CN1204948C - 三相分离器 - Google Patents

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Abstract

一种三相分离器(1)，包括一个通常是水平的罐槽(3)，该罐槽中形成一个液体分离区域(5)和一个气体分离区域(3)，且该罐槽(3)上具有一个入口端区域(11)和一个出口端区域(15)，在入口端区域上设置了一个进料口(21)，而在出口端区域上分别为三相物质设置了单独的出口(25、26、27)，该罐槽还包括一个入口装置(31)，该装置包括一个布置在气体区域(7)中的初级分离器(35)，以及一个布置在气体区域(7)中的斜面回流盘(38)，其具有一个下端(39)，该下端位于靠近罐槽入口端壁面(13)的部位，这样就在下端(39)和入口端壁面(13)之间形成了一个通道(41)。

Description

三相分离器
发明领域
本发明涉及一种三相分离器，在该分离器中，含有一种气体相、一种轻液相和一种重液相的进料被分离成三相物质-气体、轻质液体和重质液体。这样的分离器也被称为气/液/液分离器。三相分离器被用在石油工业中以将碳氢化合物和水组成的混合物分离成天然气、原油和水三种组分，其中的碳氢化合物中包括天然气和原油。
背景技术
在美国专利文件US-A-3469373以及由海湾出版公司(GulfPublishing Company)1998年出版、K Arnold和M Sewart合著的《地面产油操作、原油处理系统与设备设计》一书(第二版第一卷)的第135页等文献中都描述了这种分离器的几种实例。
一种已有的三相分离器包括一个通常为水平的罐槽，该罐槽中形成了一个液体分离区域和一个位于液体分离区域上方的气体分离区域，该罐槽具有一个入口端区域和一个出口端区域，在其中的入口端区域上设置了一个进料口，而在出口端区域上分别为三相物质设置了几个单独的出口，该罐槽还包括一个入口折流器形式的入口装置。
在正常工作过程中，一种包含气体和液体的进料经入口引入到罐槽中。进料撞到入口折流器上，动量的剧烈变化使气体和液体发生第一次分离。气体进入到气体区域中、液体进入到液体分离区域中，在液体分离区域中，液体在比重效应作用下，被分离成一种轻液相和一种重液相。气体相和液体相经几个出口各自单独地从该罐槽中排出。这种已有三相分离器的入口折流器是一块垂直的板件，其延伸到液体分离区中。以这样的方式，该折流器迫使液体进入到充满液体的液体分离区域中。
这种现有分离器的缺点在于其分离容量低。
发明内容
本发明的目的是克服该缺陷。
为此目的，根据本发明提供的三相分离器包括一个通常是水平的罐槽，该罐槽中形成了一个液体分离区域和一个位于液体分离区域上方的气体分离区域，且该罐槽上具有一个入口端区域和一个出口端区域，在入口端区域上设置了一个进料口，而在出口端区域上分别为三相物质设置了多个单独的出口，该罐槽还包括一个入口装置，该装置包括一个布置在气体区域中的初级分离器，以及一个布置在气体区域中、并位于初级分离器下方的斜面回流盘，其具有一个下端，该下端位于靠近罐槽入口端壁面的部位，这样就在所述下端和入口端壁面之间形成了一个通道。
申请人发现：根据本发明提供的分离器能实现更高的分离容量。申请人无意于用下文的理论来进行任何形式的限定：申请人相信分离容量的提高是由于液体是经分离器的入口端壁面导流到液体分离区域中的。相比于现有技术中的装置，由于对液流的这种导流作用，液体相中存在的紊流要少。由于紊流的减少，将导致液—液相的沉降分离效率更高，因而提高了分离效能。
附图说明
下文将通过举例说明，参照附图更详细地对本发明进行描述，在附图中：
图1的示意图表示了根据本发明的三相分离器的纵向剖面结构；
图2是沿图1中的II-II线对入口装置所作的剖视图；
图3是初级分离器一种备选布置方案的示意图；
图4的示意图表示了图1所示回流盘的一种备选形式的剖视图；
图5的示意图表示了图1中回流盘另一种备选形式的剖视图结构；
图6示意图表示了液体分离系统的一种备选布置形式；
图7是从图8中的AA′方向所作的剖视图，表示了液体区域中的分离增强装置；
