CN102120103A - 气油水三相分离器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气油水三相分离器，包括卧式罐体(1)和原油输入管(2)，罐体(1)的内部从左至右依次竖立有液体稳流板(4)、挡板(5)，而将罐体(1)内部依次分隔成分离区(A)、集液区(B)和集油区(C)，挡板(5)上方为集气区(D)，罐体(1)底部设置有排水管(14)、顶部设置有外凸式集气包(11)、右侧端部设置有排油管(3)，并且，在分离区(A)中设置有套筒式旋流分离装置(6)，其包括同心设置且顶部齐平的外套筒(61)与内套筒(62)，外套筒(61)与内套筒(62)之间为气液分离区(A1)，内套筒(62)的内部为气水混合区(A2)。与现有技术相比，本发明使得检修维护工作更加省力、方便，对于相同的原油处理量，能够缩小卧式罐体的体积，还能使气、油、水分离效率得到显著提高，分离效果也更为理想。
Description
技术领域
本发明涉及气、油、水分离处理的技术领域，特别是指一种应用在气油水三相分离工艺中，采用旋流法分离气液，采用重力法、气浮法分离气液油，而最终实现三相分离的高效气油水三相分离器。
背景技术
石油、天然气生产过程中的含油水是来自石油、天然气开采、加工、提炼、储存及运输等各个环节，含油水水质成分复杂，既有原油，又有各种杂质以及后续生产加工过程中添加的化学药剂和一些微生物。
一般含油水中油存在的物理状态大致可分为五种：浮油、分散油、乳化油、溶解油和固体附着油，通常多以上述几种物理状态并存。而通常采用的物理处理法主要包括重力法、离心法、气浮法、过滤法和膜分离法等。
其中的气浮法，是预先在含油水中通入气体，使含油水成为水-气-油滴三相混合体系，由于大量的微细气泡从水中析出而粘附在悬浮颗粒(即油滴)上，使悬浮颗粒(即油滴)的整体密度小于水而易与水发生分离，从而达到油水分离的目的。
传统的卧式三相分离器仅依靠重力实现油、气、水的分离，对于水中细小油滴的去除通常采用聚结除油原理实现，但由于原油水中含有大量杂质，造成聚结材料易发生堵塞，需要停产清淤，工作效率不足，且维护费时费力。
另一方面，由于油井液压力高、气油水三相介质在管道中流态复杂，从而造成进入三相分离器中的油、水相物中夹杂有大量细密的微细气泡群。但传统的卧式三相分离器并未充分利用这些细密的气泡群，而是采用在三相分离器中设置溶气释放器和与其相连通的溶气发生器，通过溶气发生器从三相分离器中吸入水和气，并经过溶气水管以及溶气释放器，将溶气液体喷入到三相分离器内，以气泡助油滴上浮，也即依靠气浮法而进一步实现气、油、水的分离。由于各种释放器均装在气浮分离器内部，因释放器会经常发生堵塞，需要增加外能清洗系统，有时需要整个气浮分离器停止运行，将释放器放空后才能检修，维护操作复杂、麻烦，而且还影响生产效率。
综上所述，由于传统的卧式三相分离器在油水分离技术上的局限性，造成最后输出的水中含油量还是较高，分离效果不够理想，而且体积庞大，不是十分适用于高含水海上油田的生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种不采用溶气释放器、溶气发生器及相关聚结材料而使得检修维护工作更加省力、方便的气油水三相分离器，该气油水三相分离器对于相同的原油处理量，能够缩小卧式罐体的体积，还能使气、油、水分离效率得到显著提高，分离效果也更为理想。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该气油水三相分离器，包括卧式罐体、原油输入管、排油管、设置在罐体底部的排水管和设置在罐体顶部的外凸式集气包，其中，集气包的顶部具有排气管，其特征在于：
