油-氣-水三相分離器的設(shè)計(jì)【重力式油氣水三相分離器】【臥式】

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重力式分離器的研制最初是以油氣或油水兩相分離作為目的的。最早的油氣分離器基本都是采用空筒結(jié)構(gòu)，發(fā)展較成熟的早期油氣兩相分離器以前蘇聯(lián)油田上使用的CTT型臥式分離器為代表，該型分離器由疏流室、集液室、油氣接收室以及分離器室四部分組成，內(nèi)部安裝有疏流板、折流板和除霧器等一些簡(jiǎn)單的內(nèi)部構(gòu)件，可以處理有較廣范圍汽油比的油氣混合液；而早期的油水分離器是由油水分離池發(fā)展而來(lái)，油水分離池的發(fā)展經(jīng)歷了API(普通隔油池)、PPI（平行板隔油池）和CPI（波紋板隔油池）。API型油水分離池由美國(guó)石油學(xué)會(huì)研制，之后殼牌公司在此基礎(chǔ)上通過添加內(nèi)部?jī)A斜平板得到了PPI型油水分離池，不久又對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，將平板換為波紋板，不僅提升了分離效果，同時(shí)也降低了成本。CPI型油水分離池的優(yōu)點(diǎn)是油水分離效果好，停留時(shí)間短（一般不超過30分鐘），占地面積小。 英國(guó)Farm公司于70年代初開發(fā)了聚結(jié)板分離器，其內(nèi)部聚結(jié)構(gòu)件由V型板疊加構(gòu)成，聚結(jié)板材料為玻璃纖維，聚結(jié)油滴可以從板上的放液孔垂直穿過。該設(shè)備對(duì)含油量在200～1000mg/L的污水的處理效果較好，出口水質(zhì)可達(dá)到50mg/L。80年代CE-NATCO公司開發(fā)了商標(biāo)為Performax的板式聚結(jié)器，這是一種錯(cuò)流式組合波紋板。經(jīng)過不斷研究開發(fā)，這種設(shè)備已廣泛應(yīng)用于油氣分離、油水分離一集含油污水的凈化等方面。 前蘇聯(lián)油氣科學(xué)研究設(shè)計(jì)院以一般沉降理論為依托，研制出BAC-1-100型全自動(dòng)三相分離器，該分離器內(nèi)部采用的是堰板式結(jié)構(gòu)，使油水界面實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)節(jié)。美國(guó)CE-NATCO公司應(yīng)用“淺池原理”研制出油水快速分離設(shè)備，該設(shè)備的特點(diǎn)是采用臥式結(jié)構(gòu)，油氣水在分離器內(nèi)部沿軸向流動(dòng)，在軸向添加Performax金屬聚結(jié)器，打打縮短了油滴聚結(jié)沉降的時(shí)間，并使分離效率得到了一定的提高。雖然這兩種分離器的設(shè)計(jì)原理不同，但優(yōu)點(diǎn)相同，即乳化液停留時(shí)間短，油水分離效率高，分離后的原油和污水質(zhì)量好并且操作平穩(wěn)。瑞典阿法拉法公司應(yīng)用離心分離原理研制開發(fā)的蝶片式離心機(jī)占地面積小、重量輕、液體停留時(shí)間短，可分離的誰(shuí)中油滴和固體顆粒的直徑分別為3μm、0.55μm，并且該設(shè)備可與其他設(shè)備組合應(yīng)用，操作簡(jiǎn)單，特別適合海上平臺(tái)的操作。美國(guó)的F.A.Kenawy等人在常規(guī)的重力式橫向流式分離器基礎(chǔ)上增加了一個(gè)機(jī)械裝置，將分離板由靜態(tài)設(shè)計(jì)改為了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，從而優(yōu)化了油水分離過程。 2.1. 國(guó)外分離器發(fā)展現(xiàn)狀 目前，國(guó)外的三相分離器研究已經(jīng)比較成熟，三相分離器的生產(chǎn)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。比較知名的三相分離器生產(chǎn)廠商有英國(guó)的Expro公司、美國(guó)Cameron公司、Schlumberger公司、貝克休斯公司等，這些公司都有自己完善的技術(shù)支持，可以根據(jù)用戶的需求生產(chǎn)不同種類的多相分離設(shè)備。Schlumberger公司于2008年底推出了一款新型的三相分離器CleanPhase，此三相分離器由于使用了SmartWeir技術(shù)和升級(jí)過后的Coriolis流量計(jì)，使得經(jīng)過該設(shè)備分離后的各相純凈度和測(cè)量精度都得到了較大的提高；Expro公司根據(jù)泰國(guó)Nang Nuan油田的實(shí)際需要為其專門定制了一款多級(jí)分離設(shè)備，其原油處理流量為12000桶/日；此外Cameron公司現(xiàn)在市場(chǎng)適用范圍最廣的一款大型三相分離器的原油處理量為200000桶/日。 