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1、分离器,重庆科技学院石油工程学院 制作,CONTENTS,工艺计算,概 述,1,分离器操作运行及故障处理,1.1 油气中杂质在油气生产中的危害性,腐蚀： 由于液态水的存在将加速管道及设备的腐蚀,堵塞： 随着积砂的增加堵塞管道、设备,污染化学溶液,液泛影响,1.2 分离器分类,分离器,重力式 利用液体和气、固密度的不同而受到的重力的不同来实现分离,旋风式 利用液体和气、固做旋转运动时所受到的离心力不同来实现分离,过滤式 利用气流通道上的过滤元件或介质实现分离,1.2.1 按作用原理分,计量分离器 主要作用是完成油气水的初步分离并计量，一般属低压分离器。,分离器,生产分离器 主要作用是完成多口生产
2、井集中进行初步分离后密闭输送，属中高压分离器。,1.2.2 按分离器功能进行分类,真空分离器,0.1MPa,低压分离器,1.5MPa,中压分离器,1.56MPa,高压分离器,6MPa,1.2.3 按分离器工作压力不同进行分类,1.3 重力式分离器的分类,重力式分离器,根据分离器功能分,两相分离器,三相分离器,卧式 立式,按流体流动方向和安装形式分,重力式分离器,1.4 分离器的四个操作功能,从分离器内分别引走分离出来的气相和液相，不允许它们有彼此重新夹带掺混的机会,1,2,3,4,脱除气相中所夹带的液沫,脱除液相中所包含的气泡,完成气和液的基本“相”的分离,除雾段,基本相分离段,1.5 分离器
3、分为四个部分：,控制或消减能量,分离和沉降,液体收集和引出段,液滴聚集段,第二节 分离器的工作过程,1. 两相分离器,2. 三相卧式分离器,6. 旋风分离器结构及工作原理,7. 分离器的外壳及主要内部构件,4. 分离器的选择,5. 不同流动方式的分离器优缺点比较,8. 其它形式的分离器,3. 卧式分离器与立式分离器的比较和选择,第二节 分离设备的工作过程,2.1 两相分离器,2.1 两相分离器,2.1.1.卧式两相分离器基本结构及工作过程,气液混合流体经气液进口进入分离器进行基本相分离，气体进入气体通道进行重力沉降分离出液滴，液体进入液体空间分离出气泡和固体杂质，气体在离开分离器之前经捕雾器除
4、去小液滴后从出气口流出，液体从出液口流出。,2.1.2.立式两相分离器基本结构及工作过程,2.1 两相分离器,气液混合流体经气液进口进入分离器进行基本相分离，气体进入气体通道向上流动通过重力沉降分离出液滴，液体进入液体空间向下流动，同时分离出气泡。气体在离开分离器之前经捕雾器除去小液滴后从出气口流出，液体从出液口流出。,2.2.1 一般三相卧式分离器基本结构及工作过程,2.2 三相分离器,气液混合流体经气液进口进入分离器进行基本相分离，气体进入气体通道通过整流和重力沉降，分离出液滴；液体进入液体空间分离出气泡，同时在重力条件下，油向上流动，水向下流动得以油水分离，气体在离开分离器之前经捕雾器除
5、去小液滴后从出气口流出，油从顶部经过溢流隔板进入油槽并从出油口流出，水从排水口流出。,2.2.2 卧式三相分离器内部结构,2.2 三相分离器,气液混合流体经气液进口进入分离器进行基本相分离，气体进入气体通道并经过整流器和重力沉降，分离出液滴；液体进入液体空间分离出气泡后油向上流动、水向下流动得以分离，气体在离开分离器之前经捕雾器除去小液滴后从出气口流出，油从顶部经过溢流隔板进入油槽并从出油口流出，水经溢流档板进入水槽并从排水口流出。,2.3 卧式分离器与立式分离器的比较和选择,2.4 各种分离设备优缺点比较,2.5 立式旋风分离器结构及工作原理,2.5.1 立式旋风分离器结构,2.5 旋风分离
