CN114555205A - 一种带插件的分离装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于分离碳氢化合物和水的分离装置，包括容器(1)和所述容器(1)内的插件(5，6)。它具有底部(7)、锥形壁(8)和位于壁(8)顶部的静止器(10)，它们围住分离室(11)。插件(5，6)具有用于水和碳氢化合物混合物的入口管道(12)和一个布置在分离室(11)内的吊臂装置(13，14)，其引导流体沿切线方向流入，使流体设置为切线层状漩涡。容器(1)具有至少有一个人孔(3，4)，所述插件底部(7)、壁(8)和静止器(10)由多个大体上呈楔形的分段(7a‑l，8a‑l，10a‑l)组装而成，这些分段(7a‑l，8a‑l，10a‑l)的尺寸可使其穿过人孔(3，4)。

Description

一种带插件的分离装置
技术领域
本发明涉及一种用于分离碳氢化合物和水的装置，特别是使用过程气体将油从与油气生产有关的采出水或从含油污染的水中提取油的装置。本发明特别涉及一种可以安装在现有分离器容器内的插件，例如重力分离器容器。
背景技术
在一些应用中需要分离碳氢化合物，即油和/或天然气，以及水。一个典型的例子是在船上将油与舱底水分离。另一个例子是从在陆上或海上油气田生产的井液中分离油和/或天然气。在这两个例子中，输入流体通常具有较高的水含量。此外，输入流体的速率可能很大，而在船上或海上平台上可用于分离器罐的空间可能是有限的，而且成本很高。
水力旋流器和其他快速液-液分离器在本领域是已知的，在此不再进一步讨论。本发明涉及一种用于输入过程流体的分离器，该输入过程流体主要含有油污染的水，例如来自水力旋流器的水，但通常也会含有气体。
本文所述的分离器使用过程气体，例如空气、N2或CO2，以形成气泡。输入流体中的油附着在气泡上并上升到表面，而水则下沉。气态碳氢化合物也会形成气泡，并与过程气体和油一起从分离罐顶部排出。由于液体中溶解气体的量与液体上方的压力成正比，因此输出液体中的压力通常等于环境压力，以确保气体在分离罐内释放。过程流体中的任何颗粒也将在分离器中被去除。
WO02/41965公开了一种分离罐，其中涡流设置在立式的圆柱形罐内以增强分离。更具体地，罐的内表面有一个螺旋形的导槽，以形成旋转的流动。旋转流动迫使较轻的成分，如油滴和气滴，向内侧同心圆壁移动，在那里它们凝聚并上升到液体的表面，而较重的成分则向外径向移动并向下移动。水通过水箱下部的出水口排出。
EP1779 911A1、EP2263768A1和EP2442881 B1描述了不同品种的立式圆柱形罐，其中通过设置至少一个涡流来加强分离。这些品种的水箱下部出水口附近有一个圆盘形式的防涡器。进一步需要对流体和填料装置进行人工预热，以获得用于释放油的最大的表面积。
WO9965588描述了一种用于从油中除去水的分离罐，其中在将混合物引入第一段底部之前，将过程气体加入油中。调整压力以使气体形成通过流体上升的气泡。气泡中的气体被周围的油迅速加热，使其相对湿度降低，并从油中抽出水蒸气。气体和水蒸气从容器顶部抽出，而油则从第二个部分的底部排出。容器的第一部分和第二部分由优选为管形式的分隔壁隔开。还需要人工预热流体和填料装置以获得最大表面积。
WO2010080035和WO2013109345A1提供了立式圆柱形分离罐的示例，其中气体，例如N2添加到输入流体中，混合物通过罐内的中心管进入罐内。中心管包括分支和切向定向的喷嘴以建立一个涡流。顶部还设有碳氢化合物出口，内表面设有螺旋导向装置，在底部还设有防涡流器和清水出口。需要导向板，并且在碳氢化合物和气体离开水相的位置，没有安装阻止或减少旋转流体作用或不必要的流体振荡的装置。这大大降低了每个阶段的效率。
EP2263767A1描述了一种用于从水中分离油和气的分离罐，包括圆柱形立式罐和内锥形段，其中液体和气体的混合物被迫沿着外锥形壁向上旋转运动，并进入锥顶出口的相邻区域。分离器不能充分控制碳氢化合物气体释放区的液体流动，而且效率也不理想。
EP1779911A1公开了一种分离罐，发明人与本申请的发明人相同。EP 1779911A1的分离器罐与上述EP2263767A1的分离器罐是兼容的，包含一个单锥形平截头体，分离器罐可以与一个或多个类似的分离器罐连接，以提高整体效率。分离器不能充分控制碳氢化合物气体释放区的液体流动，而且效率也不理想。
