CN105087056A - 一种三相分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相分离器，它设有罐体(1)、旋流分离器(3)、变压器(9)、分配器(19)、电极板(6)等。罐体的内腔由隔板(18)分隔成气液分离室(21)和油水分离室(22)。旋流分离器的顶部与气液分离室的顶部之间设有气体返回管(5)，旋流分离器圆筒形筒体的内壁上设有螺旋板(31)。分配器设于油水分离室的下部，气液分离室下部与分配器之间设有液体输送管(15)。电极板为单层水平电极板，设于油水分离室的上部，由一根带绝缘层钢丝绳以及若干个绝缘支撑板、固定间距杆组成。本发明主要用于对油田油井采出的原油进行油、气、水的三相分离。

Description

一种三相分离器

技术领域

本发明属于油田地面处理设备技术领域，涉及一种用于对油田油井采出的原油进行油、气、水分离的三相分离器。

背景技术

原油从油田油井开采出来后含有水和天然气(还含有沙子)，在运输前需进行分离处理。处理后的净化原油和天然气作为产品外输，分离出来的水可以作为油井的回注水。油田油井采出原油的分离一般采用三相分离器，常规三相分离器是通过重力沉降分离的方式进行分离。但随着采出原油含水量的增加，单台常规三相分离器处理后的原油的含水量仍然过高，影响着后续处理，甚至造成外输原油含水量不达标的情况发生；一般需要多级分离才能满足原油含水量要求，导致设备数量多、占地面积增大。

近年来，人们针对常规三相分离器存在的问题对其进行了改进，提出了一些新型结构的三相分离器。中国专利CN101829441A公开了一种三相游离水分离器，包括卧式罐体、气液旋流分离器。罐体内设有进液隔板，进液隔板将罐体分成气液分离区域与油水分离区域。油水分离区域的上部设有分布槽，分布槽下方设有竖挂板式电极。该专利存在的主要问题是：(1)待处理原油沿气液旋流分离器圆筒形筒体的切向进入气液旋流分离器并旋转流动、进行气液分离。由于气液旋流分离器为空筒结构，旋流效果受待处理原油进入气液旋流分离器的流速的影响较大，使气液旋流分离效果受到影响。(2)气液旋流分离器底部所设出液管的出口位于气液分离区域的油水混合物中，气液旋流分离器分离出来的液体及其携带的少量气体从该出口流出后未经分离即进入油水混合物中，将最终影响到对这股气体的分离。(3)油水混合物从分布槽底部的分散通孔流出后在油水分离区域自上而下流动并在竖挂板式电极的电场区域进行油水分离；由于流动方向与水滴沉降方向一致，影响了油水分离效果。另外，竖挂板式电极为常规的金属电极板，每个电极板由多根不锈钢金属管或金属棒组成；由于油水混合物的含水量较高，金属管或金属棒直接与之接触容易导致相邻两个电极板之间出现短路的问题，会使电场不稳定、降低电场对水滴的聚结作用以及油水分离效果，甚至使电场无法建立。为此，所述的三相分离器在使用时首先要向卧式罐体内部充满不含水的原油，这将极大地限制其使用范围；因为不含水的原油在很多场合是无法得到的。

