CN107090306B - 一种油气水固的多相分离工艺及多相分离装置 - Google Patents

一种油气水固的多相分离工艺及多相分离装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种油气水固的多相分离工艺及多相分离装置，通过分离管的三级分离、旋流分离、沉降分离、气浮处理等实现了油气水固的分离，该装置包括依次连接的一级分离管、二级分离管、液固分离器、三级分离管、旋流器、沉降管和气浮箱，该发明利用了管道特性、各相介质的密度差及动态分离来实现油气水固快速分离，突破了传统需要借助容器才能实现多相分离的做法，将压力容器的爆炸失效模式转化为压力管道的泄漏失效模式，从而大大降低设备安全管理风险。

Description

一种油气水固的多相分离工艺及多相分离装置
技术领域
本发明涉及石油天然气和污水处理领域分离设备，具体涉及一种油气水固的多相分离工艺及多相分离装置。
背景技术
随着我国大多数油田逐步进入中后期开采，原油含水率不断提高，一方面，是采出液及污水处理量急剧增加，集输系统的一些工艺设备不能满足生产要求，原油集输过程中被加热原油的含水和总液量增大，导致生产能耗大幅度增加；另一方面，由于三次采油技术的推广应用以及高稠、高粘原油的开发，油、气、水、固分离难度增大，特别是污水处理的难度急剧增加，对油气水固的处理设备提出了更高的要求。此外，随着油田开发开采的进行，各站场原有的分离器由于其设计条件和运行参数不能适应实际变化，难以达到油、水分离要求。从目前国内各油田三相分离器使用情况来看，由于设计三相分离器的理论和经验明显不足，加之国情和工厂制造等情况的差异，往往使得三相分离设备与现场提供的实际操作参数不相适应，加之来液中固体颗粒在稳定段的沉积影响，导致三相分离器的分离效果差，很多三相分离器形同虚设。另外，从安全管理来看，三相分离器属于压力容器，它本身存在聚能效应，其失效模式属于爆炸失效。为了降低安全风险，使其从爆炸失效转化为泄漏失效，既能节能环保，又尽可能实现原有三相分离器的分离效果，因此建设和运行费用较低的油气水固分离方法成为当务之急。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种油气水固的多相分离工艺及多相分离装置。
本发明的技术方案是提供了一种油气水固的多相分离工艺，至少包括以下步骤：
步骤1)一级分离：来液从进液管进入一级分离管内，经快速动态分离后，伴生气进入气液分离器进行气液分离，分离后的气体通过出气管外输，经一级分离管分离出来的液体进入二级分离管；
步骤2)二级分离：经一级分离管分离出来的液体通过连通管一进入二级分离管，二级分离管再次分离，分离出来的油通过出油管外输，分离出来的水通过连通管二进入液固分离器；
步骤3)液固分离：液固分离器分离出来的固体颗粒从液固分离器底部通过排沙管排出，分离出来的含油污水从液固分离器顶部经连通管三进入三级分离管；
步骤4)三级分离：三级分离管对含油污水进一步进行深度油水分离，分离出来的油沿连通管四流入气浮箱，分离出来的污水通过连通管五进入旋流器；
步骤5)旋流分离：经旋流器旋流分离后，按设定达到环保要求的水通过第一管路送到沉降管进行深度沉降，没达到环保要求的水经第二管路送至气浮箱；
步骤6)沉降分离：经沉降管沉降分离后的水经连通管六汇集至总出水管，经沉降管沉降分离后的油通过连通管七进入气浮箱；
步骤7)气浮处理：气浮箱的曝气由压缩机经进气管路送入，进入气浮箱的含油污水经气浮处理后，水通过出水管路汇集至总出水管，气浮后的油经出油管路与二级分离管的出油管汇集；
步骤8)循环分离：气浮后的油经出油管路与二级分离管的出油管汇集后再次进入一级分离管或二级分离管内循环分离油水液固。
一种油气水固的多相分离装置，包括依次连接的一级分离管、二级分离管、液固分离器、三级分离管、旋流器、沉降管和气浮箱，所述一级分离管的进口连接有进液管，一级分离管的上出口连接有气液分离器，一级分离管的下出口通过连通管一与二级分离管的进口连接，所述二级分离管的上出口连接出油管，二级分离管的下出口通过连通管二与液固分离器的进口连接，所述液固分离器的上出口通过连通管三连接于三级分离管的进口，液固分离器的下出口连接有排沙管，所述三级分离管的上出口通过连通管四连接于气浮箱，三级分离管的下出口通过连通管五连接于旋流器的进口，所述旋流器的出口上连接有第一管路和第二管路，第一管路连接于沉降管的进口，第二管路连接于气浮箱，所述沉降管上设有两个出口，一个通过连通管六连接于总出水管，另一个通过连通管七连接于气浮箱，所述气浮箱上还连接有出水管路、进气管路和出油管路，所述出水管路连接于总出水管。