上述分离器可以包括几个阶段，这样，从一个阶段输出的水就是下面一个阶段的流体输入。两到四个阶段是常见的，每个阶段通常都需要过程气体。所有阶段的压力可能是相等的。然而，可能需要限制每个阶段或油箱区段的压降，以实现区段内相对缓慢的流动，从而增加区段内附着在气泡上的油量，并因此提高区段的效率。每个阶段的压降有限，可能需要额外的阶段才能达到所需的输出压力。此外，对油-水-气分离区的液体运动的边缘控制可能会通过阻止了油和气的最佳释放而进一步降低效率，这可能需要额外的阶段来批准清洗。气体-液体混合器在提高工艺的整体效率方面也可能构成一个重要部分。
本所有者的WO2017/164747通过一种分离装置解决了与上述现有技术相关的问题，该分离装置具有一个罐段，该罐段内有一个截断的圆锥形罐段(截头锥体)，该罐段包括一个管道扩展，确保流体沿圆锥形罐段的内壁向圆锥形罐段的上部切向分布。环形安装的间隔导向叶片设置在锥形罐体部分的上部，阻止流体的涡流运动，并将剩余的运动结合成轴向和径向运动，进入叶片之间的空间。罐壁上部罐盖处设有烃出口，锥段下部连接除垢排屑管，罐段底端连接出水口，该分离器已被证明具有非常好的性能。
US 5.030.255描述了一种用于主要由原油、水和不同数量的气体组成的烃类流体的重力分离装置，提供一个分离罐，向其中引入烃流流体，并从该罐中分别排出原油、水和气体的离散流。
US 4.416.789描述了用于分离不混溶液体的ab装置和设备。该装置包括圆柱形罐，其中设置有分离室、重液相收集室和轻液相收集室，所述收集室由一个顶部呈漏斗开口形状的隔板和一个径向隔板隔开，该隔板将两个收集室隔开。
上述分离器都不能轻易加装到现有的分离器容器中，如重力分离器容器。
发明内容
现有的分离器，特别是重力分离器有相对较大的容器。然而，如果考虑到大体积，重力分离器的效率相对较低。因此，希望能提高分离器的效率。这可以通过将插件放入容器中来完成，例如上述WO2017/164747中所述的插件或共同申请的申请于2019年8月14日的NO20190982中的插件，这些都是通过参考而纳入本文的。
然而，为了能够将这样的插件放入容器中，必须在容器中开一个大开口，以便将插件通过这个开口。在插件放置并固定在容器内之后，必须通过焊接容器的切割部分来关闭开口。这是一个非常费力的操作，它可能会在容器壁上造成缺陷，而且当插件设置在在容器内时，将很难对其进行维护。
本发明的目的是提供一种带有插件的分离器装置，该插件可以更容易地加装到现有的分离器容器中，例如重力分离器容器。这是通过一种分离碳氢化合物和水的分离装置实现的，该装置包括容器和位于所述容器内的插件，所述插件包括底部、直径从底部开始变窄大体上呈锥形的壁和壁顶部的静止器，所述底部、壁和静止器围住分离室，所述插件还包括未经处理的水和碳氢化合物混合物的入口管道，该入口管道与紧靠所述底部上方的所述分离室内布置的吊臂装置连接。所述吊臂装置在所述分离室内引导穿过入口管道的流体沿切线方向流入，使液体进入切线层状漩涡，其中所述容器具有至少一个人孔，人可以通过该人孔进入所述容器内部，所述插件的底部、壁和静止器由多个大体上呈楔形的片段组装而成，所述片段的尺寸允许这些片段逐一通过人孔被带来。
本发明的分离器插件一般按照上述WO 2017/164747和NO 20190982的相同原理工作。
附图说明
现在将参考附图中所示的示例性实施例进一步详细解释本发明，其中，图1-4以部分透明视图显示了根据本发明的具有两个插件的重力分离器容器，其中：
图1显示了该容器的等距视图；
图2显示了该容器的侧立视图；
图3显示了该容器的平面俯视图；
图4显示了该容器的端部仰视图；
图5-8以不同视图显示了本发明的插件，其中：
图5显示了插件的等距视图；
图6显示了插件的横截面仰视图；
图7显示了插件的顶部平面图；
图8显示了一个顶部横截面图；
图9显示了第一个实施方案中部分组装好的插件；
图10显示了第二个实施方案中部分组装好的插件。
具体实施方式
图1显示了一个重力分离器容器1。容器通常是圆柱形的。它有一个用于井液的进口管和用于水和油以及可能还有气体的出口管。这些在图1-4中没有显示。在容器中，由于重力作用，水和油会分离。在容器1中，轻质液体桶2设置在允许油流进桶2的液位。
容器具有用于检查容器1内部的人孔3、4。这些人孔3、4大到足以让人爬过去。
图1-4显示了在容器内布置的两个插件5、6。插件5、6是依照本发明的，将在下文中详细说明。