图8是从图7中BB′方向对罐槽所作的纵向剖视图。
具体实施方式
下文参照图1，这种根据本发明提供的三相分离器包括一个通常为水平的罐槽3。该罐槽3中形成了一个液体分离区域5和一个位于液体分离区域5上方的气体区域7。
罐槽3具有入口端区域11和一个出口端区域15，其中的入口端区域11具有一入口端壁面13，出口端区域15具有一出口端壁面17。入口端区域11设置有一个进料口21。出口端区域15设置有一个溢流坝22形式的液体分离系统，该溢流坝22延展了整个罐槽3的宽度。此外，出口端区域15为三相物质设置有单独的出口25、26和27，其中的三相位置为气相、重液相和轻液相。
罐槽3还包括一个入口装置31，该入口装置31包括一个初级分离器。该初级分离器可以是任何形式的气—液分离器，其布置在气体区域7中，且在工作过程中，能导致向下排出的液体流到所述的气体区域7中。那些具有一组涡旋管或一端开口管的分离器是这种分离器的可行实例。另一个实例是如文献WO-A-9823351所描述的叶片组分离器。所述初级分离器最好是叶片组分离器，它布置在气体区域中。该叶片型分离器最好是图1所示的所谓Schoepentoeter入口装置35。在英国专利文件GB-A-1119699中例示了一种理想的Schoepentoeter入口装置。该Schoepentoeter入口装置35包括一个与进料口21相通的入口36。入口36包括一组均匀间隔布置的垂直叶片37，这些叶片一个挨一个地设置在顶板36″和底板36′之间，每个叶片37都包括一个指向外侧的偏流部分。
在正常工作过程中，由气体和液体组成的混合物被输送到进料口21。该混合物然后流经Schoepentoeter入口装置35的入口36。设置在入口36流道两侧上的叶片37将混合物偏流向外侧。流动方向的改变造成气—液分离。
该入口装置31还包括一个斜面回流盘，其形式为一个斜面的导流板38，其设置在初级分离器35下方的气体区域7中。该斜面导流盘38具有一个下端39，该下端靠近罐槽入口端壁面13，这样就在下端39和入口端壁面13之间形成了一个通道41。倾斜导流板38的尺寸至少要等于初级分离器的尺寸。
在正常工作过程中，含有气体和液体的进料经入口21被导入到罐槽3中。第一次分离发生在叶片型分离器35中：气体进入到气体区域7中，从该区域气体经出口25排出；以叶片37的方向从叶片型分离器35脱出的液体向下滴落。
液体滴落在导流板38形式的斜面回流盘上，并被斜面导流板38导向通道41。液体经该通道流入到液体分离区域5中。在液体分离区域5中，液体在比重效应作用下分离成轻液相43和重液相44。重液相沉在液体分离区域5的下部，而轻液相43浮在重液相44的上面。两相物质间的分界面用数字标识45表示。
出口端区域15设置有溢流坝22形式的液体分离系统。轻质液体漫过溢流坝22流到一个集液区域46中，其从该集液区经出口27排出。重质液体经出口26从液体分离区域5排出。以这样的方式，气体和两相液体独立地从罐槽3中排出。
如果未设置斜面导流板38，则分离出的液体将会溅落到液体分离区域5中，这样其就会造成紊流而使得两相液体之间发生混和。这样的混和对三相分离器分离性能的影响是负面的。此外，由于(在此条件下)液体是在初级分离器35整个长度范围上排流的，这就导致有效分离区域的减小，同时使气体夹带到液体区域中。另外，在气体区域中，由于流出初级分离器—具体而言是叶片型分离器35的气体被罐槽3壁面向下导流而形成了涡流。这些涡流又在液体分离区域5的液体中造成涡流，该涡流也造成了另外的混和，该混和对分离效率的影响也是负面的。但是，由于斜面回流盘38在气体区域7和液体分离区域5间形成了一个间隔，而减少了气—液混和与液—液混和。此外，由于液体是经靠近入口端壁面13的通道41引入到液体分离区域5中的，所以斜面回流盘还扩大了液体分离区域5，对于给定尺寸的罐槽3而言，分离区域5的扩大可提高分离容量。
下面参见附图3，图3示意表示了本发明三相分离器纵向剖面结构的一部分，其中该三相分离器上的初级分离器采用另一种备选布置方案。图3中，各元件用图1和图2中所采用的对应附图标记表示。在该实施例中，初级分离器35是这样定向的：当在正常工作过程中时，流体流过初级分离器35的方向与流体流过斜面导流板38的方向相同。
