董慶國(guó)

摘 要：為了滿(mǎn)足我國(guó)海洋石油勘探開(kāi)發(fā)高速發(fā)展的要求，結(jié)合我國(guó)海上油氣處理工藝的實(shí)際情況，深入進(jìn)行新型油氣水三相分離器應(yīng)用研究和橇塊產(chǎn)業(yè)化研究，自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出性能可靠、質(zhì)量上乘、性?xún)r(jià)比合理、適用于海上油田不同開(kāi)采期的油氣水三相分離器橇塊。

關(guān)鍵詞：三相分離器;高效;油氣處理工藝

1 概述

海上采油平臺(tái)由于操作空間和承載能力的嚴(yán)格限制，要求所用的油氣水分離器橇塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、分離效率高、安全可靠、能適應(yīng)多相流各種流態(tài)。分離后油中含水小于1%;水中含油，渤海海域小于30mg/L，南海海域小于50mg/L。這是傳統(tǒng)的重力式分離裝置很難達(dá)到的。因此開(kāi)發(fā)一種小型、高效、快速的油氣水分離設(shè)備，成為國(guó)內(nèi)外海洋石油行業(yè)的重點(diǎn)研究目標(biāo)。

為了滿(mǎn)足我國(guó)海洋石油勘探開(kāi)發(fā)高速發(fā)展的要求，結(jié)合我國(guó)海上油氣處理工藝的實(shí)際情況，深入進(jìn)行新型油氣水三相分離器應(yīng)用研究和橇塊產(chǎn)業(yè)化研究，自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出性能可靠、質(zhì)量上乘、性?xún)r(jià)比合理、適用于海上油田不同開(kāi)采期的油氣水三相分離器橇塊已勢(shì)在必行。下面以某處理廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，對(duì)比國(guó)內(nèi)外的油氣水高效分離技術(shù)，對(duì)新型油氣水高效分離器的技術(shù)和應(yīng)用推廣進(jìn)行研究。

2 國(guó)內(nèi)外目前水平和發(fā)展情況

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)分離器設(shè)備存在的主要問(wèn)題有如下幾個(gè)方面：

（1）分離設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件針對(duì)性不強(qiáng)，脫水脫氣系統(tǒng)多為二段甚至三段、四段流程，設(shè)備占地多、能耗高。

（2）分離器內(nèi)部氣相空間太大，液相容積太小，造成有效利用率不高。

（3）原油脫水效果差且不穩(wěn)定。油氣水的高效分離是陸上和海上油田在油氣生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)中關(guān)注的問(wèn)題，復(fù)合式分離器是近期的發(fā)展方向，目前國(guó)際上能達(dá)到油中含水低于1%指標(biāo)的只有美國(guó)的一個(gè)三級(jí)重力和離心相結(jié)合的分離器專(zhuān)利，由于采用多級(jí)分離方式，設(shè)備體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。各種分離原理綜合使用取長(zhǎng)補(bǔ)短，是當(dāng)前分離器技術(shù)的主要發(fā)展方向。

研究院在共同實(shí)驗(yàn)研究提出了高效分離器設(shè)計(jì)方案，在實(shí)驗(yàn)中分項(xiàng)考核離心、重力、膨脹原理對(duì)油氣水分離的有效程度?？紤]分離器主要用于海上平臺(tái)，海洋環(huán)境，在實(shí)際設(shè)計(jì)中為了盡量減少浮體運(yùn)動(dòng)對(duì)油氣水分離器處理效果的影響，采用以下原則：分離器設(shè)計(jì)時(shí)采用臥式容器，盡量降低容器的高度和重心;采用雙向流三相分離器的結(jié)構(gòu)，既減少浮體運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的液面效應(yīng)，又增加了液體停留時(shí)間，提高了油氣水分離效果;容器的縱軸和浮體的縱軸方向一致，同時(shí)放置設(shè)備盡可能接近浮體質(zhì)心。

3 高效分離器方案設(shè)計(jì)基本思路

根據(jù)某處理廠的實(shí)際工況，為了能使目前分離器實(shí)現(xiàn)油水分離并保證水出口含油率小于1000ppm，考慮增加油水乳狀液在分離器內(nèi)的停留時(shí)間，而增加油水乳狀液在分離器內(nèi)停留時(shí)間的直接方法就是增加分離器內(nèi)油水分離腔室的空間，基本設(shè)計(jì)思路如下：

