提高分離系統的分離效果

牛蘇鋒　王文軍　李絢　盧建強　盧慶紅

【摘要】本文由作者根據在天然氣生產現場工作的經驗重點對使用較多的重力式分離器、素瓷分離器的工作原理進行闡述，分析引起分離效果不佳的幾個原因，并通過對內部結構，素瓷管，緩沖器的改造來獲得更好的分離效果。

【關鍵詞】重力式分離器 素瓷分離器 分離效果 素瓷管 緩沖器

一、前言

目前油田集輸站場使用的分離設備運行年限大部分在十五年以上，而這些分離設備基本上未進行過維修和更換，主要原因是分離設備屬全封閉式，其運行狀態和零配件損耗情況無法從外觀和聲音上判斷出來，如果分離效果存在問題將會給生產帶來很大的影響。分離器的分離效果不好會引起以下問題：一是計量裝置孔板處容易積液，造成計量不準，冬季易凍堵;二是輕烴回收產量低;三是油田伴生氣內含有大量的水分，計量時把水蒸氣也當成天然氣計算，造成輸差;四是管線腐蝕嚴重。實踐應用得出：引發上述問題原因主要是分離器分離效果差，必須通過對分離器改造提高分離效果，消除分離器內部的隱患，提高站場集輸效率。

二、分離器分離原理

（一）重力式分離器工作原理

各種重力式分離器工作原理大致相同主要是由分離、沉降、除霧和沉淀存儲四個部分組成，分離段：氣體從切線方向進入分離器，在離心力的作用下，大量液滴和固體粒子從天然氣中初步分離出來，沉積在分離器底部（沉淀儲存段），而氣流上升。沉降段：分離器桶體截面積遠大于天然氣進口管的截面積，氣體在桶內的流速降低。當氣體的上升速度小于仍然懸浮在氣流中的液滴和固體粒子的沉降速度時，液滴和固體粒子在其自身的重力的作用下從氣流中沉降分離出來。沉降段是重力式分離器的脫除較大液滴和固體粒子的主要部分。除霧段：為了提高分離效率，在分離器氣體出口部位安裝了折流板式或網墊式捕霧器，通過氣流與其碰撞除去天然氣中尚未除去的霧滴和固體粉塵微粒。捕霧器一般能除去10-30um直徑的微粒。

沉淀儲存段：目的是儲集前三部分所分離處的液（固）體，故儲存段應有足夠的容積，并裝有液面指示裝置及自動排液裝置。

（二）素瓷分離器

工作原理：素瓷分離器（干式過濾器）是基于篩除效應、深層效應和靜電效應原理來清除氣體中的固體雜質的。篩除就是利用多孔性過濾介質直接攔截固體雜質。篩除是一種表面式過濾，過濾介質都具有對固體雜質的篩除功能。多孔過濾介質具有許多通道，當含塵天然氣流經這些通道時，氣體中的粉塵就與過濾介質不斷發生碰撞，固體粉塵的動能不斷損失，直至不能運動而停滯在過濾介質中，這就是深層效應。深層效應過濾的固體雜質粒徑比過濾介質小，所以深層效應比篩除效應過濾的雜質粒徑小，效果更好。當氣體流過非導體纖維過濾介質時，流動引起的摩擦力致使過濾介質上帶有靜電荷，而固體雜質通常就帶有與介質相反的電荷，兩種相反靜電荷產生靜電吸力，使固體雜質附著在過濾介質上，這就是靜電效應。篩除效應、深層效應和靜電效應的共同作用，使得過濾器對天然氣的分離除塵效果比分離器好。

三、分離器分離效果影響因素及改造方案

（一）分離器分離效果低下原因

通過對分離器實地檢查，發現分離系統分離效果差的主要原因有兩個：一是重力式分離器除霧器金屬網腐蝕破損，金屬網除霧器可以消除99%的直徑大于10μm的液滴，它的破損直接導致分離效果大大降低;二是素瓷分離器的素瓷管老化斷裂、脫落，通過對一臺素瓷分離器大修，發現分離器中素瓷管幾乎全部脫落，其分離效果幾乎為零。

（二）分離器改造方案

（1）對重力式分離器腐蝕破損的金屬網進行更換，同時加強對崗位員的培訓，在冬季提高排污頻率，降低凍堵發生的幾率。

（2）對于素瓷分離器來說，首先要更換素瓷管;其次，當觀察分離器內部結構時，由于進氣管口正對著素瓷管，氣體對它的沖擊力很大，導致素瓷管還沒達到使用壽命，就被沖斷沉入筒底，分離器也隨之失效。

因此，緩沖氣體對素瓷管的沖擊成為主要攻克的難題。針對此情況，設計了一系列改善措施。考慮到設備運行時間長，油和天然氣已滲入金屬內部，動火是萬萬要不得的，只能采取純機械方式：①沿著分離器筒壁繞素瓷管拉一個筒形的鋼絲網墻，鋼絲網筒的上部與素瓷管的管板相連，下部與分離器內原有的絲網共同用螺栓固定;②利用壓縮機進氣緩沖罐原理，在進氣管線入口處加一個錐形的緩沖器，大口朝著分離器。

制作緩沖器：用一個上面均勻排布很多孔的鐵皮鋼板和一張鋼絲網，卷制而成，鐵皮鋼板在內部做鋼絲網的支撐。他們一起用進氣管與分離器的連接法蘭加緊固定。對素瓷分離器進行施工改造直接作用：穩定壓力，減緩氣體對素瓷管沖擊，同時起到一定程度的分離作用。

改造特點：施工屬純機械施工，比較安全;材質和做工比較簡單，造價低;金屬網的更換操作簡單，通過改造分離效果得到明顯提升。

（三）分離器改造效果

整個分離系統經過以上改造，在三個月的運行中，改造后的分離器分離效率明顯上升，與此同時整個站場內由分離器改造形成的良好效果主要體現在以下幾個方面：

（1）站內輸差明顯降低（由天然氣內含有水蒸氣造成的輸差得到一定程度改善）。

（2）計量精度有所提高（含液多，造成流量計劃線寬，有30多格寬，波動大，影響到計量的準確性，不能真實的反映輸差）。

（3）污油產量有了相當提高，這說明分離器的分離效果有了明顯改善。

（4）冬季凍堵情況次數明顯減少。

（5）減少天然氣中液態組分的存在，減輕對管線腐蝕。

（四）效益分析

對于分離器改造而形成的明顯效果，可以通過計算分離器改造生成直接經濟收益體現出來。

按每天多產油0.4噸（最低）計算，油價為900元/噸（最低）每月可提高污油銷售0.4×30×900=1.08萬元。

按每天挽回輸差3000立方米計算，氣價為0.4元/立方米（最低），每天可挽回非計量漏失1200元，每月可挽回非計量漏失36000元，全年共計創效（10800+36000）×12=56.16萬元。

上述是直接經濟收益，間接收益不可小覷。分離器改造后，分離系統維護間隔時間長了，維護成本減低;管線腐蝕情況得到改善。因此，分離器改造間接收益將遠遠高于直接經濟效益。