所述罐体的内部从左至右依次竖立有液体稳流板、挡板，而将罐体内部从左至右依次分隔成分离区、集液区和集油区，液体稳流板的顶部高于挡板，且挡板的顶部与罐体的顶部之间留有间距，而使罐体内部在挡板的上方形成集气区；
所述排水管设置在集液区所在的位置，所述集气包设置在集气区所在的位置；
所述排油管设置在罐体右侧端部的侧壁上，排油管的入口端伸入到集油区内、且低于挡板的顶部；
所述罐体内在分离区中设置有套筒式旋流分离装置，该套筒式旋流分离装置包括同心设置且顶部齐平的外套筒与内套筒，其中，原油输入管伸入到罐体内部并与外套筒的筒壁相切，外套筒与内套筒之间为气液分离区，内套筒的内部为气水混合区；
外套筒的底部低于内套筒的底部，在外套筒之内、内套筒的下方设置有一液流反射板，该液流反射板的外边沿与外套筒内侧壁之间的间隙即为出液口；
在内套筒的顶部还设置有一收油导流板，该收油导流板为一俯视呈渐开线状的条形板，渐开线的半径逐渐增大的方向与所述气水混合区内的液体旋流方向正好相同，该内套筒的顶部具有与收油导流板的渐开线形状一致的第一延伸壁，从而形成第一收油通道，而第一收油通道的末端穿过液体稳流板而伸入集液区中，该收油导流板的底部低于挡板的顶部；
并且，所述液体稳流板上开设有多个通孔而使分离区、集液区相通。
所述液体稳流板的顶部可以触及罐体的顶部内侧，此时，液体稳流板需要开设通气孔，供套筒式旋流分离装置上方的气体流通到集气区之中；液体稳流板的顶部也可以与罐体的顶部内侧之间具有一定间距，自然地留出气体流通的空间，优选地，所述罐体的顶部内侧还竖立有一气体稳流板，该气体稳流板上开有多个通气孔，而供气体稳定、集中地流入集气区。
所述内套筒内气水混合区的浮油由第一收油通道收集，为使外套筒与内套筒之间为气液分离区中的浮油也能收集至集液区中，优选地，所述外套筒的顶部也可以具有与收油导流板的渐开线形状一致的第二延伸壁，从而形成第二收油通道。
作为进一步改进，所述罐体的底部位于排水管的上方可以设置有一两侧横向贯通的罩盖，如此设计，可以保证位于集液区底部的水流能向排水管流出，而防止因排水速度过快使得位于排水管开口上方的水流连同油滴一起进入排水管内，有助于提高气、油、水分离效果。
为确保水相及时安全输出及计量，可以在所述排水管上安装液位控制阀，并且在罐体内安装至少一对液位计和物位计，以便可以通过罐体集液区的液位来控制水相输出管中的流量大小，还可以随时观察油水界面的情况。
作为进一步改进，所述排油管可以具有向罐体底部弯折延伸的延伸部，使排油管的入口端开口向下，如此设计，可以保证位于集油区底部已经稳定的油能从排油管收集而排出罐体之外，保证排油的纯度，容易达标。
为方便冲洗卧式罐体，能对罐体定期进行清洗，所述罐体的底部还可以开设有多个冲刷口和排污管，可在分离区A、集液区B和集油区C各设置一对冲刷口和排污管。
优选地，所述集气包中可以设置一捕雾器，以减少气相中的含液量，提高气相物的分离效果。
为加强集液区内油滴能快速、高效地浮于集液区的上部，所述液体稳流板可以以顶部向右侧倾斜的方式倾斜设置，并且，集液区内设置有多块平行且间隔设置的波纹板，波纹板的倾斜方向与所述液体稳流板相同，波纹板组由设置在其底部的支架来固定支撑。如此，液相物在自波纹板的上方而向下流动时，会不断接触波纹板表面，加大了液相物流动时的停滞时间，提高了油滴从水中分离的概率。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
通过套筒式旋流气液分离装置和卧式三相分离器相结合，首先利用套筒式旋流气液分离装置对原油中的气相和油相进行初步分离，液相中的大气泡也随之被分离出而位于套筒式旋流气液分离装置上方，然后高速旋转的流体经套筒底部的液流反射板的反射而反向流动，促使流体再次进行向上旋流，在此状态下充分利用微细气泡群，使之与水相中的油滴充分接触，从而粘附上浮，去除水体中的大颗粒油滴，脱除的油相通过套筒顶部的收油导流板自动排入集液区，液相则通过液流稳流板进入集液区；