（1）增加氣液旋流分離器：主要目的是采用錐型旋流原理設(shè)計(jì)氣液分離裝置，利用氣液混合來(lái)流的速度自動(dòng)分離管道中的氣體和液體，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定，分離后氣體直接進(jìn)入原分離器氣體管路系統(tǒng);

（2）增加T型管路：主要目的是實(shí)現(xiàn)油水動(dòng)態(tài)分離，減少重力沉降時(shí)間，基本原理是利用流動(dòng)過(guò)程重力沉降增加油水分離效果;

（3） 增加管道旋流技術(shù)：目的一，是實(shí)現(xiàn)油水低速下的“擴(kuò)容”，減少油水在分離室內(nèi)的停留時(shí)間;目的二，運(yùn)用高速旋流原理，實(shí)現(xiàn)污水的處理效率，提高排放污水的油含率，加快水相的處理量。

3.1 總體方案設(shè)計(jì)

油氣水三相分離器系統(tǒng)流程為，生產(chǎn)液首先進(jìn)入氣液分離模塊，其主要功能是進(jìn)行氣液高效率分離，分離后的氣體進(jìn)入氣體系統(tǒng)，分離后油水進(jìn)入油水分離器系統(tǒng)中進(jìn)行油水分離，分離后的水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，分離后的油水混合物進(jìn)入管線外輸。

4 氣液分離器的組成

氣液預(yù)分離主要由兩個(gè)部分組成，一是用于分離液體的旋流錐體，另一個(gè)是用來(lái)除去部分固體的出沙罐體。入口含氣來(lái)液首先經(jīng)過(guò)旋流裝置實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)分離的氣液分層，分層后下傾管上部為氣體，下部為較重的液體，液體通過(guò)下出口進(jìn)行油水分離裝置（出口與T型管入口相連），氣體由上出口排除，進(jìn)入除氣管道。

除氣裝置的工作原理：具有一定流速的流體通過(guò)切向入口進(jìn)入錐體分離器后在罐體內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，由于氣液之間存在密度差，所以氣液在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中所受的離心力不同，密度較大的液相受到的離心力較大，從而液相逐漸沿錐體的徑向向外運(yùn)移，氣相密度較小，其受到的離心力也較小，因此氣相主要聚集在罐體軸心處形成一錐形氣核，分離出的液體通過(guò)底流口進(jìn)入油水分離器，氣體則通過(guò)氣出口進(jìn)入捕霧器;進(jìn)入捕霧器的攜帶有少量液體的氣體再通過(guò)離心分離將微量液滴分離出后排入閉排系統(tǒng)，氣體則進(jìn)入壓縮機(jī)入口處。

氣液旋流分離器，外觀最大直徑DN240，高度4000mm，主要作用是使氣液徹底分離;其液位控制在入口管下500mm左右，液相界面距離下出口控制在2000mm。通過(guò)它的旋流作用，可以保證液相出口含氣≯1%，氣相出口直徑小于100微米的液滴100%脫除。

5 高效三項(xiàng)分離器的布置與安裝

高效三相分離器主要由氣液分離器、一級(jí)旋流管、二級(jí)旋流管、三相分離器以及T型管組成。根據(jù)某油氣終端處理廠的現(xiàn)場(chǎng)情況，方便高效三相分離器接入處理廠原有的原油脫水系統(tǒng)，將高效三相分離器布置在廠區(qū)的西南，靠近原油脫水區(qū)的位置。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)，可將高效三相分離器布置在原油脫水區(qū)與人行道之間，安裝此處接管比較方便，高效三相分離器易于接入舊的系統(tǒng)，但由于此處地下埋藏著管網(wǎng)，后期施工難度較大。因此，將高校三相分離器移至人行道的西側(cè)。高效三相分離器的配套設(shè)備均在現(xiàn)場(chǎng)安裝，安裝前需提前預(yù)置好水泥基礎(chǔ)，并且預(yù)埋鋼板及螺栓，準(zhǔn)備工作完成后安裝高效三相分離器的配套設(shè)備及其管線閥門(mén)。

6 結(jié)論

通過(guò)研究實(shí)驗(yàn)明確了復(fù)合式油氣水三相分離器設(shè)備橇塊總體設(shè)計(jì)思路和系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)要點(diǎn)。對(duì)陸地樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)T型管、螺旋管、氣液旋流器、橇座、閥組、測(cè)控系統(tǒng)等開(kāi)展橇塊集成優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以由此作為切入點(diǎn)，逐漸發(fā)展海上采油平臺(tái)設(shè)備成橇設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]顏春者，呂成魁.三相分離器的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及維護(hù)[J].石油機(jī)械，2002，30（06）：45-46.