该三相分离器还包括一个设置在液体分离区域5中的垂直液体分配板(见图3)。这样的分配板是一个设置有开孔的板件。由于设置了这样的板件，所以能使液体更均匀地流动到分配板下游的液体区域中。该板件的净有效截面最好在10％到39％之间。开孔的直径最好在0.005米到0.025米之间。
斜面回流盘应当这样来设计：即使得其能捕获从初级分离器脱出的至少大部分液体。为实现这一目的，该回流盘可以是斜面导流板38，该导流板最好延展到罐槽3的整个宽度。该实施例尤其适用于从初级分离器脱出的液体是在整个罐槽宽度范围内均匀分布的情况。
图4和图5示意地表示了斜面导流板的备选方案。图4表示了一种斜面回流盘，其形式为一组以交错格式布置且相互交迭的凹槽50。图5表示了另一种斜面回流盘，其形式为一组相邻的凹槽51和倾斜导流板52，其中的导流板将液体导向凹槽51中。图4和图5所示回流盘的优势在于它们对气体的流动是通透的，这样它们就不会妨碍气体的轴向流动。凹槽50、51以及倾斜导流板52在垂直于图面的方向上倾俯。
下面参见图2。液体从初级分离器脱出而冲向罐槽的侧壁，因而回流盘上位于初级分离器下方的部分几乎不能接受到任何液体。这样，就可通过在初级分离器下方的回流盘上制出一个纵向缝隙，而还获得了一种对气体通透的回流盘。因而，该回流盘包括两块布置在罐槽两侧上的斜面板件。
该斜面回流盘的长度最好等于初级分离器的长度。斜面回流盘的斜角最好在5度到15度之间。
在上文参照附图1描述的实施例中，液体分离系统是一个延展到整个罐槽宽度的溢流坝22。但是，也可能有其它几种备选的液体分离系统，例如，溢流坝22也可用一个等高度的圆筒来代替，该圆筒可套在用来排出轻液相的出口27上。
图6中表示的另一种备选方案示意地表示了本发明三相分离器的一部分纵向剖面结构，该三相分离器中带有另一种备选结构的液体分离系统。在该实施例中，液体分离系统包括一个凹槽53和一个溢流坝54，其中无论是凹槽53还是溢流坝54都延展到罐槽3的整个宽度。凹槽53的壁面要高于溢流坝54，这样，当在正常工作过程中时，轻质液相43就能流到凹槽53中，且重质液体漫过溢流坝54而流入到集液区域55中。轻质液体经出口管56抽出，重质液体经出口导管57抽出。
所述液体区域中最好设置能增强液体相在液体区域中进行分离的装置。如上所述，由于减小了在靠近入口端壁面的液体区域中的扰动，所有可在大部分液体区域中设置这些装置来增强分离。在图7和图8中表示了一种优选的分离装置。
图7是从图8中的AA′方向对罐槽所作的横截面视图。其中的罐槽中还设置了一个分离增强装置58。该分离增强装置包括至少两组分离堆59，它们由垂直间隔开的斜坡板60组成，分离堆是这样布置的：在每个分离堆的一侧上都形成了一个垂直集液流道61，分离堆的板60朝向该流道61而向下倾斜，而在同一分离堆的相反一侧形成了一个垂直集液流道62，分离堆两侧的板60都向上斜向该流道62。分离堆上方区域成为了轻液相43的集液室63，而分离堆下面的区域成为了重液相44的集液室64。在液—液分离过程中，轻液相43经垂直集液流道62向上运动，而重液相44则经垂直集液流道61向下运动。这样的分离增强装置在美国专利US-A-3563389中也有例示。
图8是从图7中的BB′方向对罐槽所作的纵向剖面视图。图8中还示出一个气体分配板65、一个液体分配板49和一个蠕流盘66。图8表示了一种优选的实施例，在该实施例中，在叶片型分离器35的下方是一个第二斜面回流盘67，其与第一回流盘38平行，从而就在其下端形成了一个第二通道，该通道位于第一斜面盘的下端和液体分配板49的上端之间。气体分配板65将气体区域分成两部分：靠近入口端壁面的气体区域和所述气体区域的其余部分。该气体分配板65最好是一个开有开孔的板件。该气体分配板65使得气体更均匀分配地流向板件65下游。当由于大量液体突然冲入到三相分离器1中而产生强冲击流动时，该板件还作为一个消波器。入口装置31和气体分配板65之间的距离最好为进料口21直径的1到3倍。板件65的净有效面积最好在10％到30％之间。孔口的直径最好在0.005米到0.025米之间。
