提高分離系統(tǒng)的分離效果

牛蘇鋒　王文軍　李絢　盧建強(qiáng)　盧慶紅

【摘要】本文由作者根據(jù)在天然氣生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工作的經(jīng)驗(yàn)重點(diǎn)對(duì)使用較多的重力式分離器、素瓷分離器的工作原理進(jìn)行闡述，分析引起分離效果不佳的幾個(gè)原因，并通過(guò)對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，素瓷管，緩沖器的改造來(lái)獲得更好的分離效果。

【關(guān)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(chǎng)使用的分離設(shè)備運(yùn)行年限大部分在十五年以上，而這些分離設(shè)備基本上未進(jìn)行過(guò)維修和更換，主要原因是分離設(shè)備屬全封閉式，其運(yùn)行狀態(tài)和零配件損耗情況無(wú)法從外觀和聲音上判斷出來(lái)，如果分離效果存在問(wèn)題將會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)很大的影響。分離器的分離效果不好會(huì)引起以下問(wèn)題：一是計(jì)量裝置孔板處容易積液，造成計(jì)量不準(zhǔn)，冬季易凍堵;二是輕烴回收產(chǎn)量低;三是油田伴生氣內(nèi)含有大量的水分，計(jì)量時(shí)把水蒸氣也當(dāng)成天然氣計(jì)算，造成輸差;四是管線腐蝕嚴(yán)重。實(shí)踐應(yīng)用得出：引發(fā)上述問(wèn)題原因主要是分離器分離效果差，必須通過(guò)對(duì)分離器改造提高分離效果，消除分離器內(nèi)部的隱患，提高站場(chǎng)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(chǔ)四個(gè)部分組成，分離段：氣體從切線方向進(jìn)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(lái)，沉積在分離器底部（沉淀儲(chǔ)存段），而氣流上升。沉降段：分離器桶體截面積遠(yuǎn)大于天然氣進(jìn)口管的截面積，氣體在桶內(nèi)的流速降低。當(dāng)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(shí)，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(lái)。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(wǎng)墊式捕霧器，通過(guò)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(chǔ)存段：目的是儲(chǔ)集前三部分所分離處的液（固）體，故儲(chǔ)存段應(yīng)有足夠的容積，并裝有液面指示裝置及自動(dòng)排液裝置。

（二）素瓷分離器

工作原理：素瓷分離器（干式過(guò)濾器）是基于篩除效應(yīng)、深層效應(yīng)和靜電效應(yīng)原理來(lái)清除氣體中的固體雜質(zhì)的。篩除就是利用多孔性過(guò)濾介質(zhì)直接攔截固體雜質(zhì)。篩除是一種表面式過(guò)濾，過(guò)濾介質(zhì)都具有對(duì)固體雜質(zhì)的篩除功能。多孔過(guò)濾介質(zhì)具有許多通道，當(dāng)含塵天然氣流經(jīng)這些通道時(shí)，氣體中的粉塵就與過(guò)濾介質(zhì)不斷發(fā)生碰撞，固體粉塵的動(dòng)能不斷損失，直至不能運(yùn)動(dòng)而停滯在過(guò)濾介質(zhì)中，這就是深層效應(yīng)。深層效應(yīng)過(guò)濾的固體雜質(zhì)粒徑比過(guò)濾介質(zhì)小，所以深層效應(yīng)比篩除效應(yīng)過(guò)濾的雜質(zhì)粒徑小，效果更好。當(dāng)氣體流過(guò)非導(dǎo)體纖維過(guò)濾介質(zhì)時(shí)，流動(dòng)引起的摩擦力致使過(guò)濾介質(zhì)上帶有靜電荷，而固體雜質(zhì)通常就帶有與介質(zhì)相反的電荷，兩種相反靜電荷產(chǎn)生靜電吸力，使固體雜質(zhì)附著在過(guò)濾介質(zhì)上，這就是靜電效應(yīng)。篩除效應(yīng)、深層效應(yīng)和靜電效應(yīng)的共同作用，使得過(guò)濾器對(duì)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(guò)對(duì)分離器實(shí)地檢查，發(fā)現(xiàn)分離系統(tǒng)分離效果差的主要原因有兩個(gè)：一是重力式分離器除霧器金屬網(wǎng)腐蝕破損，金屬網(wǎng)除霧器可以消除99%的直徑大于10μm的液滴，它的破損直接導(dǎo)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(guò)對(duì)一臺(tái)素瓷分離器大修，發(fā)現(xiàn)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(duì)重力式分離器腐蝕破損的金屬網(wǎng)進(jìn)行更換，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)崗位員的培訓(xùn)，在冬季提高排污頻率，降低凍堵發(fā)生的幾率。