由于在套筒式旋流气液分离装置内水体停留时间很短，大部分微细气泡群还存在于水体中，经稳流板均匀布水，含有大量微细气泡群的水相进入集液区，由于在套筒式旋流分离器内部微细气泡群与水相已充分混合，并与水相中的油滴充分接触进而相互粘附，在集液区停留时间相对较长的情况下被气泡粘附的油滴得以上升去除，从而提高集液区除油效率，降低出水中的含油浓度。
分离出气相物后，卧式罐体的液位提高，而且在集液区内液体停留的时间变长，加之气浮除油效果，从而提高了三相分离器的处理能力和分离效果。
在卧式罐体顶部设置集气包，使得气体有一个单独的汇集空间，如此就可减小气体在卧式罐体顶部的占据空间，在集气包中设置捕雾器，可以减少气相中的含液量。
本发明的三相分离装置摈弃了溶气释放器、溶气发生器，使得检修维护工作更加省力、方便的高效气油水三相分离器，充分利用水相中的微细气泡群使得油、气、水分离效果更为理想。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例一中套筒式旋流分离装置以及原油输入管的俯视图；
图3为本发明实施例二的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：
如图1、图2所示，该气油水三相分离器，包括卧式罐体1、原油输入管2和排油管3；
其中，所述罐体1的内部从左至右依次竖立有液体稳流板4、挡板5，而将罐体1内部从左至右依次分隔成分离区A、集液区B和集油区C，液体稳流板4的顶部高于挡板5，且液体稳流板4与挡板5的顶部均与罐体1的顶部之间留有间距，罐体1内部在挡板5的上方形成集气区D；
所述罐体1底部、在集液区B所在的位置、位于挡板5的左侧设置有排水管14；
所述罐体1顶部位于集气区D所在的位置设置有一外凸式集气包11，该集气包11的内部设置有捕雾器12、顶部具有排气管13；
所述排油管3设置在罐体1右侧端部的侧壁上，且处于低于挡板5顶部位置，排油管3具有向罐体1底部弯折延伸的延伸部32，使排油管3的入口端31伸入到集油区C内、且开口朝向罐体1的底部；
所述罐体1的底部位于分离区A、集液区B和集油区C分别设置有一对冲刷口16和排污管17；
所述罐体1的底部位于排水管14的上方设置有一两侧横向贯通的罩盖15，排水管14上安装有一液位控制阀(图中未示出)，在所述罐体2内安装有两对液位计m和物位计n；
所述罐体1内在分离区A中设置有一套筒式旋流分离装置6，该套筒式旋流分离装置6包括同心设置且顶部齐平的外套筒61与内套筒62，外套筒61由设置在罐体1侧壁上的第一固定杆66固定，内套筒62由设置在外套筒61顶部的第二固定杆67固定；
其中，原油输入管2从罐体1外伸入到罐体1内部并与外套筒61的筒壁相切，外套筒61与内套筒62之间为气液分离区A1，内套筒62的内部为气水混合区A2，原油输入管2与气液分离区A1相连通；
外套筒61的底部低于内套筒62的底部，在外套筒61之内、内套筒62的下方设置有一液流反射板63，液流反射板63由与罐体1固定的支撑板65而固定，该液流反射板63的外边沿与外套筒61内侧壁之间的间隙即为出液口64；
在内套筒62的顶部还设置有一收油导流板7，该收油导流板7为一俯视呈渐开线状的条形板，渐开线的半径逐渐增大的方向与所述气水混合区A2内的液体旋流方向(如图2中的箭头方向所示)正好相同；
该内套筒62的顶部具有与收油导流板7的渐开线形状一致的第一延伸壁62a，从而形成用于收集气水混合区A2中浮油的第一收油通道7a，所述外套筒61的顶部也具有与收油导流板7的渐开线形状一致的第二延伸壁61a，从而形成用于收集气液分离区A1中浮油的第二收油通道7b；