2.2. 國(guó)內(nèi)分離器發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)對(duì)于油田地面設(shè)備的研究起步較晚，但自80年代起開始引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)以來(lái)，我國(guó)的分離器制造水平得到了很大的提高，特別是近些年隨著國(guó)內(nèi)外需求的不斷增加，涌現(xiàn)了許多有著較高技術(shù)水平的新分離器生產(chǎn)廠家。中國(guó)石油技術(shù)開發(fā)公司研發(fā)了一款新型高效的油氣水三相分離器，它使用防波板等內(nèi)部構(gòu)件以消除進(jìn)液對(duì)于分離場(chǎng)的影響，另外該產(chǎn)品使用高性能的化學(xué)破乳劑，使用分離效果得到了較大改善，其中輕、重質(zhì)原油高效三相分離器出口油含水率不大于0.3%，污水含油率不大于300mg/L，分離氣體含液率不大于0.05g/Nm3。 華油惠博普科技有限公司（HBP）為大港油田提供了一種新型的輕、中質(zhì)原油高效油氣水三相分離器，該型三相分離器采用兩項(xiàng)專利技術(shù)，執(zhí)行ASME、ASPI、GB150及相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備采用來(lái)液預(yù)處理、板槽式布液、機(jī)械破乳、高效填料聚結(jié)和整流、油水液位及油水界面自控等技術(shù)為油水分離和氣液分離提供了良好的流場(chǎng)環(huán)境及分離環(huán)境。中、高含水原油經(jīng)該型三相分離器一次脫水能使原油含水降至0.3%以下，污水含油低于300mg/L。 另外，威瑞泰默斯生產(chǎn)的高效復(fù)合三相分離器STS采用氣液中度旋流技術(shù)、壓縮氣浮選技術(shù)、油水界位精確測(cè)定技術(shù)、水洗技術(shù)、斜板沉降技術(shù)等，有效消除了段賽流的影響，加速了油水的分離，取得了較高的分離效果；山東科瑞控股集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的YQ01型三相分離器，在提高分離效率減少設(shè)備投資的同時(shí)，也提高了產(chǎn)品的適用范圍，該產(chǎn)品可適應(yīng)-40℃～60℃的環(huán)境溫度。 目前，我國(guó)有十幾家實(shí)力較強(qiáng)的分離器生產(chǎn)企業(yè)，部分產(chǎn)品分離效果已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，有些產(chǎn)品甚至遠(yuǎn)銷北美、南美、中東等地區(qū)，但國(guó)內(nèi)所生產(chǎn)的三相分離器大多結(jié)構(gòu)相似，技術(shù)單一，產(chǎn)品適應(yīng)性較差。因此，分離器技術(shù)的豐富與發(fā)展還需要更多的研究與創(chuàng)新。 3. 油氣水三相分離器存在問題及發(fā)展趨勢(shì) 經(jīng)過多年的發(fā)展，雖然油氣水三相分離器的種類與型號(hào)在不斷增多，分離效率也在不斷提高，但仍舊存在一些問題。 (l)分離效率低。隨著石油的不斷開采，多數(shù)油田的含水率大幅提升。我國(guó)89.6%油頁(yè)巖查明資源的含油率為5%～10%，通過地下原位轉(zhuǎn)化所輸出的采出液含水率也將會(huì)較高。因此致使原有油氣水三相分離器的分離效率降低。 (2)普適性低?，F(xiàn)有的油氣水三相分離器基本上都是根據(jù)某一油田的具體情況設(shè)計(jì)。若應(yīng)用于其他油田，或該油田采出液組分發(fā)生變化，如含水率大幅增加，則會(huì)導(dǎo)致氣分離效果明顯變差。 (3)設(shè)備體積大。一般油氣水三相分離器體積較大，尤其是臥室油氣水三相分離器占地面積相當(dāng)大，導(dǎo)致使用成本增加。以臥式油氣水三相分離器為例，解決上述問題的一種有效方法就是對(duì)分離器內(nèi)多相流進(jìn)行流場(chǎng)分析，從而選取合適的內(nèi)部構(gòu)件并進(jìn)行合理安裝。正確選取內(nèi)部構(gòu)件可縮短分離時(shí)間，提高分離效率，從而使分離器結(jié)構(gòu)緊湊，有效減小占地面積。 隨著油頁(yè)巖等石油替代能源的出現(xiàn)及油田采出液含水率的提高，適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、便于維護(hù)和維修的油氣水分離器的設(shè)計(jì)研制將成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者以及工程技術(shù)人員的工作重點(diǎn)。 5． 