CN1569303A - 用于油水气三相计量的分离器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于油水气三相连续计量的分离器。分离器由壳体、旋流预脱气器、消能器、水室、油室、排沙系统及其它部件组成。油水气以一定角度经切向进口接管进入三相计量分离器的旋流预脱气器,气液进行较好的分离;消能器由消能板和挡板组成,既能消能又能整流;油室上面设有留有缺口的凸体,油室主壳体四周由水保温防止了油室中油的堵塞,连通管设置使水路自由活动,使排沙较为顺利;排沙系统由斜板、冲沙水管及循环水泵组成,通过循环水泵、冲沙水管冲击三相计量分离器壳体上淤积的沙,使三相计量分离器沉降室中的沙充分流动,几乎不淤积,保证了流体流动平稳性,从而保证了水出口的通畅。上述特点使三相计量分离器的气路、水路和油路计量效果得到改善,保证了操作稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于油水气三相计量的分离器。
背景技术
本发明涉及一种利用流体离心分离、流体冲力、流体热量交换、流体流动,使进入三相计量分离器中的气与油水进行较大程度的分离。流体流动平稳、油保温,并使油水中含有的沙从三相计量分离器中顺利进入水出口接管而排出,实现油气水三相计量的分离器设备,主要用于油田地面工程、环境工程、炼油厂及化工厂。
在已有的技术中,用于油水气三相计量分离器的旋流预脱气器主要有单个旋流管和多个旋流管并联两种,消能器主要是设置碟形转向器和消能板,油室主要有通过平板型堰档板使油流入油室,排沙系统主要设置斜板或在三相分离器的沉降室底部设置水循环系统,典型的是美国C-ENatco公司及中国中石化河南石油勘探局勘察设计研究院开发的三相分离器,其特点是旋流预脱气器对高速的油气水流体进行预脱气,但多个旋流管并联占用的空间较大,单个旋流管和与之连接的进气管一般成垂直方向,气处理量相对较小;消能器对高速流体的动能进行简单的消能,但没有充分利用紊流室内的空间同时进行分层;油室中的油与壳体大面积直接接触,保温不好易使油温降低,从而可能导致油路堵塞,或是有的油室两边有水保温,中间通过水管,水中排沙不易;排沙系统用于三相计量分离器未见报道,因此常出现细沙淤积,影响三相分离性能,水路有时甚至会堵塞,导致计量不准。上述情况使油水气三相计量分离器在实际应用中可能导致油路堵塞或水路堵塞,从而计量不准,并在一定程度上影响设备运行性能。本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种结构紧凑,设备综合性能好的用于油水气三相计量的分离器设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于油水气三相计量的分离器。
它包括壳体、旋流预脱气器、消能器、油室、排沙系统,其中旋流预脱气器本体具有主壳体,主壳体内设有支撑板,支撑板周边设有平衡孔,支撑板中间设有挡液管,挡液管上方设有捕雾罩,主壳体上端设有出气接管,在主壳体侧壁,支撑板下方设有切向进口管,主壳体下端设有出液直管,主壳体与三相计量分离器壳体连接,旋流预脱气器的主壳体的轴向与油水气切向进口管成弧度角θ为0~50°,消能器本体具有消能板和档板,消能板开有孔I、孔II和孔III,孔I为连接旋流预脱气器的直管通孔,孔II是靠近壳体的按正三角形排列的孔集合,孔III是环绕旋流预脱气器的按正方形排列的孔集合,档板上部开有栅孔,油室置于壳体之内,油室具有凸体、主壳体及连通管,油室主壳体上部开口,部分边缘连接凸体,下部有底,底上连接连通管,凸体与主壳体连接在一起,凸体留有缺口,其弧度角θ‘为20~340°,连接管上端连接主壳体底部,下端连接油出口接管,排沙系统包括分离器本体,在分离器本体一端设有旋流预脱气器,在旋流预脱气器外端部侧面设有油水气进口接管,旋流预脱气器顶部经分流阀与分离器本体相接,旋流预脱气器顶部经控制阀与气出口壳体相接,气出口壳体上方设有气出口接管,气出口壳体内设有捕雾器、通孔并与分离器本体相接,旋流预脱气器下端设有消能器、碟形转向器、排沙斜板,分离器本体内,旋流预脱气器、消能器旁设有整流器,整流器与排沙斜板之间留有间隙,分离器本体底部设有水出口接管,分离器本体内设有油室,油室壳下设油出口接管,在分离器本体内设有前冲沙水管、中冲沙水管、后冲沙水管,所说排沙斜板与壳体以弧度角α方向连接在一起,弧度角α为0~10°。
