CN114810029B - 一种容器式段塞流捕集器系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种容器式段塞流捕集器系统，包括前部的旋流分离装置，旋流分离装置下方的油液分离装置以及位于系统中部的三相分离循环装置以及各相出口。旋流分离装置具有降液管和集气管用于进行初步的气液分离。油水分离装置包括斗状槽、集油槽、亲油疏水膜和亲水疏油膜。三相分离循环装置包括高温加热斜板、凝液板、整流板和导流板等装置。总出水口前设有分水装置，总出油口前有油溢流堰板，总出气口前设有波纹管和捕雾装置。该容积式段塞流捕集器相较于串联式的容积式段塞流捕集器在起到相同的分离效果的同时更加简易，制造，清洗或是更换部件更加方便。相对于单罐式的段塞流捕集器分离效率更高。

Description

一种容器式段塞流捕集器系统

技术领域

本发明涉及海上平台长距离混输管道的终端处理设备技术领域，具体而言是一种容器式段塞流捕集器系统。

背景技术

随着海洋、陆地的油田和矿井不断开发，石化能源的不断开采。石油与天然气的运输源头上由近至远，由浅入深。过程上由单一至混合，管路由简单到复杂。石油天然气的开采效率以及运输效率得以不断提高的同时也会给管路以及水下设备造成损耗并加大负荷，其中最为典型，危害性也最大的便是段塞流现象，其是由于在开采和运输末期，由于压力与流量的减小，复合集成管件的立管或弯管处气体容易不断积聚膨胀形成气泡，液柱的堵塞造成气液的分层，从而形成一段气一段液的流动结构时，这种流动结构就称为段塞流。

如不对段塞流进行及时有效的处理，特别是遇到短距离水平管道与长立管的组合结构，则可能出现严重的段塞流现象，这种现象会极大的危害水下部件和运输效率。首先，由于段塞流导致末端压力和流量的下降，会直接影响油气运输的效率和最终的产量。同时，由于段塞流导致流动状态的急剧变化，使得原有的三相分离系统效率大大降低，未能及时分离的水相不仅要运输至陆地进行再次的分离处理，还需额外的系统将无用的水相回注到海洋中，成本和风险都会升高。同时由于段塞流会导致管道运输过程中设备和部件的振动和损耗，严重时还会发生气蚀现象。

因此为了有效减小段塞流的危害，现代长距离水下油气运输系统在设备末端常设有段塞流捕集器，该装置能对混合来流进行初步分离，确保后续设备的正常运行。同时，在来流较大的情况下，段塞流捕集器还能起到临时储液器的作用，储存一定量的带压液体，并不断向后续系统供气。

而段塞流捕集器大致可分为管式和容积式两种。其中容器式捕集器由于其结构特点相较于管式更加便于保温和保持流体的流动性，同时由于有较大容积空间和较复杂的处理过程，因此有足够的时间让来流的混合流质进行气液分离和泡沫破碎。此外由于容器式捕集器占地面积小，因而常常用于海上的油水处理平台。其原理与结构设计与一般意义上的气液或油水分离装置并无二致。

申请号【201810786014.9】公开了一种容积式段塞流捕集器，该装置通过复数的导气聚液组件来进行气液分离使流态趋于平稳，有利于后续工艺生产过程的安全稳定运行。但三相分离的过程均集中在同一腔室进行，很容易引起油水气体混合物的混杂，且对于油水的分离处置措施过于简单，无法有效分离出油流中的游离水。

申请号【201921760458.1】公开了一种容器式段塞流捕集器系统，通过段塞流捕集器与预分离装置的液相与气相管道的混连运输，使得装置中段塞流液面降低时，预分离器中的液面依旧能保持在相对较高的位置。从而使得进入到段塞流气液分离器中的夹带有气体的液相能够有充足的停留时间，进而也就提高了气液相的分离效率。但是该装置结构过于复杂，管路众多，占地面积较大，给维护和清洁带来的极大困难。且复杂的管路设置也无法解决混流稳流的问题。