图5-8显示了本发明的一个插件5。插件5包括底部7(最佳的显示在图6中)。底部有一个略带圆锥形或凸形的形状，其最低点沿底部7的周长。底部由多个楔形分段7a-7l(在本例中为12个段)组成，它们组装成圆形底部。
插件还具有壁8，在其周边处与底部7连接。壁8通常为圆锥形，但如图所示，可以有具有靠近底部7的小圆柱形部分9。壁8也是由楔形分段8a-8l(在所示实施例中为12个)组成。
在壁8的顶部，连接着格栅形式的静止器10。格栅10也由组装成圆形的楔形分段10a-10l(在本例中为十二个)组成。
底部7、壁8和格栅10包围成分离室11。
入口管道12穿过分离室11的中部延伸至底部8，并且优选地附接至底部8的顶点。管道12的上端穿过容器1的壁向外延伸。从入口管道12开始，多个吊臂13向壁8径向延伸。吊臂13有一个沿壁8的切线方向延伸外侧部分14。
在墙壁上部的内侧，布置有8个垂直叶片(图中未显示)。
分离器插件的功能在NO 20190982中详细描述，因此在此仅简要给出。
与气体混合的井液通过管道12流向吊臂13。在吊臂13出口的切线方向，井液将设定为漩涡运动。随着液体在分离室11内被迫向上推，漩涡运动将增加。液体中的颗粒会被甩出去，沿着壁8向底部7落下，并聚集在底部7的周边。漩涡流体中的水将趋向于聚集成更大的液滴，并且当流体在格栅10处流出分离室11时，水会在插件5的外侧向下流动，而较轻的油和气体会在插件5的上方聚集。
叶片(未显示)将在漩涡离开插件5之前减缓其速度，而插件5顶部的格栅10将迫使水流进入向外定向的径向层流。
因此，当流体离开分离室11时，水已经很大程度上从石油和天然气中分离出来。插件5外面的容器1将发挥重力分离器的作用，使液体因重力而进一步分离。因此，与传统的重力分离器相比，液体在容器中的停留时间可以大大减少。
如果底部7、壁8和格栅10的楔形分段数量相等是很方便的，但底部、壁和格栅的段数不同也是可行的。
图9显示了一个部分组装的插件。在这种情况下，入口管道12通过其顶部进入容器1。管道12配备了第一螺栓环15和第二螺栓环16。螺栓环15、16优选焊接在管道12的外侧。第一螺栓环15用于支撑底部分段7a-7l，第二螺栓环16用于支撑格栅分段10a-10l。在图9中，底部7、壁8和格栅10各安装了一个部分。这些被表示为7a、8a和10a。
每个段7a、8a和10a包括一个主要部分A。对于底部段7a和格栅段8a来说，这部分通常是平面的，但对于壁面段8a来说，主要部分被分为锥体部分A1(即所产生的锥壁8的一部分，以及圆柱体部分A2。
与主要部分成直角的是形成的腹板17。这些腹板17适于与相邻区段的相应腹板接合。当两个相邻段的腹板17对接时，两个腹板之间放置密封件。这可以是橡胶密封圈，聚氨酯密封圈或类似的密封材料，可以承受分离器中流体的温度和化学影响。
在密封到位后，通过插入腹板的螺栓将彼此固定连接在一起。
虽然图9显示了入口管道12延伸穿过容器1的上部的插件，但图10显示了入口管道12延伸穿过容器1的下部的实施例。该实施方案与图9的实施方案不同，没有在管道12周围设置第二螺栓环16。相反，第二螺栓环被放置在杆18的末端，该杆从管道12的封闭端向上延伸。螺栓环16内设有格栅19。该格栅19与格栅10的类型相同。两个螺栓环15、16与图9的螺栓环15、16保持相同的距离。
插件的安装可以根据容器内的可用空间以不同的顺序进行。现在将解释几个替代序列。
首先，根据计划进入容器的入口方向，在容器的顶部或底部为入口管道12开一个开口20(见图1)。选择的方向取决于容器上方和下方的可用空间，以及井流管道相对于容器的位置。
管道12的强度足以承受插入件的重量。因此，管道12将固定地连接到容器壁上。这可以通过焊接或在容器上并在开口20处的管道12周围连接轴环来实现。
管道可以通过其中一个人孔3、4，并从容器1的内部通过开口20插入。接下来，管道12定位在离容器1底部的预定距离处，这为工人提供了足够的空间来进行插件的组装。
当管道12已定位并固定在容器1上时，就可以开始组装形成底部7、壁8和格栅10的段。这种装配的顺序取决于可用的空间和插件的大小。
在一个顺序中，底部7的段7a-7l首先通过螺栓将段逐一连接到第一螺栓环15和相邻的段上进行组装。然后，吊臂13通过法兰连接到管道12上。然后，壁段8a-8l通过螺栓连接到底部7的周边和相邻的壁段上。最后，格栅段10a-10l连接到第二螺栓环16、壁8的顶部和相邻的格栅段上。