所述三相分离器最好还在斜面回流盘38或第二斜面回流盘67(如果设置了的话)与气体偏流板65之间设置一个蠕流盘66，该蠕流盘66是这样倾斜的：使得其下端靠近气体分配板65。该蠕流盘66被定位成：当其在工作中时，蠕流在一个远离入口端壁13的位置处被导向液体分离相。这就导致在靠近入口端壁面13的液相中产生很小的扰动。该蠕流盘66的上端最好以斜面导流板38或第二斜面回流盘67(如果设置了的话)的上端为端头。该蠕流盘66下端的末端最好是刚好位于液体分离区域7中的液体的正常液面下方，并靠近气体分配板65。
由于液体分配板49可被布置在更靠近入口端壁面13的位置，所以可如图8所示那样，为分离增强装置58留出更大的空间。分离堆59最好是从液体偏流板49延伸到液体分离系统—即溢流坝22处。由于罐槽中更大的长度都可用于进行液—液分离，导致了分离容量进一步增加。

Claims (14)

1.一种三相分离器，包括一个通常是水平的罐槽(3)，该罐槽中形成一个液体分离区域(5)和一个位于液体分离区域上方的气体分离区域(7)，且该罐槽上具有一个入口端区域(11)和一个出口端区域(15)，在入口端区域设置了一个进料口(21)，而在出口端区域上分别为三相物质设置了单独的出口，该罐槽还包括一个入口装置(31)，该装置包括一个布置在气体区域中的初级分离器(35)，以及一个布置在初级分离器下方的气体区域中的斜面回流盘(38)，该斜面回流盘具有一个下端，该下端位于靠近罐槽入口端壁面(13)的部位，这样就在所述下端和入口端壁面之间形成了一个通道(41)。
2.根据权利要求1所述的三相分离器，其特征在于：所述斜面回流盘延展到罐槽的整个宽度。
3.根据权利要求1或2所述的三相分离器，其特征在于：所述斜面回流盘包括一组交错布置且相互交迭的凹槽(50)。
4.根据权利要求1或2所述的三相分离器，其特征在于：所述斜面回流盘包括一组相邻的凹槽(51)和倾斜导流板(52)，其中的导流板在正常工作过程中将液体导入到凹槽中。
5.根据权利要求1所述的三相分离器，其特征在于：所述斜面回流盘包括两块设置在罐槽两边侧的斜面板件。
6.根据权利要求1或2所述的三相分离器，其特征在于：所述斜面回流盘的长度等于初级分离器的长度。
7.根据权利要求1或2所述的三相分离器，其特征在于：所述斜面回流盘的斜面角在5°到15°之间。
8.根据权利要求1或2所述的三相分离器，其特征在于：其中的初级分离器包括一个与一个进料口相通的入口，该入口包括一组均匀间隔布置的垂直叶片，这些叶片一个挨一个地设置在顶板和底板之间，每个叶片都包括一个指向外侧的偏流部分。
9.根据权利要求1或2所述的三相分离器，其特征在于：在气体区域中设置了一块带有开孔的板件(65)，该板件将气体区域分成靠近入口端壁面的气体区域和所述气体区域的其余部分的两部分。
10.根据权利要求9所述的三相分离器，其特征在于：所述入口装置和所述板件之间的距离为进料口直径的1到3倍，进料口与初级分离器相连通。
11.根据权利要求9所述的三相分离器，其特征在于：在靠近入口端壁面的气体区域中设置了一个蠕流盘(66)，该蠕流盘位于斜面回流盘与所述带有开孔的板件之间，且该蠕流盘倾斜成使得其下端位于所述的带有开孔的板件处。
12.根据权利要求1或2所述的三相分离器，其特征在于：在斜面回流盘下方的液体分离区域中设置了一块垂直的分配板(49)，该分配板将液体区域分成靠近入口端壁面的液体区域和所述液体分离区域的其余部分的两部分。
13.根据权利要求12所述的三相分离器，其特征在于：在液体分离区域的所述其余部分中设置了至少两组分离堆，所述至少两组分离堆由垂直间隔开的斜坡板(59)组成，分离堆是这样布置的：在每个分离堆的一侧上都形成了一个垂直集液流道(61)，分离堆的板朝向该流道而向下倾斜，而在同一分离堆的相反一侧形成了另一个垂直集液流道，分离堆两侧的板都向上斜向该流道。
14.根据权利要求1到13之一所述三相分离器的应用，所述三相分离器将由天然气、石油和水组成的混合物分离成天然气、石油和水三种组分。
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