油氣集輸 3-1,3-2

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第三章 原油和天然氣的分離,3-1,油氣分離機理,3-2,油氣分離設(shè)備,3-3,分離器參數(shù)計算,3-4,分離方式與操作條件的選擇,3-5,油氣分離操作與管理,1,油氣分離概述,油氣分離是油氣集輸?shù)氖滓蝿?wù)。,油氣分離的方式：,平衡分離和機械分離兩種,組成一定的油氣混合物在一定的壓力和溫度下，只要油氣充分接觸，就能形成一定比例和組成的液相和氣相，這種現(xiàn)象就是,平衡分離,。,借助機械設(shè)備把油氣兩相分開的方法就是,機械分離,。,油氣分離有廣義和狹義之分。,廣義：油、氣、水、砂 等分離。,狹義：油、氣分離。,2,3

2、-1,油氣分離機理與相平衡計算,一、油氣分離機理,1,重力分離,重力分離是利用原油與天然氣的密度不同，在相同條件下所受地球引力不同的原理進行分離的。,2,碰撞分離,碰撞分離是根據(jù)分子運動的機理，在油氣分子運動的碰撞接觸過程中進行的。,3,離心分離,離心分離是利用油氣混合物作回轉(zhuǎn)運動時產(chǎn)生的離心力進行油氣分離的。,3,二、石油系統(tǒng)的平衡計算,石油系統(tǒng)的平衡計算，主要解決這樣一些問題：,石油和天然氣在不同的平衡條件下，有多少液體？有多少氣體？哪些是液體？哪些是氣體？氣液兩相的組成、密度等等。,4,公式推導(dǎo),設(shè),L,為系統(tǒng)中液相的總摩爾數(shù)占系統(tǒng)總摩爾數(shù)的摩爾分數(shù)，,V,為系統(tǒng)中氣相的總摩爾數(shù)占系統(tǒng)總

3、摩爾數(shù)的摩爾分數(shù)，根據(jù)物料平衡，有：,L+V=1,在系統(tǒng)中，各組分的組成已知，根據(jù)組分的物料平衡可知：,5,式中：,X,i,系統(tǒng)中,i,組分在液相中的摩爾數(shù)占液相總摩爾數(shù)的摩爾分數(shù)；,（即液相中,i,組分的摩爾數(shù)占液相總摩爾數(shù)的摩爾分數(shù)）,Y,i,系統(tǒng)中,i,組分在氣相中的摩爾數(shù)占氣相總摩爾數(shù)的摩爾分數(shù)；,（即氣相中,i,組分的摩爾數(shù)占氣相總摩爾數(shù)的摩爾分數(shù)）,引入常數(shù),Ki,系統(tǒng)中第,i,種組分的平衡常數(shù)，表示氣液相平衡時，體系中第,i,種組分在氣相中摩爾分數(shù)與在液相中摩爾分數(shù)之比。,6,X,i,L,系統(tǒng)中,i,組分在液相的摩爾數(shù)占系統(tǒng)總摩爾數(shù)的摩爾分數(shù)；,y,i,V,系統(tǒng)中,i,組分在氣相

4、的摩爾數(shù)占系統(tǒng)總摩爾數(shù)的摩爾分數(shù)；,n,i,系統(tǒng)中,i,組分的摩爾分數(shù)。,將相平衡方程：,代入上式，,則：,7,同理可得：,泡點方程,露點方程,8,對,Ki,幾點說明：,（,1,）有平衡常數(shù)的定義可知，某組分平衡常數(shù)的大小，在某種意義上,表示了該組分在系統(tǒng)中的揮發(fā)性能強弱,。,K1,揮發(fā)性較強，該組分傾向于濃集在氣相中；,K1,揮發(fā)性弱，該組分傾向于濃集于液相中。,（,2,）,Ki,不僅與組分的性質(zhì)有關(guān)，還與系統(tǒng)的溫度、壓力等狀態(tài)參數(shù)有關(guān)。,（,3,）,Ki,值得確定：一是可以按照定義式，根據(jù)氣液相平衡時混合物中的每一組分在氣液相中的化學(xué)位相等的原則，由狀態(tài)方程計算各組分的平衡常數(shù)；二是根據(jù)實

