大慶油田采油三廠

三相分離器應(yīng)用中的問題及對策

戴洪森

大慶油田采油三廠

薩北開發(fā)區(qū)使用的三相分離器主要有兩種形式，分別為帶水室三相分離器和無水室三相分離器，兩者都是利用油和水的密度差，使用重力沉降原理進(jìn)行油、氣、水的分離。進(jìn)液偏流問題是由于多臺三相分離器共用1條進(jìn)液匯管，而在匯管中流動(dòng)的油、氣、水三相的相態(tài)和流態(tài)隨壓力和管道形態(tài)的不同而不斷發(fā)生變化，無論容器的進(jìn)液管與匯管如何安裝，均無法讓油、氣、水三相均勻地進(jìn)入每臺容器。為減少每臺設(shè)備進(jìn)口的物流差異，在進(jìn)行管道工藝安裝時(shí)，采用對稱布置管道的方法使流體平均分配到各支管，這不僅使工藝安裝外觀整齊美觀，而且有利于流體介質(zhì)的均勻分配，充分發(fā)揮各個(gè)設(shè)備的處理能力。

三相分離器；填料；潤濕性；進(jìn)液工藝；解決方案

1 三相分離器原理及結(jié)構(gòu)

薩北開發(fā)區(qū)使用的三相分離器主要有兩種形式，分別為帶水室的三相分離器和無水室的三相分離器，兩者都是利用油和水的密度差，使用重力沉降原理進(jìn)行油、氣、水的分離。

1.1 帶水室三相分離器

工作原理：油、氣、水混合液從進(jìn)口進(jìn)入斜管進(jìn)行預(yù)分離。氣上浮進(jìn)入分離器氣相，由氣相經(jīng)絲網(wǎng)捕霧器進(jìn)入分氣包，從氣出口排出；液體經(jīng)進(jìn)液室平穩(wěn)地流入沉降室，水經(jīng)填料聚結(jié)除油后通過可調(diào)堰板到達(dá)水室，從水出口排出；油經(jīng)沉降后漫過固定堰板經(jīng)導(dǎo)油管進(jìn)入油室，然后從油出口排出。水室液位通過出水調(diào)節(jié)閥控制，油室液位通過出油調(diào)節(jié)閥控制。

1.2 無水室三相分離器

工作原理：油、氣、水混合液從進(jìn)口進(jìn)入斜管進(jìn)行預(yù)分離。氣上浮進(jìn)入分離器氣相，由氣相經(jīng)絲網(wǎng)捕霧器進(jìn)入分氣包，從氣出口排出；液體經(jīng)進(jìn)液室平穩(wěn)地流入沉降室，水經(jīng)填料聚結(jié)除油后直接從水出口排出；油經(jīng)沉降后漫過固定堰板進(jìn)入油室，然后從油出口排出。油水界面通過出水調(diào)節(jié)閥控制，油室液位通過出油調(diào)節(jié)閥控制。

1.3 優(yōu)缺點(diǎn)對比

無水室三相分離器與帶水室三相分離器相比，同等規(guī)格下由于無水室節(jié)省了一定容積，使分離器油水分離的有效容積增大，提高了分離效果，降低了制造費(fèi)用，而且容器內(nèi)的積砂和油泥也容易清除。但無水室三相分離器對于油水界面間存在乳狀層的工況條件，其油水界面控制難度大。

2 填料特性分析

薩北開發(fā)區(qū)三相分離器采用的聚結(jié)填料主要是不銹鋼、陶瓷，還有少量的聚丙烯三種。

2.1 填料潤濕性

通過實(shí)驗(yàn)室測試評價(jià)不同材質(zhì)填料的潤濕性。表1為平板型材料在40℃時(shí)測得的數(shù)據(jù)，水相系蒸餾水，油相是大慶凈化原油。

表1 常見聚結(jié)填料的潤濕角

從表1可以看出：①陶瓷對于水的潤濕性最強(qiáng)，聚丙烯對于水的潤濕性最弱，不銹鋼對于水的潤濕性居于兩者之間；②聚丙烯對于油的潤濕性最強(qiáng)，陶瓷對于油的潤濕性最弱，不銹鋼對于油的潤濕性居于兩者之間。

2.2 填料結(jié)構(gòu)

目前聚結(jié)填料結(jié)構(gòu)多為不銹鋼波紋板填料和陶瓷蜂窩狀填料，還有少量的聚丙烯波紋板填料。但聚丙烯填料用于油田采出液處理時(shí)，由于被處理液溫度高、礦化度高、物性復(fù)雜，使填料發(fā)生老化問題，造成填料剝落、破損，阻塞下游閥門，使分離器處理效果變差，現(xiàn)在已很少使用。