申请号【201620005460.8】公开了一种段塞流捕集装置，该装置通过浮动球阀和限位筛桶的联合作用能有效分流液体与气体，结构简单，使用方便。但由于没有能分离液相中的游离水的装置，所以会给后续的运输和处理带来较大麻烦，同时由于其依赖于球阀的往复作用，因此分离效率也会降低。

该容积式段塞流捕集器相较于串联式的容积式段塞流捕集器在起到相同的分离效果的同时，由于分离装置均在一个罐体内部，而彼此又相互分离，不会互相干扰。因此在制造，清洗或是更换部件更加方便的同时又能很好的避免已经分流或是还未分流的液相或气相进入其他分离相出口处。而复合循环的分离模式又相对于单罐式的段塞流捕集器分离效率更高。

发明内容

根据上述技术问题，而提供一种容器式段塞流捕集器系统。

本发明采用的技术手段如下：

一种容器式段塞流捕集器系统，包括壳体、设置在壳体前部内的旋流分离装置、设置在壳体前部内的油液分离装置、设置在壳体中部的三相分离循环装置和设置在壳体上的总出气口、总出水口和总出油口，壳体的前部具有来流入口，旋流分离装置的入口与来流入口连通，旋流分离装置具有集气管和降液管，降液管竖直设置，且降液管的下端与油水分离装置连接，油水分离装置的出油口和集气管的排气端分别进入三相分离循环装置二次分离，分离后的气体由总出气口排出，分离后的油由总出油口排出，分离后的水由总出水口排出，且油水分离装置的第一出水口穿出壳体排出。

油水分离装置包括斗状槽、集油槽和集水槽，集油槽套设在集水槽外，集油槽的内壁和集水槽的外壁之间形成集油空间，且集油槽和集水槽的顶部槽口平齐；斗状槽的底部与集油空间和集水槽同时连通，斗状槽的顶部与降液管的底部连通；集水槽的槽口覆盖有亲水疏油膜，集油空间的顶部覆盖有亲油疏水膜；第一出水口设置在集水槽处，并穿出壳体；斗状槽的底部槽壁设有第一出油口，第一出油口高于亲油疏水膜，且低于集油槽的最高存储液面，第一出油口与三相分离循环装置连接。

三相分离循环装置包括倾斜设置的高温加热斜板、倾斜设置的气体稳流板、导流板和油溢流堰板；

高温加热斜板的前端为高端，且与集油槽的槽壁连接，并低于第一出油口，低端与壳体的底部内壁连接，其斜度和长度应视液体流速与流量而定；

气体稳流板的后端为低端，集气管的排气端位于气体稳流板的上方；

竖直设置的油溢流堰板安装在壳体的底部后部，总出水口位于油溢流堰板与高温加热斜板的低端之间。

总排油口设置在开设在壳体的底部后部，且位于油溢流堰板的后侧；

导流板位于壳体的中部，导流板的前端为低端，导流板的前端位于高温加热斜板的后端的后侧，导流板的前端高度处于高温加热斜板的高端与气体稳流板之间；导流板的后端为高端，且导流板的后端高于气体稳流板的低端，且与壳体的顶部内壁之间具有过气空间，总出气口设置在导流板的后侧，并开设在壳体的顶部，且位于油溢流堰板的前侧。

高温加热斜板的上方设有竖直设置的液体稳流板，且液体稳流板靠近第一出油口，液体稳流板的底端与高温加热斜板连接，其顶端不低于第一出油口的最低液位。

高温加热斜板的上方设置有倾斜设置的凝液板，凝液板的水平长度小于高温加热斜板的水平长度，凝液板的前端为高端，且前端的下方设有凝液槽，凝液槽的槽底具有穿出壳体的第二出水口；