5、驗獲得的相關(guān)圖表查取。,9,平衡計算的基本步驟與方法,按規(guī)定的,P,、,t,條件，查各組分的平衡常數(shù),K,i,；,按方程,L+V=1,，,假設(shè),L,和,V,；,由方程,或,計算,X,i,或,Y,i,；,10,校核,L,和,V,是否正確,若求得的,X,i,、,Y,i,滿足,X,i,=1 Y,i,=1,則所假定的,L,和,V,值是正確的，,X,i,和,Y,i,值也為所求；,如求得的,X,i,和,Y,i,不滿足,X,i,=1 Y,i,=1,則：要重新假定,L,和,V,值，重新計算，直到滿足,X,i,=1 Y,i,=1,為止。,11,3.,壓力和溫度對相平衡的影響,壓力對相平衡的影響（圖,2-6,）,

6、（,1,）液相的量隨平衡狀態(tài)壓力的升高而增加，組分的相對分子質(zhì)量越小，這種變化越明顯，,C7,以上的平衡液量基本不隨壓力變化。,（,2,）在不同壓力范圍內(nèi)，平衡液量變化率不同，,低壓區(qū),，各組分的平衡液量隨壓力升高而增加，且變化速率較快；,中壓區(qū),，大部分組分的液量仍隨壓力升高增加，但變化平緩，大相對分子質(zhì)量組分的平衡液量還隨壓力升高下降；,在,10MPa,以上的高壓區(qū),，只有,C1,和,C2,的平衡液量還隨壓力升高而增加，其余組分都隨壓力減少。,（,3,）總平衡液量的變化趨勢與組分平衡液量的變化趨勢類似，,在,5MPa,以下,，總平衡液量隨壓力升高而增加的速度較快；,在,5MPa,以上,，總

7、平衡液量隨壓力升高而增加的速度較慢。,12,（,4,）有以上的規(guī)律可知，在較高的壓力下增加的平衡液量，主要是相對分子質(zhì)量較小的組分，而過多的輕組分溶于液體中，對油品的儲運和運輸過程的穩(wěn)定性是不利的，,所以油氣分離的壓力不宜過高，一般控制在,45,MPa,。,溫度對相平衡的影響（圖,2-7,）,（,1,）各組分的平衡液量和總平衡液量，都隨溫度的降低而增加，組分的相對分子質(zhì)量越小，變化速率越大。,在溫度較低，如,0,以下，特別是,-10 ,以下時，總平衡液量增加的主要是,C1,、,C2,和,C3,等輕組分的增加，這對油品儲存于運輸過程的穩(wěn)定性也是很不利的，所以，,油氣分離的溫度不宜過低，一般在,0

8、 ,以上。,13,3-2,油氣分離設(shè)備,油氣分離設(shè)備就是油氣分離器，它是將油井產(chǎn)物分為,氣液兩相,或,油氣水三相,的機械設(shè)備。,14,一、分離器的分類,1,、,按其功能不同,，可分為氣液兩相分離器和油氣水三相分離器兩種；,2,、,按其形狀不同,，可分為臥式分離器、立式分離器、球形分離器等；,3,、,按其作用不同,，可分為計量分離器和生產(chǎn)分離器等；,4,、,按其工作壓力不同,，又可分為真空分離器（,0.1MPa,）、低壓分離器（,6,MPa,）等。,15,結(jié)構(gòu)簡圖及原理,（一） 兩相分離器,圖,2-7,兩相臥式分離器工作原理示意圖,1,油氣混合物入口；,2,入口分流器；,3,重力沉降部分；,4,

9、除霧器；,5,壓力控制閥；,6,氣體出口；,7,出液閥；,8,液體出口；,9,集液部分,圖,2-8,兩相立式分離器工作原理示意圖,1,油氣混合物入口；,2,入口分流器；,3,除霧器；,4,壓力控制閥；,5,氣體出口；,6,重力沉降部分；,7,集液部分；,8,出液閥；,9,液相出口,16,兩相分離器工作原理,（,1,）立式分離器工作原理,：,油氣混合物由分離器的入口沿切線方向進入分離器，沿器壁旋轉(zhuǎn)，均勻鋪開，由于通路變大，流速降低，在離心力的作用下，靠密度差而分開，油沿器壁向下流，氣體在中心向上升，在氣體上升的過程中，靠沉降分離把直徑為,100,微米以上的油滴除掉。氣體繼續(xù)上升，到達除霧器，靠碰