发明内容

本发明的目的是提供一种三相分离器，以解决常规的三相分离器所存在的油水分离效率不高的问题，以及带电极板的三相分离器所存在的气液分离与油水分离的效果不够好、相邻两个电极板之间容易出现短路等问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种三相分离器，设有罐体、旋流分离器、排气管、变压器、高压电引入管，罐体的内腔设有隔板，隔板将罐体的内腔分隔成气液分离室和油水分离室，沿旋流分离器圆筒形筒体的切向设有进料管，旋流分离器的底部设有出液管，出液管的出口位于气液分离室内，罐体的顶部在油水分离室的位置设有出油管，罐体的底部设有排沙管，在油水分离室的位置设有排水管，油水分离室内设有分配器、电极板，其特征在于：隔板为实心板，排气管设于罐体顶部、气液分离室的位置，排沙管设于油水分离室的位置，旋流分离器的顶部与气液分离室的顶部之间设有气体返回管，旋流分离器圆筒形筒体的内壁上设有螺旋板，分配器设于油水分离室的下部，气液分离室下部与分配器之间设有液体输送管，电极板为单层水平电极板，设于油水分离室的上部，电极板由一根带绝缘层钢丝绳以及若干个绝缘支撑板、固定间距杆组成，电极板的两侧分别设有一个所述的绝缘支撑板，带绝缘层钢丝绳在这两个绝缘支撑板之间以一定间隔呈S形盘绕，相邻两段带绝缘层钢丝绳相平行，在正中间与它们相平行地设置一根固定间距杆，带绝缘层钢丝绳的两个端部裸露，与高压电引入管的金属裸露点相连，连接之处用绝缘材料密封。

采用本发明，具有如下的有益效果：(1)旋流分离器内设有螺旋板，待处理原油沿旋流分离器圆筒形筒体的切向进入旋流分离器之后，在上下相邻两圈螺旋板与旋流分离器圆筒形筒体内壁之间的螺旋通道内旋转流动；旋流效果受待处理原油进入旋流分离器的流速的影响较小，因而使气液旋流分离的效果较好。(2)旋流分离器底部所设的出液管的出口位于气液分离室的上部(气液分离室内气液界面的上方)且朝向罐体入口端封头的内壁，旋流分离器分离出来的液体及其携带的少量气体由出液管的出口流出后流向罐体入口端封头的内壁并与该封头的内壁发生碰撞；碰撞过程中气液再次分离，可以减少进入气液分离室下部液层中的气体，使本发明最终的气体分离效果较好。(3)油水混合物由分配器分配后在油水分离室内自下而上垂直流动，并在电极板与其下方的油水分离室内的油水界面之间形成的电场、电极板中每段带绝缘层钢丝绳同与其相邻的固定间距杆之间形成的电场、电极板与其上方的罐体内壁之间形成的电场之中进行油水分离；由于流动方向与水滴沉降方向相反，加快了油水的分离速度，提高了油水分离效果。另外在本发明给出的电压等条件下，对于含水量较高(达90w％，w％表示重量百分数)的油水混合物，由于带绝缘层钢丝绳中的钢丝绳不与之接触，使电极板与其下方的油水分离室内的油水界面之间、带绝缘层钢丝绳与固定间距杆之间、电极板与其上方的罐体内壁之间不会出现短路问题，能够建立稳定的电场、保证电场对水滴的聚结作用以及油水分离效果，使设备平稳运行。所以，本发明三相分离器在开始使用时不必向罐体内部充满不含水的原油，不会因得不到不含水的原油而使其使用范围受到限制。(4)本发明的电极板只有一根带绝缘层钢丝绳，这根带绝缘层钢丝绳可以预先整体制做，不容易形成大量的破损点。带绝缘层钢丝绳只有两个端部裸露，这两个端部与高压电引入管的金属裸露点相连、连接之处用绝缘材料密封，易于实施、密封可靠，可以保证电极板长周期使用。此外，本发明电极板的制造简单方便。

本发明主要用于对油田油井采出的原油进行油、气、水的三相分离(同时也将沙子分离出去)。本发明的分离效率高，净化原油含水量可降低到0.5w％以下。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明的一种三相分离器的结构示意图。

