CN1072609A - 重力式油气水分离结构优化设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重力式油气水分离结构优化设 备。设备内设有强化设备性能的各种功能器件包括： 脱气器、入口转向器、消能器、整流器、聚结器、集水 器、集油器和捕雾器。该设备与美国C-E Natco公 司的Performax填料式分离器相比，具有分离效率 高、处理能力强、操作弹性大、设备利用率高等特点。 特别适用于油田地面工程、环境工程、炼油厂和化工 厂中的油气水分离。

Description

本发明涉及一种利用不相溶各相间的密度差，借助重力场实现分离作用的专用设备。特别适用于油田地面工程、环境工程、炼油厂、化工厂中的油气水分离。

在已有技术中，游离水分离器是应用最早、最广泛、也是最基本的油气水分离设备。该设备在结构上往往只在进液端设置碟型或上孔箱型的入口转向器，用以减少入口射流对分离流场的冲击影响;在排液端设置一些堰板，用以控制气液界面和油水界面;而在设备中部则不设任何强化器件。据文献SPE6527报导：1987年美国Shell公司的B·Zemell曾用放射性示踪法对这种设备进行了现场实测，结果表明：设备的流动特性相当不好，其中存在严重的短路流和涡流，不仅导致设备的大部分空间未能有效利用，而且由于涡流造成的返混，使相当一部分介质未经充分处理就排除，甚至还有一部分介质因剪切严重而起泡，严重影响了设备的工作效果。另据文献SPE11562报导：美国C-E  Natco公司曾在原游离水分离器的结构模型上，通过引入Perfor-max填料（该填料相当于现代化工设备中常用的规整波纹板填料），使设备的工作性能得到改善，由此发展出了Per-formax填料式分离器，并成为八十年代以来世界范围内广泛应用的主体设备。但在这种设备中，填料往往只设置在设备进液端附近的局部区域，而且由于Performax填料的流道相互交措，液流从其间通过时，不同液层间存在严重剪切和涡流，不仅不利分散相的沉降或浮升分离，严重时还会导致大液滴的分散，因此，Performax填料对设备性能的改进，主要是因为该填料对涡流和短路流具有一定的抑制作用，从而改善了设备的流动特性。而作为一种稳流和整流器件，填料层薄时效果不好，填料层厚时不仅会产生较大压强而且要占用较大的空间，因此对设备性能的强化作用极为有限，重力分离的潜力并未得到充分利用。反映在工程应用中，一方面设备体积相当庞大，另一方面仍需以加药、加热和电脱作辅助。不仅增加了能耗、投资和运行费用，生产管理也很不便。

本发明的目的是：提供一种重力式油气水分离结构优化设备，该设备具有优良的流动特性和分离特性，与美国C-E  Natco公司的Performax填料式分离器相比，具有分离效率高、处理能力强、操作弹性大、设备利用率高和便于操作、维护等综合技术特性。

实现本发明的目的所采取的技术方案是：设备采用卧式壳体结构，并根据液流在设备中的流动过程和各环节的功能要求，依次在壳体内设有脱气器、入口转向器、消能器、整流器、聚结器、集水器、集油器和捕雾器。在壳体上设有混合液进口接管、气相出口接管、油相出口接管和水相出口接管。其工作过程是：液流由混合夜进口接管首先进入位于设备进液端上部的旋流式脱气器，分离出来的气体根据气量大小和对气相含液的质量要求，可以经连通管进入设备进液端上部气相空间，也可以直接引至设备排液端上部的气相空间。这样一方面避免了大量气体从液相中通过造成的严重湍流，另一方面也有助于减少设备内的气相空间，提高设备的容积利用率;经脱气器后的混合液中还含有一定的溶解气及部分较为分散的气泡，这种混合液经位于旋流式脱气器下端的入口转向器进入消能器中。消能器根据来流量的多少自动调节浮阀开度，保证液流在整个消能器顶平面内均匀向上浮升，这种工作方式一方面引入了射流和重力消能作用，使高速液流的动能转化为压能，另一方面还利用了水洗和气体浮选作用，从而收到较好的预分离效果;整流器紧接在消能器之后，主要用来抑制或消除设备中的短路流、沟流和涡流，起整流、稳流作用，为分散相的聚结分离提供良好的流动条件;经以上三部件的联合作用，来流中的气体得到脱除、动能转化成压能、一些简单的油水分离过程得到实现、设备中的短路流、沟流和涡流也得到有效抑制，流动条件十分接近塞状流，从而为下一步油水深度分离创造了良好条件;聚结器位于整流器之后，主要用来充分利用上述各功能器件提供的良好流动条件，有效地改善和强化设备的分离特性。最后，得到分离的各相介质，分别通过集油器、集水器和捕雾器，经油相、气相和水相出口接管排出。在设备排液端设置集油器、集水器和捕雾器，目的在于消除或抑制液流自设备中排出所引起的流动集中现象，使设备排液端的空间也得到有效利用，从而最大限度地提高设备的容积利用率。此外，捕雾器还具有捕集气相中液滴的作用，保证气相含液指标达到规定质量要求。下面利用附图进一步说明本发明的实施例：

