帶除砂功能的油田用分離器設計

馮一璟 阮 超，馮 定

(西南石油大學機電工程學院，四川 成都 637001) (長江大學機械工程學院，湖北 荊州 434023)

帶除砂功能的油田用分離器設計

馮一璟 阮 超，馮 定

(西南石油大學機電工程學院，四川 成都 637001) (長江大學機械工程學院，湖北 荊州 434023)

在石油開采、集輸和煉化過程中，油水砂的分離是必不可少的一個過程，分離器的結構和功能直接影響到分離的效果。基于油田用多功能分離器的結構設計理念，設計了一種帶除砂功能的油田用分離器，以簡化石油生產和集輸流程，提高分離效率，保證分離效果，延長分離器使用壽命。

分離器；除砂；分離效果；使用壽命

石油工業用分離器是油、氣生產和集輸過程中廣泛使用的油、水、氣、砂分離設備，在石油生產中發揮著巨大的作用，已成為油田設備管理的重要項目。分離器的主要作用是：對于天然氣處理而言，從氣流中分離掉液體、固體及機械雜質；對于原油處理而言，從油流中分離掉氣體、固體以及游離水[1]。

近年來石油行業技術的飛速發展，國內外對油水分離技術的重視程度也越來越高，要求也越來越嚴格。很多國家的都在以低消耗、高產出、綠色環保的要求來做石油設備的設計準則，所以在這種情況下，油水分離器的處理技術也飛快的發展起來。在石油工業中，油水混合物的種類是多種多樣的，油的種類和含量不同，油團的大小也不同，而且水的pH值也不同，有些油水中還含有泥沙和其他雜質，有的要經過多次的油、水、砂的分離，排放廢水的量也比較多，因此油水分離裝置和分離方法也是多種多樣的，每一種分離方法都有它特定的裝置和使用范圍。目前國內外的分離方法大約有以下幾種：鹽析法、電解法、凝聚法、空氣上浮法、比重差分法、加熱法、超聲波分離法、反滲透法、粗粒化過濾法和生物酸化法等[2]。在這些方法中，有些方法裝置大，設備復雜，占地面積廣，有些還會產生二次污染，對環境有很大破壞，有些方法價格昂貴。為此，秉承油田用多功能分離器的設計理念，筆者設計了一種帶除砂功能的油田用分離器，以簡化石油生產和集輸流程，提高三相分離效率，降低石油生產整體費用。

帶固液分離功能的油田用分離器是一種預先除砂再分離油水的裝置，依靠固-液分離旋流器的除砂功能及其結構特點，將固-液旋流器與臥式三相分離器有機的組合起來，將兩者的優勢相融合，達到預先除砂，再油水氣分離功能，并且具有防磨損、防堵塞、提高效率、節省成本的好處。

1 主要組成部件

圖1 旋流除砂器的工作原理圖

帶除砂功能的油田用分離器主要由2部分組成：旋流除砂器[3]和三相分離器。

1)旋流除砂器 旋流除砂器部分工作時，如圖1所示。原油在壓力輸送下，經給料管進入旋流除砂器圓筒給料室上部開始旋流，產生的離心力加速了質量較大的顆粒向旋流除砂器外壁運動，顆粒以螺旋型路線向下運動，即底流由底流口流出，底流排出物的顆粒較大，含液量少，主要成分是來液中的水和砂粒。質量較小的顆粒向中心運動，并以螺旋形上升，即溢流進入溢流管排出，溢流排出物的顆粒較細，含液量大，主要成分是原油中的輕質，如油類部分。

2)三相分離器 三相分離器部分主要是由接受室、整流室、分離室、積液室、排污口、原油出口和氣體出口等組成。氣液混合流體從旋流器溢流口流出，經氣液進口進入分離器的積液室進行基本相分離，氣體進入氣體通道通過整流和重力沉降，分離出液滴；液體進入液體空間分離出氣泡，同時在重力條件下，油向上流動，水向下流動得以油水分離，氣體在離開分離器之前經捕霧器除去小液滴后從出氣口流出，油從頂部經過溢流隔板進入油槽并從出油口流出，水從排水口流出。分離器的壓力由設在天然氣管線上的閥門控制。分離器內設有油池和擋水板。原油和乳狀油自擋油板溢流至油池，油池中油面由液面控制器操縱的出油閥控制。水從油池下面流過，經擋水板流入水室，水室的液面由液面控制器操縱的出水閥控制。

2 連結方式及特點

圖2 帶固液分離功能的油田用分離器的總體結構示意圖

在原油進口處，旋流除砂器的溢流口與三相分離器的氣液入口相連，原油輸出管與水力旋流器的入口相連，旋流除砂器的底流口通向污水積液槽，污水經處理達到國家排放標準后排放。如圖2所示。其中旋流除砂器的特點是不僅適合對懸浮顆粒進行細分離，而且具有結構簡單、無運動部件、處理時間短、分離效率高等特點，所以在將旋流除砂器與三相分離器結合起來的設計成帶除砂功能的油田用分離器，還可以提高分離器的工作效率，為整個石油生產節省了大量的時間和經濟成本。

3 結 語

帶固液分離功能的油田用分離器適用于油水分離、油氣分離、固液分離、固液氣三相分離，可以用于油田各種含油、含砂類污水的處理，應用范圍不僅在陸地采油的油田接轉站和聯合站，也可以在海洋平臺上使用。此類分離器與一般的分離器相比，它具有以下幾點優勢：結構簡單，效率較高，除砂效果好，避免了分離器內部的水垢大量形成，保證了管道的通徑，保證流量的穩定，保證了管道壓力的穩定性，提高了分離器的工作效率，減少了人工清除水垢的次數，節省了大量的人力物力。帶固液分離功能的油田用分離器在工作過程中有效的減少了氣液中的固體含量，從而可以帶來以下幾點效果：①適應性好，生產及調節范圍寬。旋流器并聯可增加生產能力(即擴容方便)，串聯可提高產品的質量；②管道的堵塞和磨損問題程度可以有效的降低，可保證管道工作的安全性；③管道內壁結垢的情況得到改善，降低對管道的腐蝕，減少了泄漏事故的發生；④水垢的形成減少，保證了管道內流量的穩定，在原油量穩定時，館內壓力變化不大，使流量儀表的工作穩定性得到保證；⑤旋流除砂器部分不僅適合對懸浮顆粒進行細分離，而且具有結構簡單、無運動部件、處理時間短、分離效率高等特點；⑥爐內水垢減少，可減少消耗大量人力物力去檢修除垢，節省了加熱爐的維護工作量和維護費用，提高了工作效率。

[1]湯清波，錢維坤，李玉軍.HNS型高效三相分離器[J].油氣田地面工程，2007,26(6)：16-17.

[2]孫紀富，耿擁軍，劉家恒.WS型油氣水三相分離器設計與應用[J].勝利油田職工大學學報，2007，21(3)：62-63.

[3]袁惠新，王躍進.旋流分離技術在石油、石化工業中的應用[J].過濾與分離，2009,12(3)：33-37.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.11.049

TE938

A

16731409(2012)11N15102