带除砂功能的油田用分离器设计

冯一璟 阮 超，冯 定

(西南石油大学机电工程学院，四川 成都 637001) (长江大学机械工程学院，湖北 荆州 434023)

带除砂功能的油田用分离器设计

冯一璟 阮 超，冯 定

(西南石油大学机电工程学院，四川 成都 637001) (长江大学机械工程学院，湖北 荆州 434023)

在石油开采、集输和炼化过程中，油水砂的分离是必不可少的一个过程，分离器的结构和功能直接影响到分离的效果。基于油田用多功能分离器的结构设计理念，设计了一种带除砂功能的油田用分离器，以简化石油生产和集输流程，提高分离效率，保证分离效果，延长分离器使用寿命。

分离器；除砂；分离效果；使用寿命

石油工业用分离器是油、气生产和集输过程中广泛使用的油、水、气、砂分离设备，在石油生产中发挥着巨大的作用，已成为油田设备管理的重要项目。分离器的主要作用是：对于天然气处理而言，从气流中分离掉液体、固体及机械杂质；对于原油处理而言，从油流中分离掉气体、固体以及游离水[1]。

近年来石油行业技术的飞速发展，国内外对油水分离技术的重视程度也越来越高，要求也越来越严格。很多国家的都在以低消耗、高产出、绿色环保的要求来做石油设备的设计准则，所以在这种情况下，油水分离器的处理技术也飞快的发展起来。在石油工业中，油水混合物的种类是多种多样的，油的种类和含量不同，油团的大小也不同，而且水的pH值也不同，有些油水中还含有泥沙和其他杂质，有的要经过多次的油、水、砂的分离，排放废水的量也比较多，因此油水分离装置和分离方法也是多种多样的，每一种分离方法都有它特定的装置和使用范围。目前国内外的分离方法大约有以下几种：盐析法、电解法、凝聚法、空气上浮法、比重差分法、加热法、超声波分离法、反渗透法、粗粒化过滤法和生物酸化法等[2]。在这些方法中，有些方法装置大，设备复杂，占地面积广，有些还会产生二次污染，对环境有很大破坏，有些方法价格昂贵。为此，秉承油田用多功能分离器的设计理念，笔者设计了一种带除砂功能的油田用分离器，以简化石油生产和集输流程，提高三相分离效率，降低石油生产整体费用。

带固液分离功能的油田用分离器是一种预先除砂再分离油水的装置，依靠固-液分离旋流器的除砂功能及其结构特点，将固-液旋流器与卧式三相分离器有机的组合起来，将两者的优势相融合，达到预先除砂，再油水气分离功能，并且具有防磨损、防堵塞、提高效率、节省成本的好处。

1 主要组成部件

图1 旋流除砂器的工作原理图

带除砂功能的油田用分离器主要由2部分组成：旋流除砂器[3]和三相分离器。

1)旋流除砂器 旋流除砂器部分工作时，如图1所示。原油在压力输送下，经给料管进入旋流除砂器圆筒给料室上部开始旋流，产生的离心力加速了质量较大的颗粒向旋流除砂器外壁运动，颗粒以螺旋型路线向下运动，即底流由底流口流出，底流排出物的颗粒较大，含液量少，主要成分是来液中的水和砂粒。质量较小的颗粒向中心运动，并以螺旋形上升，即溢流进入溢流管排出，溢流排出物的颗粒较细，含液量大，主要成分是原油中的轻质，如油类部分。

2)三相分离器 三相分离器部分主要是由接受室、整流室、分离室、积液室、排污口、原油出口和气体出口等组成。气液混合流体从旋流器溢流口流出，经气液进口进入分离器的积液室进行基本相分离，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。分离器的压力由设在天然气管线上的阀门控制。分离器内设有油池和挡水板。原油和乳状油自挡油板溢流至油池，油池中油面由液面控制器操纵的出油阀控制。水从油池下面流过，经挡水板流入水室，水室的液面由液面控制器操纵的出水阀控制。

2 连结方式及特点

图2 带固液分离功能的油田用分离器的总体结构示意图

在原油进口处，旋流除砂器的溢流口与三相分离器的气液入口相连，原油输出管与水力旋流器的入口相连，旋流除砂器的底流口通向污水积液槽，污水经处理达到国家排放标准后排放。如图2所示。其中旋流除砂器的特点是不仅适合对悬浮颗粒进行细分离，而且具有结构简单、无运动部件、处理时间短、分离效率高等特点，所以在将旋流除砂器与三相分离器结合起来的设计成带除砂功能的油田用分离器，还可以提高分离器的工作效率，为整个石油生产节省了大量的时间和经济成本。

3 结 语

带固液分离功能的油田用分离器适用于油水分离、油气分离、固液分离、固液气三相分离，可以用于油田各种含油、含砂类污水的处理，应用范围不仅在陆地采油的油田接转站和联合站，也可以在海洋平台上使用。此类分离器与一般的分离器相比，它具有以下几点优势：结构简单，效率较高，除砂效果好，避免了分离器内部的水垢大量形成，保证了管道的通径，保证流量的稳定，保证了管道压力的稳定性，提高了分离器的工作效率，减少了人工清除水垢的次数，节省了大量的人力物力。带固液分离功能的油田用分离器在工作过程中有效的减少了气液中的固体含量，从而可以带来以下几点效果：①适应性好，生产及调节范围宽。旋流器并联可增加生产能力(即扩容方便)，串联可提高产品的质量；②管道的堵塞和磨损问题程度可以有效的降低，可保证管道工作的安全性；③管道内壁结垢的情况得到改善，降低对管道的腐蚀，减少了泄漏事故的发生；④水垢的形成减少，保证了管道内流量的稳定，在原油量稳定时，馆内压力变化不大，使流量仪表的工作稳定性得到保证；⑤旋流除砂器部分不仅适合对悬浮颗粒进行细分离，而且具有结构简单、无运动部件、处理时间短、分离效率高等特点；⑥炉内水垢减少，可减少消耗大量人力物力去检修除垢，节省了加热炉的维护工作量和维护费用，提高了工作效率。

[1]汤清波，钱维坤，李玉军.HNS型高效三相分离器[J].油气田地面工程，2007,26(6)：16-17.

[2]孙纪富，耿拥军，刘家恒.WS型油气水三相分离器设计与应用[J].胜利油田职工大学学报，2007，21(3)：62-63.

[3]袁惠新，王跃进.旋流分离技术在石油、石化工业中的应用[J].过滤与分离，2009,12(3)：33-37.

[编辑] 洪云飞

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

TE938

A

16731409(2012)11N15102