所述一级分离管、二级分离管和三级分离管结构相同，都包括从上至下依次排列的三层水平管，且每两层水平管之间通过多根立管连通，一级分离管内设有气液界面仪、温度检测仪和安全阀，二级分离管和三级分离管内都设有油水界面仪。
所述排沙管上还设有固体颗粒收集器。
所述连通管五上还设有过滤器，过滤器的进口端与出口端还并联有旁通管路。
所述旋流器出口的第一管路和第二管路上设有流量计。
所述沉降管采用S形管或直管，沉降管入口设有液体缓冲器，出口设有偏心大小头，沉降管上还设有多个污油集油包。
所述气浮箱内设有进水腔、曝气管路、水腔和油腔，所述进水腔连接于曝气管路进口，所述水腔和油腔分别连接于曝气管路的出水口和出油口，所述进水腔上连接有连通管四、第二管路和连通管七，所述水腔连接出水管路，所述油腔连接出油管路，所述曝气管路上还设有曝气头，所述进气管路连接于曝气头。
所述气浮箱的形状采用方形或圆形。
本发明的有益效果：
本发明的这种油气水固的多相分离工艺通过分离管的三级分离、旋流分离、沉降分离、气浮处理等实现了油气水固的分离，该装置利用了管道特性、各相介质的密度差及动态分离来实现油气水固快速分离，突破了传统需要借助容器才能实现多相分离的做法，将压力容器的爆炸失效模式转化为压力管道的泄漏失效模式，从而大大降低设备安全管理风险，其流程可以根据处理要求进行随意组合，同时还可以缩短制造、安装周期，降低制造和管理运行成本并实现模块化、专业化。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明油气水固的多相分离装置的结构示意图。
附图标记说明：1、进液管；2、一级分离管；3、气液分离器；4、气浮箱；5、连通管一；6、二级分离管；7、出油管；8、连通管二；9、液固分离器；10、连通管三；11、排沙管；12、固体颗粒收集器；13、进气管路；14、三级分离管；15、连通管四；16、连通管五；17、过滤器；18、旁通管路；19、出油管路；20、旋流器；21、第一管路；22、第二管路；23、沉降管；24、总出水管；25、连通管六；26、连通管七；27、出水管路。
具体实施方式
实施例1：
为了克服现有技术的不足，本实施例提供了一种如图1所示的油气水固的多相分离工艺，至少包括以下步骤：
步骤1)一级分离：来液从进液管1进入一级分离管2内，经快速动态分离后，伴生气进入气液分离器3进行气液分离，分离后的气体通过出气管外输，经一级分离管2分离出来的液体进入二级分离管6；
步骤2)二级分离：经一级分离管2分离出来的液体通过连通管一5进入二级分离管6，二级分离管6再次分离，分离出来的油通过出油管7外输，分离出来的水通过连通管二8进入液固分离器9；
步骤3)液固分离：液固分离器9分离出来的固体颗粒从液固分离器9底部通过排沙管11排出，分离出来的含油污水从液固分离器9顶部经连通管三10进入三级分离管14；
步骤4)三级分离：三级分离管14对含油污水进一步进行深度油水分离，分离出来的油沿连通管四15流入气浮箱4，分离出来的污水通过连通管五16进入旋流器20；
步骤5)旋流分离：经旋流器20旋流分离后，按设定达到环保要求的水通过第一管路21送到沉降管23进行深度沉降，没达到环保要求的水经第二管路22送至气浮箱4；
步骤6)沉降分离：经沉降管23沉降分离后的水经连通管六25汇集至总出水管24，经沉降管23沉降分离后的油通过连通管七26进入气浮箱4；
步骤7)气浮处理：气浮箱4的曝气由压缩机经进气管路13送入，进入气浮箱4的含油污水经气浮处理后，水通过出水管路27汇集至总出水管24，气浮后的油经出油管路19与二级分离管6的出油管7汇集；
步骤8)循环分离：气浮后的油经出油管路19与二级分离管6的出油管7汇集后再次进入一级分离管2或二级分离管6内循环分离油水液固。