导流板的前端高度处于高温加热斜板的高端与凝液板之间。

总出水口处设置有分水装置。

总出气口处设置有波纹管和除雾装置。

集油槽在靠近槽底处安装有沉砂板，沉砂板与集油槽的槽底之间形成沉砂槽，固体和沉渣通过沉砂板进入沉砂槽内，沉砂槽设置有排污口，且排污口穿出壳体。

斗状槽包括呈锥形的上、中、下三部分，上部分的锥形开口朝下，中部分的锥形开口朝上，且与上部分对称设置，下部分的锥形开口朝下。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、降液管由传统的水平放置变更为竖直设置，提高了气液分离的效率。

2、在进行二次气液分离前，设置了油水分离装置，运用斗状槽与亲水疏油膜等装置对油水进行了初步分离，降低了后续运输和处理系统的负荷。

3、利用高温加热斜板和凝液板对气液进行循环分离，区别于原有的容积式段塞流分离器需要借助几个分离系统和分离罐串联才能对气液进行循环分离的方法，缩小了系统体积和重量，更加简单和高效。

4、将主要的部件集中于一个区域，便于更换和故障排查。

5、在除雾器前将排气管前端设置前波纹管状，提高了气液分离效率。考虑到该装置运用于海底石油天然气的开采，这个设计能有效防止气体裹挟晶粒或其他杂质进入排气管，影响后续的运输和处理。

基于上述理由本发明可在海上平台长距离混输管道的终端处理设备等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式中一种容器式段塞流捕集器系统结构示意图。

图2为本发明具体实施方式中旋流分离装置结构示意图。

图3为本发明具体实施方式中亲水输油膜与亲油疏水膜俯视图。

图中：1、来流入口；2、旋流分离装置；3、降液管；4、斗状槽；5、亲水疏油膜；6、亲油疏水膜；7、储油槽；8、第一出水口；9、沉沙板；10、排污口；11、第一出油口；12、液体稳流板；13、高温加热斜板；14、沉沙槽；15、凝液板；16、集气管；17、气体稳流板；18、导流板；19、波纹管；20、除雾装置；21、总出气口；22、分水装置；23、总出水口；24、油溢流堰板；25、总排油口；26、阀门；27、凝液槽；28、第二出水口；29、集水槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1～3所示，一种容器式段塞流捕集器系统，包括壳体、设置在壳体前部内的旋流分离装置2、设置在壳体前部内的油液分离装置、设置在壳体中部的三相分离循环装置和设置在壳体上的总出气口21、总出水口23和总出油口25，壳体的前部具有来流入口1。

旋流分离装置2的入口与来流入口1连通，旋流分离装置2具有集气管和16竖直设置的降液管3，降液管3呈螺旋状，油气混流在降液管3的作用下实现油气分离，气体进入集气管16中，液体经过降液管3向下流动，降液管3的下端与油水分离装置连接，油水分离装置包括斗状槽4、集油槽7和集水槽29，集油槽7套设在集水槽29外，集油槽7的内壁和集水槽29的外壁之间形成集油空间，且集油槽7和集水槽29的顶部槽口平齐；斗状槽4的底部与集油空间和集水槽29同时连通，斗状槽4的顶部与降液管3的底部连通；斗状槽4包括呈锥形的上、中、下三部分，上部分的锥形开口朝下，中部分的锥形开口朝上，且与上部分对称设置，下部分的锥形开口朝下。集水槽29的槽口覆盖有亲水疏油膜5，集油空间的顶部覆盖有亲油疏水膜6；油水分离装置的第一出水口8设置在集水槽29处，并穿出壳体；斗状槽4的底部槽壁设有第一出油口11，第一出油口11高于亲油疏水膜6，且低于集油槽7的最高存储液面，第一出油口11与三相分离循环装置连接。集油槽7在靠近槽底处安装有沉砂板9，沉砂板9与集油槽7的槽底之间形成沉砂槽14，固体和沉渣通过沉砂板9进入沉砂槽14内，沉砂槽14设置有排污口10，且排污口10穿出壳体，根据需要可以设置透视窗口。