不銹鋼波紋板填料材質(zhì)為0Cr18Ni9Ti，在波紋板片上軋細(xì)小溝紋，可起到細(xì)分配板片上的液體，增加潤濕表面積的作用。每片波紋板的大波紋對水平面的傾斜角為60°，每組按相反方向組裝，使得油水混合物經(jīng)過時(shí)，分散相在填料表面由小液滴聚結(jié)成大的液團(tuán)，當(dāng)液團(tuán)達(dá)到一定大小時(shí)，順著填料表面浮升到液體的上表面，從而達(dá)到油水分離的目的。不銹鋼波紋板填料具有以下特點(diǎn)：①填料的板片將容器橫斷面分割為多層通道，從而縮短了分散相的浮升（或沉降）距離；②填料為油水分離提供了較大的分散相聚結(jié)表面積；③填料交錯(cuò)放置所形成的通道，提供了更大的分散相顆粒間碰撞的機(jī)會(huì)。

陶瓷填料親水，橫斷面為蜂窩狀，縱向?yàn)橹惫苄危鲃?dòng)通道為類正方形，棱角處進(jìn)行了小弧度處理，是由許多具有相同幾何形狀的填料單元體組成，均勻填滿填料架，填料架距罐壁300mm。陶瓷填料具有以下特點(diǎn)：①陶瓷具有良好的親水性能，有效降低了脫后油中含水率；②由于縱向?yàn)橹惫苄危灰锥氯?，來液?jīng)聚結(jié)后流速趨向均勻，液流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)得以調(diào)整，使液流分布均勻，等速前進(jìn)，有利于液體分層，減少了由于液流不均勻?qū)τ退蛛x造成的影響。

2.3 填料選擇

在處理水、聚驅(qū)采出液的三相分離器設(shè)計(jì)中，選擇不銹鋼波紋板填料和陶瓷蜂窩填料均可。由于陶瓷填料硬度高，容器內(nèi)部工藝管線不能直穿填料，只能從填料架上部或下部穿過。而不銹鋼波紋板填料則對容器內(nèi)部工藝管線沒有限制，可在任意位置直穿。

在三元驅(qū)容器設(shè)計(jì)中，僅能選擇陶瓷蜂窩填料，這是由三元采出液工藝特點(diǎn)決定的。陶瓷為親水性材質(zhì)，可降低脫后油中含水率，避免含水過高對后續(xù)電脫水的影響，可以有效地控制大電流對脫水電場的沖擊，同時(shí)易于清理，適應(yīng)三元采出液攜污量大的特點(diǎn)。

3 進(jìn)液工藝分析

3.1 進(jìn)液偏流問題

進(jìn)液偏流問題是由于多臺三相分離器共用1條進(jìn)液匯管，而在匯管中流動(dòng)的油、氣、水三相的相態(tài)和流態(tài)隨壓力和管道形態(tài)的不同而不斷發(fā)生變化，無論容器的進(jìn)液管與匯管如何安裝，均無法讓油、氣、水三相均勻地進(jìn)入每臺容器，靠近來液端的容器進(jìn)入的天然氣多些，油和水相對少；中間的容器進(jìn)入的原油相對較多；末端的容器進(jìn)入的含油污水則較多，影響了設(shè)備多臺并聯(lián)使用的效果。

3.2 解決方案

為減少每臺設(shè)備進(jìn)口的物流差異，在進(jìn)行管道工藝安裝時(shí)，采用對稱布置管道的方法使流體平均分配到各支管。

以3臺容器同時(shí)使用為例，進(jìn)液工藝應(yīng)按圖1所示進(jìn)行設(shè)計(jì)?？紤]到三相流通過同一管道時(shí)，由于氣體流動(dòng)比液體快（稱滑脫現(xiàn)象），在光滑的轉(zhuǎn)彎處液體有沿著管壁流動(dòng)的趨勢，為保證氣液分配均勻，彎頭與總管宜垂直。

圖1 3臺三相分離器進(jìn)液工藝安裝示意

以4臺容器同時(shí)使用為例，進(jìn)液工藝應(yīng)按圖2所示進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果流體要分配給多個(gè)相同的工藝設(shè)備，可以考慮用多根進(jìn)口總管，每根進(jìn)口總管分為兩路進(jìn)到各工藝設(shè)備，將工藝設(shè)備二二分組進(jìn)行對稱工藝布置。

圖2 4臺三相分離器進(jìn)液工藝安裝示意

4 結(jié)論

（1）帶水室的三相分離器和無水室的三相分離器設(shè)計(jì)應(yīng)從工藝特性、日常管理、工程造價(jià)等多方面進(jìn)行綜合考慮。

（2）根據(jù)陶瓷親水性，不銹鋼親油性的特點(diǎn)，應(yīng)考慮工藝設(shè)計(jì)要求進(jìn)行填料選擇。

（3）針對三相流管道的特點(diǎn)合理對稱布置管道，不僅使工藝安裝外觀整齊美觀，而且有利于流體介質(zhì)的均勻分配，充分發(fā)揮各個(gè)設(shè)備的處理能力，為生產(chǎn)操作創(chuàng)造良好的前提條件，避免事故發(fā)生。

（欄目主持樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.6.026