10、撞分離再除去直徑為,10,微米以上的油滴。在分離器的盛液部分，由于分離器具有一定的容積，使進入盛液部分的液體具有一定的停留時間，分離出液體中的氣泡，從而達到油氣分離的要求。,17,（,2,）臥式分離器的工作原理,油氣混合物由進口進入分離器的分離頭，均勻分散開，由于流通面積突然變大，流速降低，緩沖降壓，油流分散，使氣體很容易脫離液體，在重力的作用下，依靠油氣密度差，使油氣進行,初步分離,。氣體密度小，上升并沿分離器的上層流動，經(jīng)過分離隔板，使氣體進一步分離，再經(jīng)過沉降分離后到達分離器出口的除霧器，經(jīng)過碰撞分離，將氣體中的細小的油滴分離出來，天然氣從分離器上面的天然氣管線排出。在分離器的底部集液段

11、，液體在分離器內(nèi)具有一定的停留時間，靠密度差分離出液體中的氣泡，含水原油在分離器下面的出油口排出。,18,（二）,三相分離器,圖,2-12,臥式三相分離器,1,油氣混合物入口；,2,進口碰撞分離部件；,3,除霧器；,4,浮子；,5,液面控制機構(gòu)；,6,水位控制閥；,7,油位控制閥；,8,壓力調(diào)節(jié)閥；,9,不加重浮子；,10,加重浮子,19,圖,2-11,立式三相分離器,1,加重浮子；,2,不加重浮子；,3,折流板；,4,油氣混合物入口；,5,進口碰撞分離部件；,6,除霧器；,7,壓力調(diào)節(jié)閥；,8,液面控制機構(gòu)；,9,油位控制閥；,10,水位控制閥,20,應(yīng)用場合及特點,（,1,）兩相分離器,臥

12、式：,在重力沉降部分，氣體流動方向與液滴沉降方向垂直。,分離效果好，單位處理量成本低，易于安裝、檢查、保養(yǎng)；但占地面積大、排污難，須在分離器 低部多設(shè)幾個排污孔。,適用于處理氣油比較大，存在乳狀液和泡沫的油井產(chǎn)物。,立式：,在重力沉降部分，氣體流動方向與液滴沉降方向相反。,21,占地面積小，排污方便，易于實現(xiàn)液面控制。適于汽油比較低、含固體雜質(zhì)較多的油井產(chǎn)物，或者海上采油等建設(shè)面積受限場合。,立式處理量較小，效果不如臥式，目前，多用于井場或計量站作為計量分離器，或者在一些場地狹小的特殊場合。,（,2,）三相分離器,具有將油井產(chǎn)物分離為油、氣、水三相的功能，適用于含水量較高，特別是含有大量游離水

13、的油井產(chǎn)物的處理。,該分離器在油田中高含水生產(chǎn)期的集輸聯(lián)合站內(nèi)，得到廣泛的應(yīng)用。,22,二、油氣分離器的結(jié)構(gòu),分離器的結(jié)構(gòu)簡圖,初次分離部分,主要分離部分,碰撞分離部分,壓力控制部分,液面控制部分,油氣混合物進口,天然氣出口,含水油出口,23,24,25,1,主體容器,主體容器是分離器的最基本部件，它的承壓能力決定了分離器的工作壓力，它的尺寸決定了分離器的處理能力。,主體容器通常是由具有蝶形頭蓋的圓筒制成。容器上連接有混合物入口、氣體出口、液體出口、排污口、儀表、閥門等各種工藝需要的接口，以及安裝、維修、檢查等需要的人孔、手孔等。,26,2,分離部分,油井產(chǎn)物在分離器中的分離，一般都經(jīng)過,初分