本发明的特点是:
1)油水气切向进口管和与之连接的旋流预脱气器的主壳体成一定角度方向,此时气体处理量相对较大,气与油水的分离较佳。
2)旋流预脱气器的主壳体内的气体经分离后,夹带的液滴在捕雾罩中部分除雾,积累在支撑板上的液滴通过平衡孔进入进口的油水混合流体中。
3)旋流预脱气器的主壳体上部分直径最大处与三相计量分离器壳体连接,使得三相计量分离器总体尺寸减小。
4)消能板开有不同直径的孔,并进行不同的孔排列,且消能板可多于一块。这样在降低流体能量的同时,增加了流体的停留时间,并使流体进行较平稳的流动。
5)档板下部与三相分离器壳体上的斜板有一定距离,保证了紊流室内的沙顺利进入沉降室,不致淤积;档板上部开有栅孔,改善了流体流动平稳性。
6)油室不直接与三相分离器壳体接触,油室周围被水包围,避免了油室中的油温降低,防止了油路堵塞。
7)油室设有凸体,使三相计量分离器沉降室油层中的油充分流动,几乎不留死角,保证了流体流动平稳性。
8)油室中下接连通管,使得水室中的水能自由流动,不会使水中的沙出现淤积,从而保证了水出口的通畅。
9)排沙系统设置斜板,由斜板把沙从紊流室排到沉降室,防止了紊流室因沙淤积而堵塞。
10)排沙系统设置循环水路,通过循环水泵、冲沙水管冲击三相计量分离器壳体上淤积的沙,使三相计量分离器沉降室中的沙充分流动,几乎不淤积,保证了流体流动平稳性。
11)冲沙水管按三相连续计量分离器的大小设置相应的排列及方向,使得水室中的水能自由流动,不会使水中的沙出现淤积,从而保证了水出口的通畅。
本发明由于上述特点,使得油室畅通,并使三相计量分离器不淤积沙且水路畅通,从而使油路、水路的计量得到明显改善,保证了三相连续计量分离器的运行性能。
附图说明
图1是本发明油水气三相计量分离器的结构示意图,图中:油水气进口接管1、旋流预脱气器2、紊流室3、消能器4、碟形转向器5、斜板6、分流阀7、整流器8、导气管9、控制阀10、气出口接管11、捕雾器12、气出口壳体13、通孔14、油室15、油室壳体16、后冲沙水管17、油出口接管18、水出口接管19、中冲沙水管20、水室(沉降室)21、前冲沙水管22、壳体23;
图2是旋流预脱气器的结构示意图;
图3是图2的部分俯视图;
图4是消能器的结构示意图;
图5是图4的A向示意图;
图6是图4的B向示意图;
图7是油室的结构示意图;
图8是图7的A向示意图;
图9是排沙系统的斜板结构示意图;
图10是循环水冲洗系统示意图;
图11是图10冲沙水管的结构布置示意图;
图12是图11的A向示意图。
具体实施方式
油水气三相计量分离器由旋流预脱气器、消能器、油室、水室、排沙系统及其它部件组成。
用于油水气三相计量的分离器包括壳体23、旋流预脱气器2、消能器4、油室15、排沙系统,其中旋流预脱气器本体2具有主壳体(2-1),主壳体内设有支撑板(2-4),支撑板周边设有平衡孔(2-5),支撑板中间设有挡液管(2-6),挡液管上方设有捕雾罩(2-3),主壳体上端设有出气接管(2-2),在主壳体侧壁,支撑板下方设有切向进口管1,主壳体下端设有出液直管(2-7),主壳体与三相计量分离器壳体23连接,旋流预脱气器的主壳体(2-1)的轴向与油水气切向进口管1成弧度角θ为0~50°,消能器本体4具有消能板(4-6)和档板(4-1),消能板(4-6)开有孔I(4-5)、孔II(4-3)和孔III(4-4),孔I(4-5)为连接旋流预脱气器的直管通孔,孔II(4-3)是靠近壳体23的按正三角形排列的孔集合,孔III(4-4)是环绕旋流预脱气器的按正方形排列的孔集合,档板(4-1)上部开有栅孔(4-2),油室15置于壳体23之内,油室15具有凸体(15-1)、主壳体(15-2)及连通管(15-3),油室主壳体(15-2)上部开口,部分边缘连接凸体(15-1),下部有底,底上连接连通管(15-3),凸体(15-1)与主壳体(15-2)连接在一起,凸体(15-1)留有缺口,其弧度角θ‘为20~340°,连接管(15-3)上端连接主壳体(15-2)底部,下端连接油出口接管18,排沙系统包括分离器本体,在分离器本体一端设有旋流预脱气器2,在旋流预脱气器外端部侧面设有油水气进口接管1,旋流预脱气器顶部经分流阀7与分离器本体相接,旋流预脱气器顶部经控制阀10与气出口壳体13相接,气出口壳体上方设有气出口接管11,气出口壳体内设有捕雾器12、通孔14并与分离器本体相接,旋流预脱气器下端设有消能器4、碟形转向器5、排沙斜板6,分离器本体内,旋流预脱气器、消能器旁设有整流器8,整流器与排沙斜板之间留有间隙,分离器本体底部设有水出口接管19,分离器本体内设有油室15,油室壳16下设油出口接管18,其特征在于在分离器本体内设有前冲沙水管22、中冲沙水管20、后冲沙水管17,所说排沙斜板6与壳体23以弧度角α方向连接在一起,弧度角α为0~10°。