6、器结构及工作原理,2.5.2 工作原理 气体经切向方向进入分离器后作圆周运动，液滴由于较重受到较大离心力而被抛在容器器壁上，最终从气体中分离出来；气体旋转速度逐渐减小最终向上运动从顶部流出，液体从底部流出。,2.6 分离器外壳及主要内部构件,2.6.1 外壳,内部承压的容器，为圆形筒体，其内径、长度尺寸根据气体处理量以及操作参数设计确定，两端是椭球形或球形的封头。,2.6.2 内部构件,2.6 分离器外壳及主要内部构件,进口转向器 导流档板：快速变化液流方向和速度； 旋风式进口：应用离心力分离时采用。 波浪破碎器：垂直档板 除沫板：倾斜的平行板片或管束。 旋流破碎器：破除旋涡防止二次夹带 雾沫
7、脱除器 丝网垫：适用但易堵塞（气流速度要适宜）。 叶板除雾器：改变为层流。 离心式除雾器：效果好但压降大且对流量敏感。,2.6 分离器外壳及主要内部构件,导流挡板和旋风式进口原理图,2.6 分离器外壳及主要内部构件,滤网及除雾器原理图,叶板除雾器原理,2.6 分离器的外壳及主要内部构件,气体经过叶板除雾器时被强制分成多条支流，使流动变得稳定，液滴易于沉降。,典型的过滤式分离器结构图,气体经上部进入，经过滤管进入二级分离，而较大液滴及粉尘则留在分离器一级分离段内进入储液槽，气体在二级分离段经捕雾后从右侧流出。,CTT型卧式分离器,含有少量气，水的油经接收室进入分离器，经重力沉降后，由疏流室稳流后
8、进入分离室。在分离室内，油液均匀较薄层的流动使气泡得以分离，分离出的气泡从顶部流出，油流进入 集液室经原油出口流出，水经排污口流出。,立式油气分离器,气液混合流体经气液进口进入分离器进行基本相分离，气体在折流板内经不空隙逸出到气相空间得到分离，气体在离开分离器之前经整流、捕雾后从出气口流出，液体进入液体空间分离出气泡及油向上流动，水向下流动得以分离，油从出油口流出，水经排水口流出。,第三节 分离器的检验标准,3.1 分离质量K 定义：分离器出口处每标准立方米气体所带液量的多少。 计算公式：,第三节 分离器的检验标准,3.2 分离程度S 定义：分离器在分离的温度、压力下，从其出液口中排出的液体所
9、携带的游离气体积和液体体积之比值。 计算公式：,第三节 分离器的检验标准,3.3 我国规定的分离器工作标准：,第四节 分离设备的工艺计算,4.1.1 颗粒的沉降 假设 颗粒在分离器中的运动速度为常数：重力等于阻力 颗粒为球形，大小不变 计算公式 G=A+R,4.1 两相分离理论,第四节 分离设备的工艺计算,重力： 阻力： 浮力： 通过以上公式可计算出颗粒的沉降速度w的值。,式中： d 颗粒的直径，m； g 、 L 分别为操作条件下气体和颗粒的 密度，kg/m3 g 重力加速度，m/s2 w 颗粒或液滴在气体中的沉降速度，m/s CD气流携带系数，无因次。,第四节 分离设备的工艺计算,4.1.2
10、 气流携带系数CD的确定 气流携带系数与流态有关，不同的流态区域内气流携带系数数值也不一样。各区域的范围和相应的关系可查表得到。,Re2: CD = 24/Re 2Re500: CD =18.5Re-0.6 500Re2105: CD =0.34 Re2105: CD=0.1,第四节 分离设备的工艺计算,4.1.3 颗粒的沉降速度w值的计算 根据以上公式可推导出沉降速度w的计算公式：,其中：,第四节 分离设备的工艺计算,4.1.4 讨论： （1）介质不流动时，仅重力作用： 沉降速度的影响因素：d、L、 g、操作条件下天然气的粘度 （2）气流向上流动（考虑相对运动速度w）： wv：颗粒向下沉降（
11、速度） （3）颗粒大小影响： 气体分离段：气体负荷设计方程是基于脱除100m的颗粒 雾沫脱除器脱除直径在10100 m的颗粒,第四节 分离设备的工艺计算,（4）颗粒大小影响： 气体分离段：气体负荷设计方程是基于脱除100m的颗粒。 雾沫脱除器脱除直径在10100 m的颗粒。 （5）停留时间: 定义：假定停止流动的情况下，一个液体分子保留在容器内的平均时间。 停留时间为30秒到3分钟。,第四节 分离设备的工艺计算,4.2 两相分离器尺寸设计方法 一般方程式： 1. 当颗粒直径不大于（2080）10-6m，且雷诺数Re2时，n=1，a=24，则以上方程变为下列式：,第四节 分离设备的工艺计算,2.