三相分离循环装置包括倾斜设置的高温加热斜板13、倾斜设置的气体稳流板17、导流板18、油溢流堰板24、凝液板15和液体稳流板12；

高温加热斜板13的前端为高端，且与集油槽7的槽壁连接，并低于第一出油口11，低端与壳体的底部内壁连接；

液体稳流板12竖直设置靠近第一出油口11，液体稳流板12的底端与高温加热斜板13连接，其顶端不低于第一出油口11的最低液位。

倾斜设置的凝液板15设置在高温加热斜板13的上方，凝液板15的长度小于高温加热斜板13的水平长度；凝液板15的前端为高端，且凝液板15的底部设有凝液槽27，凝液槽27的槽底设有穿出壳体的第二出水口28。

气体稳流板17的后端为低端，旋流分离装置2的集气管16的排气端位于气体稳流板17的上方；气体稳流板17位于凝液板15的上方；

竖直设置的油溢流堰板24安装在壳体的底部后部，总出水口23位于油溢流堰板24与高温加热斜板13的低端之间，油溢流堰板24低于导流板18的低端。总排油口25设置在开设在壳体的底部后部，且位于油溢流堰板24的后侧；

导流板18位于壳体的中部，呈两个弧形连接的形式，导流板18的前端为低端，导流板18的前端位于高温加热斜板13的后端的后侧，导流板18的前端高度处于高温加热斜板13的高端与凝液板15之间；导流板18的后端为高端，且导流板18的后端高于气体稳流板17的低端，且与壳体的顶部内壁之间具有过气空间，总出气口21设置在导流板18的后侧，并开设在壳体的顶部，且位于油溢流堰板24的前侧。

总出水口23处设置有分水装置22和阀门26。

总出气口21处设置有波纹管19和除雾装置20。

使用状态下：油气混流由来流入口1进入，进过旋流分离装置2的降液管3的涡形通道进行降能并初步分离油和气，其中气体会上升至集气管16。油水混合液经过降液管3进入斗状槽4，由于发生旋流分离现象，较轻且粘度较大的油流会贴着斗状槽4壁面向下，而油体中的水会自然下落。自然下落的水经亲水疏油膜6从第一出水口8排出，这样就能减少后续运输过程中油气混流的负荷。由斗状槽4的壁面流下的油体以及无法经过亲水疏油膜6的油体会通过四周的亲油疏水膜5向下聚集进入集油空间内，完成第一次过滤，在集油空间的底部汇集完成后液位不断上升，直到再一次经过亲油疏水层5完成二次过滤。之后由第一出油口11排出(其中固体和沉渣均会通过沉沙板9到达沉沙槽14最后由排污口10排出)。从第一出油口11排出的油和少部分的水通过液体稳流板12的作用实现液面堆积，之后漫过液体稳流板12，在堆积过程中高温加热斜板13对其进行加热，且漫过液体稳流板12后仍然在高温加热斜板13上进行加热，且向低端流动；由于油和水的沸点不同，水会被加热为水蒸汽，部分水蒸汽在冷凝板15上进行冷凝，由于冷凝板15具有一定的倾斜角度，冷凝后的液态水会滴落在凝液槽27中并由第二出水口28排出。其中部分非液态的气体(如天然气)经导流板18与集气管16的来流气体一同通过波纹管19和除雾装置20最后由总出气口21排出。极少量的蒸汽冷凝后重新落在高温加热斜板13上重新进行加热，进行上述循环。油被加热后其流动速度会加快，在油溢流堰板24前迅速堆积，之后漫过油溢流堰板24由总出油口25排出。特别少部分未形成蒸汽的水会随着油一起堆积，在堆积过程中水和油会分层，水位于下层，待堆积到一定时间后打开总出水口23的阀门26将下层水排出。如不需手动操作，也可加设分水包或隔油层，并减小分水装置22与高温加热斜板13之间的间距，这样极少部分的液态水会循环堆积在加热斜板13与出水口附近，在推动油流通过油溢流堰板24同时让水从分水装置22处自然流出。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种容器式段塞流捕集器系统，包括壳体、设置在所述壳体前部内的旋流分离装置、设置在所述壳体前部内的油水分离装置、设置在壳体中部的三相分离循环装置和设置在所述壳体上的总出气口、总出水口和总出油口，所述壳体的前部具有来流入口，所述旋流分离装置的入口与所述来流入口连通，所述旋流分离装置具有集气管和降液管，其特征在于：所述降液管竖直设置，且所述降液管的下端与油水分离装置连接，所述油水分离装置的出油口和所述集气管的排气端分别进入所述三相分离循环装置二次分离，分离后的气体由所述总出气口排出，分离后的油由总出油口排出，分离后的水由总出水口排出，且所述油水分离装置的第一出水口穿出所述壳体排出；