第一收油通道7a、第二收油通道7b的末端71穿过液体稳流板4而伸入集液区B中，该收油导流板7的底部低于挡板5的顶部，即低于集液区B的工作液面L，如图中的虚线所示；
并且，所述液体稳流板4上开设有多个通孔41而使分离区A、集液区B相通，供液体从分离区A流到集液区B；
所述罐体1的顶部内侧还竖立有一气体稳流板8，气体稳流板8与液体稳流板4的位置错开，该气体稳流板8上开有多个通气孔81，从而使套筒式旋流分离装置6上方的气体能稳定地流通到集气区D中。
这种气油水三相分离器的工作原理如下：
原油从原油输入管2切向地进入到套筒式旋流分离装置6内的气液分离区A1，形成旋流，该旋流产生比流体本身的重力高出许多倍的离心力，气液相的比重不同，所受离心力的差别很大，在气液分离区A1内，由于旋转，重力、离心力和浮力联合作用下将气体和液体分离，存在液体中的大气泡也随之排出，而液体沿径向被推向外侧，并向下旋转运动，经液流反射板5反射后进入气液混合区A2旋转；
排出的气泡在分离区A上汇集，继而通过气体稳流板8的通气孔81的稳流，均匀、稳定的进入集气区D，最后从集气包11排出罐体1之外；
部分油相会运动到气液混合区A2的中心区域，受离心力、浮力作用上升至筒体顶部，在收油导流板66的导流作用下排入到集液区B内；
同时存在于液体中的微细小气泡群在气液混合区A2内与水充分混合，使微细气泡与水中油滴充分接触并粘附在油滴上，由于液体在此处停留时间较短，被微细气泡粘附的大颗粒油滴会升至水面排出，而大部分被微细气泡粘附的小油滴则随水流从出液口64排出到外套筒61之外，排出的含油水经过液体稳流板4的通孔41稳流后，均匀、稳定的进入集液区B；
由于油相和水相的密度不同，运用重力沉降的原理，油相将会浮在罐体1上面，而水相将沉降在罐体1下面，在卧式罐体1的集液区B有足够的空间使游离的水沉降到底部形成水层，而被气泡粘附的小油滴也会在浮力作用下上浮至油层，上层的油相将会溢过挡板5进入到集油区C，最后从排油管3排出卧式罐体1外；
集油区C的油面是由液面控制器操纵出油阀控制恒定的工作高度，而水相物则从挡板5左侧的排水管14排出，油水界面控制器操纵排水阀的开度，使油水界面保持在规定的高度。
实施例二：
如图5所示，本发明实施例二与实施例一的区别点在于：所述液体稳流板4以顶部向右侧倾斜的方式倾斜设置，并且，集液区B内设置有多块平行且间隔设置的波纹板9，形成波纹板组，波纹板组中最靠近液体稳流板4的那块波纹板的底部与罐体1的底部接触，波纹板组由设置在底部的支架91支撑固定，在本实施例中，波纹板9也与所述液体稳流板4互为平行。
液相物会自上而下经过波纹板9而进入罐体1的底部区域，油相物自然地浮于集液区B顶部，水相物经排水管14排出罐体1。
Claims (9)
1.一种气油水三相分离器，包括卧式罐体(1)、原油输入管(2)、排油管(3)、设置在罐体(1)底部的排水管(14)和设置在罐体(1)顶部的外凸式集气包(11)，其中，集气包(11)的顶部具有排气管(13)，其特征在于：
所述罐体(1)的内部从左至右依次竖立有液体稳流板(4)、挡板(5)，而将罐体(1)内部从左至右依次分隔成分离区(A)、集液区(B)和集油区(C)，液体稳流板(4)的顶部高于挡板(5)，且挡板(5)的顶部与罐体(1)的顶部之间留有间距，而使罐体(1)内部在挡板(5)的上方形成集气区(D)；
所述排水管(14)设置在集液区(B)所在的位置，所述集气包(11)设置在集气区(D)所在的位置；
所述排油管(3)设置在罐体(1)右侧端部的侧壁上，排油管(3)的入口端(31)伸入到集油区(C)内、且低于挡板(5)的顶部；