图1是本发明实施例1的结构示意图

图2是本发明实施例2的结构示意图

图3是本发明实施例3的结构示意图

图4是脱气器的结构示意图

图5是入口转向器的结构示意图

图6是消能器的结构示意图

图7是整流器的结构示意图

图8是集油器、集水器的结构示意图

图9是捕雾器的结构示意图

实施例1：

参见图1，标号16是卧式壳体，在卧式壳体16的进液端装有脱气器2。参见图4，脱气器2采用带有导向叶片的旋流式结构，分别由芯管17、导向叶片18和旋流筒19组成。混合液进口接管1沿切线方向与旋流筒19相连接，分离出来的气体，通过控制阀门15，可以经连通管14引至设备进液端上部的气相空间，也可以经连通管13引至设备排液端上部的气相空间;在脱气器2的下端装有入口转向器4，并置于消能器3内，参见图5，入口转向器4采用的是径向叶片鼠笼式结构，分别由鼠笼盖板20、鼠笼底板21和沿径向辐射状分布的叶片22组成，主要用来改变高速液流的射流方向;消能器3采用下置浮阀箱式结构，安装在壳体16进液端的下部，参见图6，该器件由箱体24和浮阀23组成，其中在箱体24上开有许多均匀分布的通孔，浮阀23则安装在这些通孔上，根据流量的不同，浮阀23可上下自由浮动，保证液流在整个消能器顶平面内均匀向上浮升，通过射流和重力消能作用，使高速液流的动能转化为压能，同时，这种工作方式还有效地引入了水洗和气体浮选作用，有助于获得良好的预分离效果;整流器5设置在消能器3的后部，参见图7，该器件由孔网状箱体25和填料26组成，其中填料26采用的是θ网环，堆放或整砌在孔网状箱体25中，因这种θ网环填料具有体积小、比表面和空隙率大的特点，液流从其间通过，要进行多次速度大小和方向的再分配，因而与Performax填料及其它规整波纹板填料相比，具有更好的稳流、整流作用及更小的压降，是抑制或消除设备中短路流、沟流和涡流的有效部件。此外，对填料26材质的适当选择，还可使该器件具有粗粒化作用，为后继的分离环节提供有利条件;标号6是用来强化设备分离特性、提高分离效率的重要部件：多层板式聚结器，该部件已另案申报专利;在设备排液端油相出口接管10和水相出口接管8的一端，装设有集油器9和集水器7，主要用来改善或消除由于排液所引起的流动集中现象，使设备排液端的空间得到有效利用，从而最大限度地提高设备的容积利用率，参见图8，这里集油器9和集水器7采用的是孔网状填料箱式结构，其中27是孔网状箱体，28是堆放或整砌在27中的θ网环填料;在气相出口接管12的一端安装有捕雾器11，参见图9，其结构组成包括筒体29、θ网环填料30和孔网状底板31，主要用来抑制或消除因排气所引起的流动集中现象，此外，该器件还具有捕集气相中液滴的作用，使气相含液达到规定质量要求。