油水分离装置包括斗状槽、集油槽和集水槽，所述集油槽套设在所述集水槽外，所述集油槽的内壁和所述集水槽的外壁之间形成集油空间，且所述集油槽和集水槽的顶部槽口平齐；所述斗状槽的底部与所述集油空间和所述集水槽同时连通，所述斗状槽的顶部与所述降液管的底部连通；所述集水槽的槽口覆盖有亲水疏油膜，所述集油空间的顶部覆盖有亲油疏水膜；所述第一出水口设置在所述集水槽处，并穿出所述壳体；所述斗状槽的底部槽壁设有第一出油口，所述第一出油口高于所述亲油疏水膜，且低于所述集油槽的最高存储液面，所述第一出油口与所述三相分离循环装置连接；

所述三相分离循环装置包括倾斜设置的高温加热斜板、倾斜设置的气体稳流板、导流板和油溢流堰板；

所述高温加热斜板的前端为高端，且与所述集油槽的槽壁连接，并低于所述第一出油口，低端与所述壳体的底部内壁连接；

所述气体稳流板的后端为低端，所述集气管的排气端位于所述气体稳流板的上方；

竖直设置的所述油溢流堰板安装在所述壳体的底部后部，所述总出水口位于所述油溢流堰板与所述高温加热斜板的低端之间；

所述总出油口设置在开设在所述壳体的底部后部，且位于所述油溢流堰板的后侧；

所述导流板位于所述壳体的中部，所述导流板的前端为低端，所述导流板的前端位于所述高温加热斜板的后端的后侧，所述导流板的前端高度处于所述高温加热斜板的高端与所述气体稳流板之间；所述导流板的后端为高端，且所述导流板的后端高于所述气体稳流板的低端，且与所述壳体的顶部内壁之间具有过气空间，所述总出气口设置在所述导流板的后侧，并开设在所述壳体的顶部，且位于所述油溢流堰板的前侧；

所述斗状槽包括呈锥形的上、中、下三部分，上部分的锥形开口朝下，中部分的锥形开口朝上，且与上部分对称设置，下部分的锥形开口朝下。

2.根据权利要求1所述的一种容器式段塞流捕集器系统，其特征在于，所述高温加热斜板的上方设有竖直设置的液体稳流板，且所述液体稳流板靠近所述第一出油口，所述液体稳流板的底端与所述高温加热斜板连接，其顶端不低于所述第一出油口的最低液位。

3.根据权利要求1所述的一种容器式段塞流捕集器系统，其特征在于，所述高温加热斜板的上方设置有倾斜设置的凝液板，所述凝液板的水平长度小于所述高温加热斜板的水平长度，所述凝液板的前端为高端，且前端的下方设有凝液槽，所述凝液槽的槽底具有穿出所述壳体的第二出水口。

4.根据权利要求1所述的一种容器式段塞流捕集器系统，其特征在于，所述总出水口处设置有分水装置和阀门。

5.根据权利要求1所述的一种容器式段塞流捕集器系统，其特征在于，所述总出气口处设置有波纹管和除雾装置。

6.根据权利要求1所述的一种容器式段塞流捕集器系统，其特征在于，所述集油槽在靠近槽底处安装有沉砂板，沉砂板与所述集油槽的槽底之间形成沉砂槽，固体和沉渣通过所述沉砂板进入所述沉砂槽内，所述沉砂槽设置有排污口，且所述排污口穿出所述壳体。