图2是图1所示电极板的俯视图。

图3是图2中的I部放大图。

图4是图1中的A-A剖视图(放大)。

图1至图4中，相同附图标记表示相同的技术特征。

具体实施方式

参见图1，本发明的一种三相分离器设有罐体1、旋流分离器3、排气管7、变压器9、高压电引入管10。罐体1为卧式罐，由支座4支承。罐体1的内腔设有隔板18，隔板18将罐体1的内腔分隔成气液分离室21和油水分离室22。旋流分离器3的壳体由上部的圆筒形筒体和下部的倒置截头圆锥面形筒体组成，沿旋流分离器3圆筒形筒体的切向设有进料管2。旋流分离器3的底部设有出液管11，出液管11的出口位于气液分离室21内。罐体1的顶部在油水分离室22的位置设有出油管12，出油管12的下方设有收集管120。罐体1的底部设有排沙管17，罐体1的底部在油水分离室22的位置设有排水管13。油水分离室22内设有分配器19、电极板6。

本发明的三相分离器，隔板18为实心板(不开孔板)。排气管7设于罐体1顶部、气液分离室21的位置，其下方设有除沫丝网8。排沙管17设于油水分离室22的位置；排沙管17的入口处设有常规的沙子冲洗装置，其附图和说明省略。

旋流分离器3的顶部与气液分离室21的顶部之间设有气体返回管5。旋流分离器3圆筒形筒体的内壁上设有螺旋板31；螺旋板31的外边缘焊接于旋流分离器3圆筒形筒体的内壁上，螺旋板31内边缘以内的区域为旋流分离器3的中空区域。参见图1和图4，螺旋板31自进料管2位于旋流分离器3圆筒形筒体内壁上的出口的下方(靠近该出口的底部)开始设置，上下相邻两圈螺旋板31与旋流分离器3圆筒形筒体的内壁之间形成螺旋通道。螺旋板31以及螺旋通道的旋向(左旋或右旋)，与经进料管2沿旋流分离器3圆筒形筒体的切向进入旋流分离器3内的待处理原油的旋转流动方向相同。

分配器19设于油水分离室22的下部，气液分离室21下部与分配器19之间设有液体输送管15。分配器19可以是各种常用的分配器，图1所示的分配器19为管式分配器。图1所示的三相分离器，液体输送管15的主体设于罐体1的外部，在其入口处设有防涡板16。防涡板16为一块垂直设置的平板，用以防止进入液体输送管15入口的液体发生涡流。液体输送管15还可以全部设于罐体1内(由隔板18穿过)，附图省略。

参见图1、图2和图3，电极板6为单层水平电极板，设于油水分离室22的上部(油水分离室22内油水界面14的上方)。电极板6由一根带绝缘层钢丝绳62以及若干个绝缘支撑板61、固定间距杆63组成。带绝缘层钢丝绳62由钢丝绳621和包覆于钢丝绳621外表面上的绝缘层622组成。电极板6的两侧分别设有一个所述的绝缘支撑板61，带绝缘层钢丝绳62在这两个绝缘支撑板61之间以一定间隔呈S形盘绕，在这两个绝缘支撑板61之间单向经过一次形成一段。相邻两段带绝缘层钢丝绳62(不计回转端部)相平行，在正中间与它们相平行地设置一根固定间距杆63。带绝缘层钢丝绳62的两个端部623裸露(不带绝缘层622)，与高压电引入管10的金属裸露点(不带绝缘层)相连，连接之处用绝缘材料密封(优选浇铸密封)。电极板6中各固定间距杆63的端部可与罐体1的内壁相连，各固定间距杆63以及罐体1均接地(图略)。当变压器9通过高压电引入管10向电极板6中的带绝缘层钢丝绳62通电后，电极板6与其下方的油水分离室22内的油水界面14之间形成Eb电场，电极板6中每段带绝缘层钢丝绳62同与其相邻的固定间距杆63之间形成Ec电场，电极板6与其上方的罐体1的内壁(在油水分离室22内)之间形成Ea电场。

参见图1和图4，本发明旋流分离器3圆筒形筒体的内壁上所设的螺旋板31一般为正螺旋面形，宽度t一般为20～200毫米。螺旋板31的内边缘为圆柱螺旋线形，升角一般为3～10度。螺旋板31的圈数一般为3～10圈。

