂质较多的油井产物,或者海上采油等建设面积受限场合。• 立式处理量较小,效果不如卧式,目前,多用于井场或计量站作为计量分离器,或者在一些场地狭小的特殊场合。• ( 2)三相分离器• 具有将油井产物分离为油、气、水三相的功能,适用于含水量较高,特别是含有大量游离水的油井产物的处理。• 该分离器在油田中高含水生产期的集输联合站内,得到广泛的应用。23二、油气分离器的结构• ⒈ 分离器的结构简图初次分离部分主要分离部分碰撞分离部分压力控制部分液面控制部分油气混合物进口天然气出口含水油出口242526• 1.主体容器• 主体容器是分离器的最基本部件,它的承压能力决定了分离器的工作压力,它的尺寸决定了分离器的处理能力。• 主体容器通常是由具有蝶形头盖的圆筒制成。容器上连接有混合物入口、气体出口、液体出口、排污口、仪表、阀门等各种工艺需要的接口,以及安装、维修、检查等需要的人孔、手孔等。27• 2.分离部分• 油井产物在分离器中的分离,一般都经过 初分离、主分离和除雾器分离 三个环节。• ( 1)初次分离部分• 初次分离发生在混合物的入口处,其目的是把从混输管道来的混合物快速分离成以气体为主和以液体为主的两相。• [1]动能吸收型入口装置(疏流式),主要适用于处理量较大三相分离器。• [2]旋流式入口装置(切线式),主要适用于立式分离器。28• 疏流式和切线式的结构如下图所示:疏流式切线式疏流式结构是使油气混合物一进入分离器就尽可能地沿整个空间铺开。切线式结构,油气混合物沿切线方向进入分离器,在分离器的内壁上铺开 。注:立式分离器的入口管装在分离器高度的 2/3处:为了保证气体有一定的上升距离,液体有一定的停留时间。29• ( 2)主分离部分• 主分离部分是指主体容器本身。经初次分离后的气相中,仍携带许多直径大小不等的液珠。主分离部分的作用是在气体流速大大降低后,利用 重力分离和碰撞原理 ,把直径在 100以上 的液珠最大限度地从气体中分离出来。• 注:对卧式分离器,由于处理量大,气体空对较小,为改变气体的紊流状态,在主分离器内设聚结或整流元件。• 分隔薄板式气相整流元件 (图 2—— 接触面积增大。雷诺市减小,扰动减弱,液滴沉降加速。• 蜂窝折流板聚结元件 (图 2—— 接触面积增大,在折流板湿润作用下,吸引细小的液滴并在其表面聚结成大液滴,分离效果加强。30• ( 3)除雾分离部分• 除雾分离部分的作用是,利用碰撞、离心、聚结等原理,除去经主分离后气体中仍然携带的直径在 10~ 100之间 的液滴。• 对除雾器的结构要求:• 在满足分离质量的条件下,结构要简单,气体通过时的压降要小。• 除雾器的常见结构 :• 叶片式、波纹板式、翼状叶片式、丝网式等• 注 :除雾器只能将沉降分离中不能除去的较小的油滴除掉,而不能处理携带大量液滴的气体,即除雾器只有在主要分离部分正常工作的基础上才能够很好地工作。31• 3.液面控制机构• 分离器工作时,气液界面的稳定与否,对分离效果有很大的影响。气液界面过高时,会使液体窜到气体空间,甚至进入排气管道,从而堵塞管路;液面过低时,会引起出液管串气,严重时会造成输油泵抽空。32浮子连杆机构和液位控制阀结构示意图12、 53、 679104.压力控制机构• 分离器的工作压力,也是影响分离效果的重要因素。若压力控制不稳,则液面波动严重,分离效果变差。保持压力稳定的方法,通常是在分离器的 排气管 上安装 自力式压力调节阀。34自力式压力调节器1-薄膜; 2-弹簧; 3-阀杆; 4-阀芯; 5-传压管; 6-阀体; 7-薄膜盒当分离器内压力过高时,压力通过传压管 5作用于薄膜 1上部,薄膜下移并带动阀杆 3下移 ,使阀门开启度增大,分离器内的气体流出,压力下降;当分离器压力降低时,薄膜上部的压力也变低,在弹簧 2的作用下薄膜恢复原位并带动阀杆 3上移 ,使阀门开启度关小,气体流出量减少,分离器压力回升。
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