然而，也可以通过将一个底部段7a、一个壁段8a和一个格栅段10a相互连接，然后将组合结构连接到螺栓环15、16来进行组装。图9和图10显示了第一个组合结构连接后的情况。在这种情况下，吊臂13必须在第一段7a、8a、10a连接之前，或至少在最后一段7l、8l、10l连接之前连接到管道12上。
螺栓环15、16优选具有螺纹孔，这使得螺栓可以从插件的外部拧入，而不需要在内部设置螺母。腹板可以用螺栓和螺母固定在一起，因为这些螺栓和螺母很容易从插件的外部接触到。
当底部7、壁8和格栅10的所有区段都已组装好并由管道12支撑时，支杆(未示出)在单独的支架(未示出)或腹板17上连接到插件上，并已经存在容器1内部的特征，例如液体桶2、分隔壁或类似的东西。这些支柱的作用是稳定插件，防止其因流体的旋转而摆动。支杆的位置和长度取决于各个容器1的结构。
特别是在较大的容器中，入口管道也可以从侧面或通过端盖穿过容器壁，入口管道可以有一个弯头，将管道的方向变成垂直方向。在这种情况下，管道必须由容器内的托架支撑。
插入或在容器内正确安装好插件后，剩下的就是将入口管道与井流和气体混合器连接起来，并关闭人孔。该插件将有效地分离水和碳氢化合物。在这种分离之后，在容器内且在插件外的重力分离将比没有插件的原始重力分离工作效率高得多。

Claims (9)

1.一种用于分离碳氢化合物和水的分离装置，包括容器(1)和位于所述容器(1)内的插件(5，6)，所述插件包括底部(7)、直径从底部(7)开始变窄的大体上呈锥形的壁(8)和在壁(8)顶部的静止器(10)，所述底部(7)、壁(8)和静止器(10)围住分离室(11)，所述插件(5，6)还包括未经处理的水和碳氢化合物混合物的入口管道(12)，该入口管道与紧靠所述底部(7)上方的所述分离室(11)内的吊臂装置(13，14)相连；所述吊臂装置(13，14)在所述分离室(11)内引导穿过入口管道(12)的流体沿切线方向流入，使流体形成切线层状漩涡，其特征在于，所述容器(1)具有至少一个人孔(3，4)，人可以通过该人孔进入所述容器(1)内部，以及插件底部(7)、壁(8)和静止器(10)是由多个大体上呈楔形的分段(7a-l、8a-l、10a-l)组装而成，所述分段(7a-l、8a-l、10a-l)的尺寸允许分段(7a-l、8a-l、10a-l)逐一通过人孔(3，4)。
2.根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述入口管道(12)适于支撑插件(5，6)的重量，所述入口管道(12)具有相互连接的第一和第二螺栓环(15，16)，所述底部(7)的所述分段(7a-l)适于用螺栓连接到第一螺栓环(15)，所述静止器(10)的所述分段适于连接到所述第二螺栓环(16)。
3.根据权利要求2所述的分离装置，其特征在于，入口管道(12)从插件(5，6)的上方延伸，通过静止器(10)到达吊臂装置(13，14)，两个螺栓环(15，16)均直接连接在管道(12)上。
4.根据权利要求2所述的分离装置，其特征在于，入口管道(12)从插件(5，6)下方延伸，穿过底部(7)，第一螺栓环(15)直接连接到管道(12)上，第二螺栓环(16)连接到杆(18)上，杆(18)又连接到入口管道(12)的末端。
5.根据前述权利要求中任一项所述的分离装置，其特征在于，每个分段(7a-l，8a-l，10a-l)在边缘处具有腹板部分(17)，该腹板部分将连接到相邻的分段(7a-l，8a-l，10a-l)；所述腹板部分(17)与段(7a-l、8a-l、10a-l)的主平面(A、A1、A2)成直角延伸，所述腹板部分17背向分离室(11)，相邻分段(7a-l、8a-l、10a-l)的腹板部分(17)适于通过螺栓连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的分离装置，其特征在于，所述静止器分段(10a-l)包括沿其主平面的格栅。
7.根据前述权利要求中任一项所述的分离装置，其特征在于，所述底部(7)、壁(8)和静止器(10)具有相同数量的分段。
8.根据前述权利要求中任一项所述的分离装置，其特征在于，分别构成底部(7)、壁(8)和静止器(10)的分段是相同的。
9.根据前述权利要求中任一项所述的分离装置，其特征在于，所述容器(1)是重力分离器，通过静止器(10)从插件(5，6)流出的液体在插件(5，6)外的容器(1)中通过重力分离被进一步分离。
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