参见图1，本发明旋流分离器3底部所设的出液管11的出口位于气液分离室21的上部(气液分离室21内气液界面20的上方)，且朝向罐体1入口端封头的内壁，与该封头内壁之间的距离k一般为50～400毫米(按最小距离计算)。图1所示出液管11的下部为一段弯管，弯管的出口即出液管11的出口。罐体1的入口端封头，是指靠近进料管2的封头。

参见图3以及图2，本发明的电极板6，最好是在各绝缘支撑板61上设置开孔，带绝缘层钢丝绳62依次从各开孔穿过进行盘绕。各固定间距杆63从绝缘支撑板61上的开孔穿过，并用紧固件(例如螺母)固定。如图2所示，当电极板6在两侧的两个绝缘支撑板61的间距较大时，在两侧的绝缘支撑板61之间还可以设置一个(或多个，图略)绝缘支撑板61，以更好地支承带绝缘层钢丝绳62。

在电极板6中，相邻两段带绝缘层钢丝绳62的间距s一般为40～200毫米，钢丝绳621的直径一般为2～20毫米，绝缘层622的厚度一般为0.2～2毫米。电极板6与其下方的油水界面14之间的距离一般为400～800毫米，与其上方的罐体1内壁顶部之间的距离一般为300～500毫米。

绝缘支撑板61所用的绝缘材料、带绝缘层钢丝绳62中绝缘层622所用的绝缘材料、用于密封带绝缘层钢丝绳62裸露的端部623与高压电引入管10金属裸露点连接处的绝缘材料，一般为氟塑料(例如聚四氟乙烯)或环氧树脂。用于制作带绝缘层钢丝绳62中绝缘层622的绝缘材料，应具有足够的柔性。将壁厚为0.2～2毫米的绝缘管套在钢丝绳621的外表面上，加热后进行热缩，可制成带绝缘层钢丝绳62。

带绝缘层钢丝绳62中钢丝绳621的材料一般为不锈钢。三相分离器的罐体1、旋流分离器3(包括螺旋板31)、排气管7、隔板18、进料管2、出液管11、出油管12、排沙管17、排水管13、分配器19、气体返回管5、液体输送管15、固定间距杆63等部件的材料一般为碳钢或不锈钢。

本发明所用的变压器9可以是交流变压器，输出高压交流电(0.5～4.0万伏特)。变压器9还可以是脉冲变压器，输出脉冲交流电；脉冲频率为10～500Hz，占空比为10～80％，输出电压(峰值电压)为0.5～4.0万伏特。

下面结合附图说明本发明三相分离器的操作过程。来自油田油井的待处理原油(含有水、天然气和沙子)经进料管2沿旋流分离器3圆筒形筒体的切向进入旋流分离器3，在上下相邻两圈螺旋板31与旋流分离器3圆筒形筒体内壁之间形成的螺旋通道内旋转流动。在旋转流动过程中受离心力、重力和浮力的作用，待处理原油中的液体(指油水混合物，携带有沙子)流向螺旋通道的外侧并由螺旋板31的底端向下流出，气体流向旋流分离器3的中空区域并向上流出。

旋流分离器3分离出的气体携带少量液体从旋流分离器3的顶部经气体返回管5流入气液分离室21的上部(气液分离室21内气液界面20的上方)。

旋流分离器3分离出的液体携带少量气体从旋流分离器3的底部经出液管11由出液管11的出口在气液分离室21的上部流出，流向罐体1入口端封头的内壁并与该封头的内壁发生碰撞，碰撞过程中气液再次分离。分离出的气体进入气液分离室21的上部；分离出的液体向下流入气液分离室21下部的液层中(位于气液分离室21内气液界面20的下方)进行沉降，沉降过程中进一步分离出溶于液体中的气体，分离出的气体向上流入气液分离室21的上部。

