油氣分離設(shè)備

第二章油氣分離設(shè)備油氣分離實(shí)際上就是借助于一定的機(jī)械設(shè)備（油氣分離器）將油井產(chǎn)物分開(kāi)的過(guò)程。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。2-1油氣分離機(jī)理與相平衡一、油氣分離機(jī)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(jìn)行分離的。2．碰撞分離碰撞分離是根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)的機(jī)理，在油氣分子運(yùn)動(dòng)的碰撞接觸過(guò)程中進(jìn)行的。3．離心分離離心分離是利用油氣混合物作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力進(jìn)行油氣分離的。二、相平衡（一）基本概念（1）系統(tǒng)：為了分析問(wèn)題方便，人為的從周?chē)h(huán)境中分割出來(lái)的作為分析對(duì)象的一個(gè)或一組物體，叫做系統(tǒng)。（2）相：系統(tǒng)中具有相同物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的各均勻部分的綜合。（3）組分：系統(tǒng)中可以單獨(dú)分離出來(lái)的的，在隔離狀態(tài)下能長(zhǎng)時(shí)間存在的化學(xué)均勻物質(zhì)。（4）相平衡：系統(tǒng)中各相，在單位時(shí)間內(nèi)由A相蒸發(fā)到B相的分子數(shù)與從B相冷凝到A相的分子數(shù)相等的一種狀態(tài)。相平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡。（5）泡點(diǎn)、露點(diǎn)、蒸氣壓泡點(diǎn)是指在一定壓力下，多相系統(tǒng)中的液相開(kāi)始汽化時(shí)的溫度。露點(diǎn)是指在一定壓力下，多相系統(tǒng)中的氣相開(kāi)始凝結(jié)時(shí)的溫度。蒸氣壓：在一定溫度下，多相系統(tǒng)中的氣液兩相達(dá)到相平衡狀態(tài)時(shí)的氣相所產(chǎn)生的壓力稱(chēng)為飽和蒸氣壓，簡(jiǎn)稱(chēng)蒸氣壓。（6）平衡常數(shù)通常把一定條件下，氣液兩相達(dá)到相平衡狀態(tài)時(shí)，氣相與液相中組分i的摩爾分?jǐn)?shù)之比，叫做氣液相平衡常數(shù)，以K表示。Ki=yi/xiK>1，揮發(fā)性強(qiáng)，該組分傾向于濃集于氣相中；K<1，揮發(fā)性弱，該組分傾向于濃集于液相中。（二）（原油和天然氣）相平衡的計(jì)算1.目的：主要是解決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。2.計(jì)算方法設(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?jǐn)?shù)，V為系統(tǒng)中氣相的（總摩爾數(shù)占系統(tǒng)總摩爾數(shù)的）摩爾分?jǐn)?shù)，根據(jù)物料平衡，有：L+V=1………..（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：式中：Xi—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?jǐn)?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?jǐn)?shù)）Yi—系統(tǒng)中i組分在氣相中的摩爾數(shù)占?xì)庀嗫偰枖?shù)的摩爾分?jǐn)?shù)；（即氣相中i組分的摩爾數(shù)占?xì)庀嗫偰枖?shù)的摩爾分?jǐn)?shù)）XiL—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?jǐn)?shù)；yiV—系統(tǒng)中i組分在氣相的摩爾數(shù)占系統(tǒng)總摩爾數(shù)的摩爾分?jǐn)?shù)；ni—系統(tǒng)中i組分的摩爾分?jǐn)?shù)?！?.（2）將相平衡方程：代入（2）式得，

（3）平衡計(jì)算的基本步驟按規(guī)定的P、t條件，查各組分的平衡常數(shù)Ki；按方程L+V=1，假設(shè)L和V；由下列方程計(jì)算Xi或Yi；校核L和V是否正確①若求得的Xi、Yi滿(mǎn)足ΣXi=1ΣYi=1則所假定的L和V值是正確的，Xi和Yi值也為所求；②如求得的Xi和Yi不滿(mǎn)足ΣXi=1ΣYi=1則：要重新假定L和V值，重新計(jì)算，直到滿(mǎn)足ΣXi=1ΣYi=1為止。（4）計(jì)算方法的補(bǔ)充說(shuō)明1）適用范圍的校定適用范圍必須是氣液兩相共存的相平衡系統(tǒng)。即在一定壓力下：或在一定溫度下：①泡點(diǎn)的校核泡點(diǎn)：L→1，V→0，②露點(diǎn)的校核露點(diǎn)：L→0，V→12）C7以上組分平衡常數(shù)的確定取其為正庚烷平衡常數(shù)的0.15倍，即：Kn=0.15K73）計(jì)算方法舉例（三）壓力和溫度對(duì)相平衡的影響1.