14、離、主分離和除霧器分離,三個環(huán)節(jié)。,（,1,）初次分離部分,初次分離發(fā)生在混合物的入口處，其目的是把從混輸管道來的混合物快速分離成以氣體為主和以液體為主的兩相。,1,動能吸收型入口裝置（疏流式），主要適用于處理量較大三相分離器。,2,旋流式入口裝置（切線式），主要適用于立式分離器。,27,疏流式和切線式的結(jié)構(gòu)如下圖所示：,疏流式,切線式,疏流式結(jié)構(gòu)是使油氣混合物一進入分離器就盡可能地沿整個空間鋪開。,切線式結(jié)構(gòu)，油氣混合物沿切線方向進入分離器，在分離器的內(nèi)壁上鋪開,。,注：立式分離器的入口管裝在分離器高度的,2/3,處：為了保證氣體有一定的上升距離，液體有一定的停留時間。,28,（,2,）主分

15、離部分,主分離部分是指主體容器本身。經(jīng)初次分離后的氣相中，仍攜帶許多直徑大小不等的液珠。主分離部分的作用是在氣體流速大大降低后，利用,重力分離和碰撞原理,，把直徑在,100,以上,的液珠最大限度地從氣體中分離出來。,注：對臥式分離器，由于處理量大，氣體空對較小，為改變氣體的紊流狀態(tài)，在主分離器內(nèi)設(shè)聚結(jié)或整流元件。,分隔薄板式氣相整流元件,（圖,2-17,）,接觸面積增大。雷諾市減小，擾動減弱，液滴沉降加速。,蜂窩折流板聚結(jié)元件,（圖,2-18,）,接觸面積增大，在折流板濕潤作用下，吸引細小的液滴并在其表面聚結(jié)成大液滴，分離效果加強。,29,（,3,）除霧分離部分,除霧分離部分的作用是，利用碰撞

16、、離心、聚結(jié)等原理，除去經(jīng)主分離后氣體中仍然攜帶的直徑在,10,100,之間,的液滴。,對除霧器的結(jié)構(gòu)要求：,在滿足分離質(zhì)量的條件下，結(jié)構(gòu)要簡單，氣體通過時的壓降要小。,除霧器的常見結(jié)構(gòu),：,葉片式、波紋板式、翼狀葉片式、絲網(wǎng)式等,注,：除霧器只能將沉降分離中不能除去的較小的油滴除掉，而不能處理攜帶大量液滴的氣體，即除霧器只有在主要分離部分正常工作的基礎(chǔ)上才能夠很好地工作。,30,3,液面控制機構(gòu),分離器工作時，氣液界面的穩(wěn)定與否，對分離效果有很大的影響。氣液界面過高時，會使液體竄到氣體空間，甚至進入排氣管道，從而堵塞管路；液面過低時，會引起出液管串氣，嚴(yán)重時會造成輸油泵抽空。,31,浮子連桿

17、機構(gòu)和液位控制閥結(jié)構(gòu)示意圖,1-,浮子；,2,、,5-,轉(zhuǎn)軸；,3,、,6-,剛杠桿；,7-,平衡錘；,9-,液位控制器；,10-,出油閥,32,4,壓力控制機構(gòu),分離器的工作壓力，也是影響分離效果的重要因素。若壓力控制不穩(wěn)，則液面波動嚴(yán)重，分離效果變差。保持壓力穩(wěn)定的方法，通常是在分離器的,排氣管,上安裝,自力式壓力調(diào)節(jié)閥。,33,自力式壓力調(diào)節(jié)器,1,薄膜；,2,彈簧；,3,閥桿；,4,閥芯；,5,傳壓管；,6,閥體；,7,薄膜盒,當(dāng)分離器內(nèi)壓力過高時，壓力通過傳壓管,5,作用于薄膜,1,上部，薄膜下移并帶動閥桿,3,下移,，使閥門開啟度增大，分離器內(nèi)的氣體流出，壓力下降；當(dāng)分離器壓力降低時，薄膜上部的壓力也變低，在彈簧,2,的作用下薄膜恢復(fù)原位并帶動閥桿,3,上移,，使閥門開啟度關(guān)小，氣體流出量減少，分離器壓力回升。,34,