汇集于气液分离室21上部的气体进一步沉降分离出小液滴后，经除沫丝网8除沫后由排气管7从罐体1流出。分离出的小液滴向下落入气液分离室21下部的液层中。

气液分离室21下部液层中分离出气体后的油水混合物经液体输送管15进入分配器19，由分配器19分配后在油水分离室22内自下而上垂直流动，流动过程中通过重力沉降分离出游离水。分离出游离水的油水混合物继续向上流动，依次进入Eb、Ec、Ea电场(含水量降低了的油水混合物进入Eb、Ec、Ea电场后，能够进一步降低上述各电场中发生短路的风险)。在静电场作用下，油水混合物中的小水滴聚结成大水滴、在重力作用下向下沉降分离出来。分离出水后得到的净化原油由收集管120收集，最后经出油管12从罐体1流出。分离出来的水(携带有沙子)聚集在油水分离室22下部的水层中(位于油水分离室22内油水界面14的下方)，经过进一步沉降分离后经排水管13从罐体1排出。沉积于油水分离室22底部的沙子经排沙管17从罐体1排出。

Claims (5)

1.一种三相分离器，设有罐体(1)、旋流分离器(3)、排气管(7)、变压器(9)、高压电引入管(10)，罐体(1)的内腔设有隔板(18)，隔板(18)将罐体(1)的内腔分隔成气液分离室(21)和油水分离室(22)，沿旋流分离器(3)圆筒形筒体的切向设有进料管(2)，旋流分离器(3)的底部设有出液管(11)，出液管(11)的出口位于气液分离室(21)内，罐体(1)的顶部在油水分离室(22)的位置设有出油管(12)，罐体(1)的底部设有排沙管(17)，在油水分离室(22)的位置设有排水管(13)，油水分离室(22)内设有分配器(19)、电极板(6)，其特征在于：隔板(18)为实心板，排气管(7)设于罐体(1)顶部、气液分离室(21)的位置，排沙管(17)设于油水分离室(22)的位置，旋流分离器(3)的顶部与气液分离室(21)的顶部之间设有气体返回管(5)，旋流分离器(3)圆筒形筒体的内壁上设有螺旋板(31)，分配器(19)设于油水分离室(22)的下部，气液分离室(21)下部与分配器(19)之间设有液体输送管(15)，电极板(6)为单层水平电极板，设于油水分离室(22)的上部，电极板(6)由一根带绝缘层钢丝绳(62)以及若干个绝缘支撑板(61)、固定间距杆(63)组成，电极板(6)的两侧分别设有一个所述的绝缘支撑板(61)，带绝缘层钢丝绳(62)在这两个绝缘支撑板(61)之间以一定间隔呈S形盘绕，相邻两段带绝缘层钢丝绳(62)相平行，在正中间与它们相平行地设置一根固定间距杆(63)，带绝缘层钢丝绳(62)的两个端部(623)裸露，与高压电引入管(10)的金属裸露点相连，连接之处用绝缘材料密封。

2.根据权利要求1所述的三相分离器，其特征在于：旋流分离器(3)圆筒形筒体的内壁上所设的螺旋板(31)为正螺旋面形，宽度t为20～200毫米。

3.根据权利要求1所述的三相分离器，其特征在于：旋流分离器(3)底部所设的出液管(11)的出口位于气液分离室(21)的上部，且朝向罐体(1)入口端封头的内壁，与该封头内壁之间的距离k为50～400毫米。

4.根据权利要求1或2或3所述的三相分离器，其特征在于：各绝缘支撑板(61)上设有开孔，带绝缘层钢丝绳(62)以及各固定间距杆(63)从各开孔穿过。

5.根据权利要求4所述的三相分离器，其特征在于：电极板(6)中，相邻两段带绝缘层钢丝绳(62)的间距s为40～200毫米，钢丝绳(621)的直径为2～20毫米，绝缘层(622)的厚度为0.2～2毫米。