本发明的这种油气水固的多相分离工艺通过分离管的三级分离、旋流分离、沉降分离、气浮处理等实现了油气水固的分离，其流程可以根据处理要求进行随意组合，同时还可以缩短制造、安装周期，降低制造和管理运行成本并实现模块化、专业化。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种如图1所示的油气水固的多相分离装置，包括依次连接的一级分离管2、二级分离管6、液固分离器9、三级分离管14、旋流器20、沉降管23和气浮箱4，所述一级分离管2的进口连接有进液管1，一级分离管2的上出口连接有气液分离器3，一级分离管2的下出口通过连通管一5与二级分离管6的进口连接，所述二级分离管6的上出口连接出油管7，二级分离管6的下出口通过连通管二8与液固分离器9的进口连接，所述液固分离器9的上出口通过连通管三10连接于三级分离管14的进口，液固分离器9的下出口连接有排沙管11，所述三级分离管14的上出口通过连通管四15连接于气浮箱4，三级分离管14的下出口通过连通管五16连接于旋流器20的进口，所述旋流器20的出口上连接有第一管路21和第二管路22，第一管路21连接于沉降管23的进口，第二管路22连接于气浮箱4，所述沉降管23上设有两个出口，一个通过连通管六25连接于总出水管24，另一个通过连通管七26连接于气浮箱4，所述气浮箱4上还连接有出水管路27、进气管路13和出油管路19，所述出水管路27连接于总出水管24。
本发明的这种油气水固的多相分离装置利用了管道特性、各相介质的密度差及动态分离来实现油气水固快速分离，突破了传统需要借助容器才能实现多相分离的做法，将压力容器的爆炸失效模式转化为压力管道的泄漏失效模式，从而大大降低设备安全管理风险。
实施例3：
在实施例2的基础上，本实施例提供了一种如图1所示的油气水固的多相分离装置，为了保证分离效果及安全，所述一级分离管2、二级分离管6和三级分离管14结构相同，都包括从上至下依次排列的三层水平管，且每两层水平管之间通过多根立管连通，一级分离管2内设有气液界面仪、温度检测仪和安全阀，二级分离管6和三级分离管14内都设有油水界面仪，所述一级分离管2、二级分离管6和三级分离管14的进口都设于三层水平管一端的中部，上出口和下出口分别设于三层水平管另一端的上部和下部，这种分离管结构能够有效进行气液及液液的分离。
实施例4：
在实施例3的基础上，本实施例提供了一种如图1所示的油气水固的多相分离装置，所述排沙管11上还设有固体颗粒收集器12。
所述排沙管11上还设有固体颗粒收集器12，从液固分离器9分离出来的固体颗粒可以收集到固体颗粒收集器12进行处理。
进一步的，所述连通管五16上还设有过滤器17，过滤器17的进口端与出口端还并联有旁通管路18，从三级分离管14分离出来的污水通过连通管五16上的过滤器17进行过滤后再进入旋流器20，减少杂质，当过滤器17出现故障时，可以通过旁通管路18保证分离作业顺利进行。
实施例5：
在实施例4的基础上，本实施例提供了一种如图1所示的油气水固的多相分离装置，为了便于监测，及时反馈分离状态，所述旋流器20出口的第一管路21和第二管路22上设有流量计。
进一步的，所述沉降管23采用S形管或直管，沉降管23入口设有液体缓冲器，减小管线内的流速，避免管内液体流速过快分离不彻底，出口设有偏心大小头，减缓液体流速，沉降管23上还设有多个污油集油包，进入沉降管23的含油污水中的污油汇集于污油集油包，便于处理。
实施例6：
在实施例5的基础上，本实施例提供了一种如图1所示的油气水固的多相分离装置，所述气浮箱4内设有进水腔、曝气管路、水腔和油腔，所述进水腔连接于曝气管路进口，所述水腔和油腔分别连接于曝气管路的出水口和出油口，所述进水腔上连接有连通管四15、第二管路22和连通管七26，所述水腔连接出水管路27，所述油腔连接出油管路19，所述曝气管路上还设有曝气头，所述进气管路13连接于曝气头。含油污水通过连通管四15、第二管路22和连通管七26进入气浮箱4内的进水腔，进水腔内设有液位控制器，进行高低液位的控制，保证设备进入曝气管路，曝气管路上还设有曝气头，空气或惰性气体通过曝气头进入曝气管路，通过气浮原理对含油污水进行分离，最终水油分离，水相进入气浮箱4内的水腔，油相进入气浮箱4内的油腔，水腔内的水通过出水管路27连通至总出水管24，油腔内的油经出油管路19与二级分离管6的出油管7汇集后外输或再次进入一级分离管2或二级分离管6内循环分离。