計(jì)劃任務(wù)書 長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書 學(xué)院（系）機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè) 過程裝備與控制工程 班級(jí)裝備10901 學(xué)生姓名 莊鑫 指導(dǎo)教師/職稱 張慢來(lái)/講師 1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目： 油-氣-水三相分離器的設(shè)計(jì) 2. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）起止時(shí)間：2013 年3 月 日～2013年 6月 日 3. 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分）： 1）處理能力：含水原油2000 m3/d、天然氣2.0×10^4 nm3/d 2）原油密度860 kg/m3(200C) 3）含水率85%~89%， 4）參考資料： （1）馮叔初，油氣集輸、石油大學(xué)出版社，1988 （2）龔偉安，鉆井液固相控制技術(shù)與設(shè)備，石油工業(yè)出版社，1995 （3）周力行，湍流兩相流與燃燒的數(shù)值模擬，清華大學(xué)出版，1991 4. 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)應(yīng)完成的主要內(nèi)容 （1）概述油-氣-水三相分離技術(shù)及進(jìn)展、各種常見分離器介紹； （2）油-氣-水三相分離器設(shè)計(jì)方案分析與確定； （3）設(shè)備定尺計(jì)算； （4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算； （5）油-氣-水三相分離器內(nèi)流場(chǎng)模擬。 5. 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的目標(biāo)及具體要求 1）翻譯與油-氣-水三相分離器有關(guān)的英文資料3000漢字； 2）完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份； 3）繪制油-氣-水三相分離器總裝配圖； 4）繪制油-氣-水三相分離器二維加工圖、三維實(shí)體圖； 5）開題報(bào)告。 6. 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需的條件及上機(jī)時(shí)數(shù)要求 學(xué)習(xí)流體力學(xué)、多相流分離理論 熟悉Fluent或Comsol 上機(jī)200學(xué)時(shí)以上 任務(wù)書批準(zhǔn)日期 2013年 3 月 日 教研室(系)主任(簽字) 任務(wù)書下達(dá)日期 2013年 3 月 日 指導(dǎo)教師(簽字) 完成任務(wù)日期 年 月 日 學(xué)生（簽名） 6． 論文的主要階段、進(jìn)度與時(shí)間安排 畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間共計(jì)12周，具體安排如下： 第7周 查閱資料和翻譯外文資料 第8周 撰寫開題報(bào)告，準(zhǔn)備開題報(bào)告答辯 第9周 確定三相分離器類型 第10周 對(duì)氣體分離部分進(jìn)行設(shè)計(jì) 第11周 對(duì)油水分離部分進(jìn)行設(shè)計(jì) 第12周 分析分離器縫間長(zhǎng)度及長(zhǎng)細(xì)比 第13周 計(jì)算分離器主題尺寸 第14周 分析并選取主要內(nèi)部構(gòu)件的尺寸 第15周 選取除霧器其他構(gòu)件的尺寸 第16周 完成畢業(yè)論文 第17周 完成多媒體制作 第18周 修改畢業(yè)設(shè)計(jì) 7． 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)必須具備的工作條件及解決辦法 首先在理論上要具備有較好的理論知識(shí)。通過老師的指導(dǎo)，在這基礎(chǔ)上還要對(duì)計(jì)算機(jī)的相關(guān)軟件有著較為熟練的應(yīng)用。其次各類參考文獻(xiàn)的查閱可以利用學(xué)校圖書館以及簡(jiǎn)便的網(wǎng)絡(luò)資源。最后在思想上要有飽滿的工作熱情和求實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。 解決辦法：利用圖書館及電腦查閱相關(guān)的資料及文獻(xiàn)，大部分時(shí)間要在電腦上完成，在電腦上完成文字的打印及文獻(xiàn)的查詢，還有繪圖軟件的使用，遇到不懂的地方就向老師請(qǐng)教。 8． 指導(dǎo)老師審查意見