（2）對(duì)于素瓷分離器來(lái)說(shuō)，首先要更換素瓷管;其次，當(dāng)觀察分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)，由于進(jìn)氣管口正對(duì)著素瓷管，氣體對(duì)它的沖擊力很大，導(dǎo)致素瓷管還沒(méi)達(dá)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(duì)素瓷管的沖擊成為主要攻克的難題。針對(duì)此情況，設(shè)計(jì)了一系列改善措施。考慮到設(shè)備運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，油和天然氣已滲入金屬內(nèi)部，動(dòng)火是萬(wàn)萬(wàn)要不得的，只能采取純機(jī)械方式：①沿著分離器筒壁繞素瓷管拉一個(gè)筒形的鋼絲網(wǎng)墻，鋼絲網(wǎng)筒的上部與素瓷管的管板相連，下部與分離器內(nèi)原有的絲網(wǎng)共同用螺栓固定;②利用壓縮機(jī)進(jìn)氣緩沖罐原理，在進(jìn)氣管線入口處加一個(gè)錐形的緩沖器，大口朝著分離器。

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

改造特點(diǎn)：施工屬純機(jī)械施工，比較安全;材質(zhì)和做工比較簡(jiǎn)單，造價(jià)低;金屬網(wǎng)的更換操作簡(jiǎn)單，通過(guò)改造分離效果得到明顯提升。

（三）分離器改造效果

整個(gè)分離系統(tǒng)經(jīng)過(guò)以上改造，在三個(gè)月的運(yùn)行中，改造后的分離器分離效率明顯上升，與此同時(shí)整個(gè)站場(chǎng)內(nèi)由分離器改造形成的良好效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）站內(nèi)輸差明顯降低（由天然氣內(nèi)含有水蒸氣造成的輸差得到一定程度改善）。

（2）計(jì)量精度有所提高（含液多，造成流量計(jì)劃線寬，有30多格寬，波動(dòng)大，影響到計(jì)量的準(zhǔn)確性，不能真實(shí)的反映輸差）。

（3）污油產(chǎn)量有了相當(dāng)提高，這說(shuō)明分離器的分離效果有了明顯改善。

（4）冬季凍堵情況次數(shù)明顯減少。

（5）減少天然氣中液態(tài)組分的存在，減輕對(duì)管線腐蝕。

（四）效益分析

對(duì)于分離器改造而形成的明顯效果，可以通過(guò)計(jì)算分離器改造生成直接經(jīng)濟(jì)收益體現(xiàn)出來(lái)。

按每天多產(chǎn)油0.4噸（最低）計(jì)算，油價(jià)為900元/噸（最低）每月可提高污油銷(xiāo)售0.4×30×900=1.08萬(wàn)元。

按每天挽回輸差3000立方米計(jì)算，氣價(jià)為0.4元/立方米（最低），每天可挽回非計(jì)量漏失1200元，每月可挽回非計(jì)量漏失36000元，全年共計(jì)創(chuàng)效（10800+36000）×12=56.16萬(wàn)元。

上述是直接經(jīng)濟(jì)收益，間接收益不可小覷。分離器改造后，分離系統(tǒng)維護(hù)間隔時(shí)間長(zhǎng)了，維護(hù)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于直接經(jīng)濟(jì)效益。