所述气浮箱4的形状采用方形或圆形。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种油气水固的多相分离工艺，其特征在于：该方法采用的油气水固的多相分离装置，包括依次连接的一级分离管(2)、二级分离管(6)、液固分离器(9)、三级分离管(14)、旋流器(20)、沉降管(23)和气浮箱(4)，所述一级分离管(2)的进口连接有进液管(1)，一级分离管(2)的上出口连接有气液分离器(3)，一级分离管(2)的下出口通过连通管一(5)与二级分离管(6)的进口连接，所述二级分离管(6)的上出口连接出油管(7)，二级分离管(6)的下出口通过连通管二(8)与液固分离器(9)的进口连接，所述液固分离器(9)的上出口通过连通管三(10)连接于三级分离管(14)的进口，液固分离器(9)的下出口连接有排沙管(11)，所述三级分离管(14)的上出口通过连通管四(15)连接于气浮箱(4)，三级分离管(14)的下出口通过连通管五(16)连接于旋流器(20)的进口，所述旋流器(20)的出口上连接有第一管路(21)和第二管路(22)，第一管路(21)连接于沉降管(23)的进口，第二管路(22)连接于气浮箱(4)，所述沉降管(23)上设有两个出口，一个通过连通管六(25)连接于总出水管(24)，另一个通过连通管七(26)连接于气浮箱(4)，所述气浮箱(4)上还连接有出水管路(27)、进气管路(13)和出油管路(19)，所述出水管路(27)连接于总出水管(24)；
所述一级分离管(2)、二级分离管(6)和三级分离管(14)结构相同，都包括从上至下依次排列的三层水平管，且每两层水平管之间通过多根立管连通，一级分离管(2)内设有气液界面仪、温度检测仪和安全阀，二级分离管(6)和三级分离管(14)内都设有油水界面仪；
所述气浮箱(4)内设有进水腔、曝气管路、水腔和油腔，所述进水腔连接于曝气管路进口，所述水腔和油腔分别连接于曝气管路的出水口和出油口，所述进水腔上连接有连通管四(15)、第二管路(22)和连通管七(26)，所述水腔连接出水管路(27)，所述油腔连接出油管路(19)，所述曝气管路上还设有曝气头，所述进气管路(13)连接于曝气头；
该工艺至少包括以下步骤：
步骤1)一级分离：来液从进液管(1)进入一级分离管(2)内，经快速动态分离后，伴生气进入气液分离器(3)进行气液分离，分离后的气体通过出气管外输，经一级分离管(2)分离出来的液体进入二级分离管(6)；
步骤2)二级分离：经一级分离管(2)分离出来的液体通过连通管一(5)进入二级分离管(6)，二级分离管(6)再次分离，分离出来的油通过出油管(7)外输，分离出来的水通过连通管二(8)进入液固分离器(9)；
步骤3)液固分离：液固分离器(9)分离出来的固体颗粒从液固分离器(9)底部通过排沙管(11)排出，分离出来的含油污水从液固分离器(9)顶部经连通管三(10)进入三级分离管(14)；
步骤4)三级分离：三级分离管(14)对含油污水进一步进行深度油水分离，分离出来的油沿连通管四(15)流入气浮箱(4)，分离出来的污水通过连通管五(16)进入旋流器(20)；
步骤5)旋流分离：经旋流器(20)旋流分离后，按设定达到环保要求的水通过第一管路(21)送到沉降管(23)进行深度沉降，没达到环保要求的水经第二管路(22)送至气浮箱(4)；
步骤6)沉降分离：经沉降管(23)沉降分离后的水经连通管六(25)汇集至总出水管(24)，经沉降管(23)沉降分离后的油通过连通管七(26)进入气浮箱(4)；
步骤7)气浮处理：气浮箱(4)的曝气由压缩机经进气管路(13)送入，进入气浮箱(4)的含油污水经气浮处理后，水通过出水管路(27)汇集至总出水管(24)，气浮后的油经出油管路(19)与二级分离管(6)的出油管(7)汇集；
步骤8)循环分离：气浮后的油经出油管路(19)与二级分离管(6)的出油管(7)汇集后再次进入一级分离管(2)或二级分离管(6)内循环分离油水液固。
2.如权利要求1所述的油气水固的多相分离工艺，其特征在于：所述排沙管(11)上还设有固体颗粒收集器(12)。
3.如权利要求1所述的油气水固的多相分离工艺，其特征在于：所述连通管五(16)上还设有过滤器(17)，过滤器(17)的进口端与出口端还并联有旁通管路(18)。
4.如权利要求1所述的油气水固的多相分离工艺，其特征在于：所述旋流器(20)出口的第一管路(21)和第二管路(22)上设有流量计。
5.如权利要求1所述的油气水固的多相分离工艺，其特征在于：所述沉降管(23)采用S形管或直管，沉降管(23)入口设有液体缓冲器，沉降管(23)上还设有多个污油集油包。
6.如权利要求1所述的油气水固的多相分离工艺，其特征在于：所述气浮箱(4)的形状采用方形或圆形。
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