壓力對(duì)相平衡的影響間圖2-6所示。規(guī)律是：①液相的量隨平衡狀態(tài)壓力的升高而增加，組分的分子量越小，這種變化越明顯，C7以上組分的平衡液量基本不隨壓力變化。②在不同的壓力范圍內(nèi)，平衡液量的變化速率不同，在低壓區(qū)，各組分的平衡液量都隨壓力升高而增加，且變化變化速率較快；在中壓區(qū)，大多數(shù)組分的平衡液量仍隨壓力升高而增加，但變化趨于平緩，大分子量組分的平衡液量開(kāi)始隨壓力的升高而下降；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，其余組分的平衡液量都隨壓力升高而減少。③總平衡液量的變化趨勢(shì)與組分平衡液量的變化趨勢(shì)類(lèi)似，在5MPa以下，總平衡液量隨壓力升高而增加的速率較快；在5MPa以上，總平衡液量隨壓力升高而增加的速率較慢。④由以上規(guī)律可知，在較高的壓力下增加的平衡液量，主要是分子量較小的組分，而過(guò)多的輕組分溶于液體中，對(duì)油品儲(chǔ)存與運(yùn)輸過(guò)程的穩(wěn)定性是不利的，所以，油氣分離的壓力不宜過(guò)高，一般控制在4～5MPa以下為宜。2.溫度對(duì)相平衡的影響從圖2-7中可以看出，各組分的平衡液量和總平衡液量，都隨溫度的降低而增加，組分的分子量越小，變化速率越大。在溫度較低，如0℃以下，特別是－100C以下時(shí)，總平衡液量的增加主要是C1、C2和C3等輕組分的增加，這對(duì)油品儲(chǔ)存與運(yùn)輸過(guò)程的穩(wěn)定性也是不利的，所以，油氣分離的溫度不宜過(guò)低，一般應(yīng)在0℃以上。2-2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(jī)械設(shè)備。一、分離器的分類(lèi)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(jì)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（<1.5MPa）、中壓分離器（1.5～6MPa）和高壓分離器（>6MPa）等。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—除霧器；5—壓力控制閥；6—?dú)怏w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—?dú)怏w出口；6—重力沉降部分；7—集液部分；8—出液閥；9—液相出口圖2-12臥式三相分離器1－油氣混合物入口；2—進(jìn)口碰撞分離部件；3—除霧器；4－浮子；5—液面控制機(jī)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(jìn)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(jī)構(gòu)；9—油位控制閥；10－水位控制閥二、分離器的基本結(jié)構(gòu)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，其強(qiáng)度計(jì)算方法與壓力容器相同。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(mén)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。2．分離部分油井產(chǎn)物在分離器中的分離，一般都經(jīng)過(guò)初分離、主分離和除霧器分離三個(gè)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(lái)的混合物快速分離成以氣體為主和以液體為主的兩相。（2）主分離部分主分離部分是指主體容器本身。完成從氣中分油、油中分氣兩方面的功能。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(lái)。（3）除霧分離部分除霧分離部分的作用是，利用碰撞、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。分離器中常用的除霧器有葉片式和絲網(wǎng)式等不同型式。3．液面控制機(jī)構(gòu)分離器工作時(shí)，氣液界面的穩(wěn)定與否，對(duì)分離效果有很大的影響。氣液界面過(guò)高時(shí)，會(huì)使液體竄到氣體空間，甚至進(jìn)入排氣管道，從而堵塞管路；液面過(guò)低時(shí)，會(huì)引起出液管串氣，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成輸油泵抽空。4．壓力控制機(jī)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(dòng)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。自力式壓力調(diào)節(jié)器1－薄