分离器结构及原理

CONTENTS工艺计算概述1分离器的工作过程2543分离器的检验标准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1.5~6MPa高压分离器6MPa1.2.3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1234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”的分离除雾段积液段重力沉降段基本相分离段1.5分离器分为四个部分：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2.1两相分离器卧式分离器立式分离器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比较内容卧式分离器立式分离器分离效果较好较差排污能力较差较好占地面积较大较小操作方便较难操作搬运方便较难操作液面波动不易控制易于控制2.4各种分离设备优缺点比较比较内容卧式立式球形分离效率最好中等最差分离后流体的稳定性最好中等最差变化条件的适应性最好中等最差操作的灵活性中等最好最差处理能力（直径相同）最好中等最差单位处理能力的费用最好中等最差处理外来物能力最差最好中等处理起泡原油的能力最好中等最差活动使用的适应性最好最差中等安装所需要的空间最好中等最差纵向上最好最差中等横向下最差最好中等安装的容易程度中等最差最好检查维护的容易程度最好最差中等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分离器外壳及主要内部构件2.6.2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：％气液100/VVK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携带的游离气体积和液体体积之比值。计算公式：％液气100/VVS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：气33/5.0mcmK液33/05.0mcmS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+R4.1两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。gwdCRgD2422gdGL36gdAg36式中：d—颗粒的直径，m；ρg、ρL—分别为操作条件下气体和颗粒的密度，kg/m3g—重力加速度，m/s2w—颗粒或液滴在气体中的沉降速度，m/sCD—气流携带系数，无因次。第四节分离设备的工艺计算4.1.2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。Re2:CD=24/Re2Re500:CD=18.5Re-0.6500Re2105:CD=0.34Re2105: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：DggLCgdw342wdCmgD35.010Re34.0Re3Re24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：颗粒被气流带走（速度）w＝v：颗粒成悬浮状态（速度）wv：颗粒向下沉降（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100m的颗粒雾沫脱除器脱除直径在10~100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100m的颗粒。雾沫脱除器脱除直径在10~100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（20~80）10-6m，且雷诺数Re2时，n=1，a=24，则以上方程变为下列式：geneDDggLwdRRaCCgdw342182gdwgL第四节分离设备的工艺计算2.当颗粒直径小于（300~800）10-6m，且雷诺数2Re500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（300~800）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。29.043.071.071.014.1153.0ggLgdw5.074.1ggLgdw151020304050607080901001.52345681011.5234568100.00010.00030.00040.00060.00080.0010.00150.0020.0030.0040.0050.0060.0080.010.0150.020.030.040.050.060.080.10.150.20.30.40.50.60.811.5234568101.523456810.001.523456810.00颗粒直径Dm,μm当不同压力时，水滴沉降速度与其直径的关系曲线工作压力MPa×10.1972颗粒沉降速度m/s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smQvQDwQFQvFDFwv/448.0~75.030020dNmQg/3293101325.086400000TZPQQTZQPZTPQggmDH,)10~4(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/s5.0225.011785.0785.0vQDvQD第四节分离设备的工艺计算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：DLwvctgDLwvctg0FQvwDLFQ0ADL204DFwQAF010~445.0DLAwAQD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；η—截面积利用系数，0.8～0.95；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。wQFFwQF0FwQFA000FFA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：RF2326rdrvmFpgwdCRgD24222234rCdwgDp第四节分离设备的工艺计算讨论：1.当颗粒直径不大于（20~80）10-6m，且雷诺数Re2时，n=1，a=24，则方程变为：2.当颗粒直径小于（300~800）10-6m，且雷诺数2Re500时，n=0.6，a=18.51，则