復合式油氣水三相分離器設計與應用研究

董慶國

摘 要：為了滿足我國海洋石油勘探開發高速發展的要求，結合我國海上油氣處理工藝的實際情況，深入進行新型油氣水三相分離器應用研究和橇塊產業化研究，自主設計開發出性能可靠、質量上乘、性價比合理、適用于海上油田不同開采期的油氣水三相分離器橇塊。

關鍵詞：三相分離器;高效;油氣處理工藝

1 概述

海上采油平臺由于操作空間和承載能力的嚴格限制，要求所用的油氣水分離器橇塊結構簡單、體積小、重量輕、分離效率高、安全可靠、能適應多相流各種流態。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。這是傳統的重力式分離裝置很難達到的。因此開發一種小型、高效、快速的油氣水分離設備，成為國內外海洋石油行業的重點研究目標。

為了滿足我國海洋石油勘探開發高速發展的要求，結合我國海上油氣處理工藝的實際情況，深入進行新型油氣水三相分離器應用研究和橇塊產業化研究，自主設計開發出性能可靠、質量上乘、性價比合理、適用于海上油田不同開采期的油氣水三相分離器橇塊已勢在必行。下面以某處理廠的生產數據為設計基礎，對比國內外的油氣水高效分離技術，對新型油氣水高效分離器的技術和應用推廣進行研究。

2 國內外目前水平和發展情況

國內傳統分離器設備存在的主要問題有如下幾個方面：

（1）分離設備內部構件針對性不強，脫水脫氣系統多為二段甚至三段、四段流程，設備占地多、能耗高。

（2）分離器內部氣相空間太大，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定。油氣水的高效分離是陸上和海上油田在油氣生產、運輸、存儲中關注的問題，復合式分離器是近期的發展方向，目前國際上能達到油中含水低于1%指標的只有美國的一個三級重力和離心相結合的分離器專利，由于采用多級分離方式，設備體積龐大，結構復雜。各種分離原理綜合使用取長補短，是當前分離器技術的主要發展方向。

研究院在共同實驗研究提出了高效分離器設計方案，在實驗中分項考核離心、重力、膨脹原理對油氣水分離的有效程度?？紤]分離器主要用于海上平臺，海洋環境，在實際設計中為了盡量減少浮體運動對油氣水分離器處理效果的影響，采用以下原則：分離器設計時采用臥式容器，盡量降低容器的高度和重心;采用雙向流三相分離器的結構，既減少浮體運動帶來的液面效應，又增加了液體停留時間，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，同時放置設備盡可能接近浮體質心。

3 高效分離器方案設計基本思路

根據某處理廠的實際工況，為了能使目前分離器實現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的停留時間，而增加油水乳狀液在分離器內停留時間的直接方法就是增加分離器內油水分離腔室的空間，基本設計思路如下：

（1）增加氣液旋流分離器：主要目的是采用錐型旋流原理設計氣液分離裝置，利用氣液混合來流的速度自動分離管道中的氣體和液體，特點是結構緊湊、性能穩定，分離后氣體直接進入原分離器氣體管路系統;

（2）增加T型管路：主要目的是實現油水動態分離，減少重力沉降時間，基本原理是利用流動過程重力沉降增加油水分離效果;

（3） 增加管道旋流技術：目的一，是實現油水低速下的“擴容”，減少油水在分離室內的停留時間;目的二，運用高速旋流原理，實現污水的處理效率，提高排放污水的油含率，加快水相的處理量。

3.1 總體方案設計

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

4 氣液分離器的組成

氣液預分離主要由兩個部分組成，一是用于分離液體的旋流錐體，另一個是用來除去部分固體的出沙罐體。入口含氣來液首先經過旋流裝置實現旋轉分離的氣液分層，分層后下傾管上部為氣體，下部為較重的液體，液體通過下出口進行油水分離裝置（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切向入口進入錐體分離器后在罐體內產生旋轉，由于氣液之間存在密度差，所以氣液在旋轉過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，分離出的液體通過底流口進入油水分離器，氣體則通過氣出口進入捕霧器;進入捕霧器的攜帶有少量液體的氣體再通過離心分離將微量液滴分離出后排入閉排系統，氣體則進入壓縮機入口處。

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、一級旋流管、二級旋流管、三相分離器以及T型管組成。根據某油氣終端處理廠的現場情況，方便高效三相分離器接入處理廠原有的原油脫水系統，將高效三相分離器布置在廠區的西南，靠近原油脫水區的位置。根據現場，可將高效三相分離器布置在原油脫水區與人行道之間，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，但由于此處地下埋藏著管網，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。高效三相分離器的配套設備均在現場安裝，安裝前需提前預置好水泥基礎，并且預埋鋼板及螺栓，準備工作完成后安裝高效三相分離器的配套設備及其管線閥門。

6 結論

通過研究實驗明確了復合式油氣水三相分離器設備橇塊總體設計思路和系統集成設計要點。對陸地樣機試驗結果進行分析，對T型管、螺旋管、氣液旋流器、橇座、閥組、測控系統等開展橇塊集成優化設計，可以由此作為切入點，逐漸發展海上采油平臺設備成橇設計制造產業。

參考文獻：

[1]顏春者，呂成魁.三相分離器的現場應用及維護[J].石油機械，2002，30（06）：45-46.