12、 当颗粒直径小于（300800）10-6m，且雷诺数2Re500时，n=0.6，a=18.51，则以上方程变为下列式： 3. 当颗粒直径大于（300800）10-6m，且雷诺数500Re1500时，CD=0.44，则以上方程变为下列式： 将以上公式制为图表便可得下图，通过此图，可查得在不同压力下，水滴的沉降速度w与其直径d的关系。,第四节 分离设备的工艺计算,第四节 分离设备的工艺计算,4.3 立式重力式分离器的尺寸设计 1. 分离器直径及高度的计算,第四节 分离设备的工艺计算,2. 分离器进出口直径的计算 取进口速度v1为15m/s 取出口速度为v2 为10m/s,第四节 分离设备的工艺计算
13、,4.4 卧式重力式分离器尺寸设计,第四节 分离设备的工艺计算,计算公式：由上图得到： 而： 代入上式有： 令： 得：,第四节 分离设备的工艺计算,以上公式中： Q 操作条件下流体体积流量，m3/s； L 卧式分离器长度，m； D 卧式分离器直径，m； 截面积利用系数，0.80.95； w 颗粒或液滴在气体中的沉降速度，m/s。,第四节 分离设备的工艺计算,4.5 立式与卧式分离器的比较 设颗粒沉降的有效面积（颗粒沉降的工作面积）: 则： 立式分离器 卧式分离器 结论： 当直径相同时，卧式分离器的效率就比立式分离器的效率高。,第四节 分离设备的工艺计算,4.7 旋风式分离器 定义：利用离心力来
14、分离气流中颗粒的分离器 原理：利用离心力 过程：,第四节 分离设备的工艺计算,颗粒分离规律： 假定：颗粒作匀速运动，即： 离心力 阻力 联立求解：,第四节 分离设备的工艺计算,讨论： 1. 当颗粒直径不大于（2080）10-6m，且雷诺数Re2时，n=1，a=24，则方程变为： 2. 当颗粒直径小于（300800）10-6m，且雷诺数2Re500时，n=0.6，a=18.51，则方程变为：,第四节 分离设备的工艺计算,3. 当颗粒直径大于（300800）10-6m，且雷诺数500Re1500时，CD=0.44，则方程变为：,第四节 分离设备的工艺计算,旋风式分离器与重力式分离器的比较 离心力作
15、用下的分离速度比重力作用下的分离速度大 倍，其中m =1, 0.71, 0.5。,分离速度的影响因素：d、L、 g、介质及分离器的结构和尺寸。,第四节 分离设备的工艺计算,影响旋风分离效率的因素 气体进口速度：1525m/s 气液密度差：不适于油水两液分离 旋转半径：不宜超过0.5m（旋风子）,第四节 分离设备的工艺计算,4.8 旋风分离器直径及进出口管计算 1.计算公式： Qn 为标准状态下的流量 而：,第四节 分离设备的工艺计算,2. 计算过程： 令K1（1.266)，计算D 取出口管线直径0.67D，进口管线0.47D 验算进口流速是否在1525m/s， 出口流速是否在515m/s， 筒
16、体流速在2.454.43m/s， 否则另取K值直到合乎要求。,第四节 分离设备的工艺计算,4.9 丝网除雾器的工艺计算 效果：除雾效率可达99% 构成：圆形或扁形的耐腐蚀的金属丝编织而成 机理：接头聚集，重力沉降 压力降：如无固体颗粒，则可忽视,第四节 分离设备的工艺计算,流速：流速大则不易落下，小则不易碰撞 一般取： 式中：K系数，与液体的粘度、表面张力、丝网的比表面积以及气体中液沫的含量等因素有关，对于标准型丝网，可取K=0.116 面积：根据气体处理量和流速确定。,练习,一、是非题 1旋风分离器的分离效果优于重力式分离器。（ ） 2油气在分离过程中，主要依靠重力、离心力及粘着力来完成的。
17、 （ ） 3在相同条件下卧式分离器的分离效率差于立式分离器。（ ） 4由于原油分离级数越多，分离效果越好，所以分离级数是越多越好。（ ） 5油气分离的过程中增加停留时间可提高脱水效果。（ ） 6应用蒸汽或溶剂是从分离器中有效地解决石蜡沉淀在分离器的办法。（ ）,练习,二、填空题 1油气分离器的操作标准中，操作液位由安装在油出口管线上的（ ）来控制。 A 压力表 B 液位计 C 压力调节阀 D 液位调节阀 2海上分离器的过压保护一般采用（ ）为第一道保护。 A 压力变送器检测 B 压力安全阀 C 压力和液位的异常 3 油气分离器常见故障中，分离器操作水位过高可能的原因是( ) A天然气管线冻结或严重堵塞 B水排出管线堵塞 C水位系统控制失灵 D报警系统失灵 4分离器重力分离段的长度取决于（ ）。 A 液滴大小、气体流速、液滴密度 B 容器直径、气体密度、紊流程度 C A+B 5油气分离器中直接影响分离效果的部分为（ ）。 A 分离部分 B 液面控制部分 C 压力控制部分 D 加热部分,Click to edit company slogan .,The End !,