实施例2：

参见图2，实际上相当于两个实施例1的一体化并联，不同仅在于：脱气器2、入口转向器4和消能器3位于卧式壳体16的中部;整流器5、聚结器6、集水器7、集油器9和捕雾器11则各自分为两部分，分别对称地设置在消能器3的两侧。其工作过程是：混合液流自卧式壳体16的中部，经混合液进口接管1进入脱气器2，通过入口转向器4、消能器3后，向两侧流动，最后经集水器7、集油器9和捕雾器11，分别由水相出口接管8、油相出口接管10和气相出接管12排出，介质在每一侧的流动与分离过程都同实施例1。

实施例3：

参见图3，结构组成与实施例2相似，也呈两侧对称状，实际上也相当于两个实施例1的一体化并联，不同仅在于：集水器7、集油器9和捕雾器11设置在卧式壳体16的中部，脱气器2、入口转向器4、消能器3、整流器5和聚结器6则各自分为两部分，对称地设置在卧式壳体16的两端。其工作过程是：液流自设备两端的混合液进口接管1等量地进入设备，经各自的脱气器2、入口转向器4、消能器3、整流器5和聚结器6，向设备的中部流动，并通过设在卧式壳体16中部的集水器7、集油器9和捕雾器11，最后由水相出口接管8、油相出口接管10和气相出口接管12排出。

本发明由于采用了旋流式脱气器，基本消除或抑制了气相湍流对分离过程的不利影响，减少了设备内的气相空间，有助于设备容积效率的提高;径向叶片鼠笼式入口转向器和下置浮阀箱式消能器的配合使用，有效地引入了重力消能、水洗和气体浮选作用，强化了设备的预分离作用;所开发的新型θ网环填料箱式整流器，具有优良的整流与稳流作用，抑制或消除了设备中的短路流、涡流和沟流，强化了设备的流动特性;此外，还由于采用了分离特性极为优良的多层板式聚结器，设备的分离性能也得到大幅度提高。因此，本发明对重力式油气水分离设备的综合改进，必将使设备具有优良的技术经济性能和综合工作效果。

Claims (8)

1、一种重力式油气水分离结构优化设备，结构组成包括：卧式壳体16、混合液接口接管1、气相出口接管12、油相出口接管10、水相出口接管8以及在壳体16内设置的各种功能强化器件，其特征在于：各功能器件均设置在壳体16内包括：脱气器2、入口转向器4、消能器3、整流器5、聚结器6、集水器7、集油器9和捕雾器11，其中脱气器2位于设备进液端的上部，其排气口分别经连通管14和13与设备进液端和排液端的气相空间相连通，入口转向器4安装在脱气器2的下端，并置于消能器3内，消能器3设在壳体16进液端的下部，整流器5在消能器4之后，聚结器6与整流器5相邻，位于壳体16的中部，集油器9、集水器7和捕雾器11则设置在设备的排液端，并分别与油相出口接管10、水相出口接管8和气相出口接管12相接。

2、根据权利要求1所述的重力式油气水分离结构优化设备，其特征在于：脱气器2采用带有导向叶片的旋流式结构，结构组成包括：芯管17、导向叶片18和旋流筒19。

3、根据权利要求1所述的重力式油气水分离结构优化设备，其特征在于：入口转向器4采用径向叶片鼠笼式结构，该器件由鼠笼盖板20、鼠笼底板21和位于盖板和底板之间沿径向辐射状均匀分布的叶片22组成。

4、根据权利要求1所述的重力式油气水分离结构优化设备，其特征在于：消能器3采用下置浮阀箱式结构，在箱体24上设有许多均匀分布的通孔，浮阀23则置于这些通孔上。

5、根据权利要求1所述的重力式油气水分离结构优化设备，其特征在于：整流器5由孔网状箱体25和散装填料26组成，其中散装填料采用的是θ网环。

6、根据权利要求1所述的重力式油气水分离结构优化设备，其特征在于：聚结器6采用的是多层板式结构。

7、根据权利要求1所述的重力式油气水分离结构优化设备，其特征在于：集水器7、集油器9分别由孔网状箱体27和散装填料28组成，其中散装填料28采用的是θ网环。

8、根据权利要求1所述的重力式油气水分离结构优化设备，其特征在于：捕雾器11由筒体29、孔网底板31和散装填料30组成，其中散装填料30采用的也是θ网环。

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