所述罐体(1)内在分离区(A)中设置有套筒式旋流分离装置(6)，该套筒式旋流分离装置(6)包括同心设置且顶部齐平的外套筒(61)与内套筒(62)，其中，原油输入管(2)伸入到罐体(1)内部并与外套筒(61)的筒壁相切，外套筒(61)与内套筒(62)之间为气液分离区(A1)，内套筒(62)的内部为气水混合区(A2)；
外套筒(61)的底部低于内套筒(62)的底部，在外套筒(61)之内、内套筒(62)的下方设置有一液流反射板(63)，该液流反射板(63)的外边沿与外套筒(61)内侧壁之间的间隙即为出液口(64)；
在内套筒(62)的顶部还设置有一收油导流板(7)，该收油导流板(7)为一俯视呈渐开线状的条形板，渐开线的半径逐渐增大的方向与所述气水混合区(A2)内的液体旋流方向正好相同，该内套筒(62)的顶部具有与收油导流板(7)的渐开线形状一致的第一延伸壁(62a)，从而形成第一收油通道(7a)，而第一收油通道(7a)的末端(71)穿过液体稳流板(4)而伸入集液区(B)中，该收油导流板(7)的底部低于挡板(5)的顶部；
并且，所述液体稳流板(4)上开设有多个通孔(41)而使分离区(A)、集液区(B)相通。
2.根据权利要求1所述的气油水三相分离器，其特征在于：所述罐体(1)的顶部内侧还竖立有一气体稳流板(8)，该气体稳流板(8)上开有多个通气孔(81)。
3.根据权利要求1所述的气油水三相分离器，其特征在于：所述外套筒(61)的顶部也具有与收油导流板(7)的渐开线形状一致的第二延伸壁(61a)，从而形成第二收油通道(7b)。
4.根据权利要求1所述的气油水三相分离器，其特征在于：所述罐体(1)的底部位于排水管(14)的上方设置有一两侧横向贯通的罩盖(15)。
5.根据权利要求1所述的气油水三相分离器，其特征在于：所述排水管(14)上安装有一液位控制阀，在所述罐体(1)内安装有至少一对液位计(m)和物位计(n)。
6.根据权利要求1所述的气油水三相分离器，其特征在于：所述排油管(3)具有向罐体(1)底部弯折延伸的延伸部(32)。
7.根据权利要求1所述的气油水三相分离器，其特征在于：所述罐体(1)的底部还开设有多个冲刷口(16)和排污管(17)。
8.根据权利要求1所述的气油水三相分离器，其特征在于：所述集气包(11)中设置一捕雾器(12)。
9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的气油水三相分离器，其特征在于：所述液体稳流板(4)以顶部向右侧倾斜的方式倾斜设置，并且，集液区(B)内设置有多块平行且间隔设置的波纹板(9)，波纹板(9)的倾斜方向与所述液体稳流板(4)相同。
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Effective date of registration: 20230420 Address after: Room 333, Building 3, No. 8 Xingye Avenue, Ningbo Free Trade Zone, Zhejiang Province, 315899 Patentee after: Zhejiang manatee Ocean Engineering Co.,Ltd. Address before: No. 6, Caoejiang Road, South Bonded Area, Ningbo, Zhejiang 315800 Patentee before: Veritas-MSI (Ningbo) Co.,Ltd. |
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