所说流预脱气器的主壳体(2-1)的轴向与油水气切向进口管1成弧度角θ为20~30°。
消能器本体的消能板(4-6)中开的孔II(4-3)直径大于孔III(4-4)直径,孔II(4-3)排列密度大于孔III(4-4)排列密度,消能板(4-6)中开的孔II(4-3)的直径为3~5mm,孔间距为6~10mm;孔III(4-4)的直径为为2~4mm,孔间距为4~8mm,档板(4-1)上部开有栅孔(4-2),栅孔(4-2)的宽度为5~15mm。
凸体(15-1)高度为0.005~0.05m。油在所说主壳体(15-2)内停留时间为1~10分钟。凸体(15-1)留有缺口,其弧度角θ‘为120~240°,凸体(15-1)高度为0.005~0.02m,油在所说主壳体(15-2)内停留时间为2~5分钟。
排沙斜板6与壳体23以弧度角α方向连接在一起,弧度角α为3~7°。水出口接管19经循环水支管ZG1、阀IIIV3与阀IIV2、循环水泵P1相接,循环水泵P1经阀IV1分别与前冲沙水管22、中冲沙水管20、后冲沙水管17相接。前冲沙水管22具有总管(22-1),总管(22-1)下端分叉成左支管(22-2)、中支管(22-3)、右支管(22-4),总管管径大于支管管径,中间支管管径大于左、右支管管径,左、右支管管径相等,中间支管长度大于左、右支管长度,左、右支管长度相等,左支管、中间支管、右支管下端与壳体23成弧度角β为0~90°,水出口接管19右边的冲沙水管的17的支管和中间支管(22-3)、左支管(22-2)、右支管(22-4),其下端与壳体23成弧度角β为90~180°。左支管、中间支管、右支管下端与壳体23成弧度角β为30~60°,水出口接管19右边的冲沙水管的17的支管和中间支管(22-3)、左支管(22-2)、右支管(22-4),其下端与壳体23成弧度角β为120~150°。
旋流预脱气器部分置于三相计量分离器壳体内,部分置于三相计量分离器壳体外,与壳体直接接触。旋流预脱气器由主壳体、流体切向进口管、出气管、捕雾罩、支撑板、平衡孔、挡液管、出液直管组成,油气水从切向进口管进入三相计量分离器的旋流预脱气器,环绕主壳体进行气、液分离,气体经旋流依次通过挡液管、捕雾罩、出气接管进入后续气体处理和计量,含有较少气的油水经旋流通过主壳体、出液直管撞击碟形转向器,分散后进入紊流室。
消能器置于三相计量分离器壳体内,与壳体直接接触,消能器由消能板和档板组成,油气水进入三相计量分离器的旋流预脱气器,含有少量气的油水从旋流预脱气器的直管冲向碟形转向器,流体分散后进入紊流室,通过消能板后,再绕流经过有栅孔的档板后,进入整流器和沉降室。
油室置于三相计量分离器壳体内,不与壳体直接接触,油室由凸体、主壳体及连通管组成,油从凸体的缺口进入油室主体,然后经连通管进入到油出口接管进行计量。
排沙系统置于三相计量分离器壳体内,与壳体直接接触,排沙系统由斜板、冲沙水管及循环水泵组成,先由斜板把沙从紊流室排到沉降室,沉降室内的水经过水出口接管的支管进入循环水泵,然后通过冲沙水管冲刷三相计量分离器壳体上淤积的沙,并使沙在水出口接管排出。
在油气水三相连续计量分离器壳体23中依次设有旋流预脱气器2、碟型转向器5、斜板6、消能器4,整流器8、油室15、水室21和捕雾器12,并有油水气切向进口管1、油出口接管18和水出口接管19,在捕雾器顶部设有气出口接管11。
油水气从切向进口管1进入三相计量分离器的旋流预脱气器2,环绕主壳体(2-1)进行气、液分离,气体经旋流依次通过挡液管(2-6)、捕雾罩(2-3)、出气接管(2-2)进入后续气体处理和计量,含有较少气的油水经旋流通过主壳体(2-1)、出液直管(2-7)撞击碟形转向器5,流体分散后进入紊流室3,通过消能板4后,再绕流经过有栅孔的档板4,进入整流器8和沉降室21进行分层。
旋流预脱气器的主壳体(2-1)与油水气切向进口管1以一定角度θ连接,弧度角θ为0~50°,一般为20~30°,此时气体处理量相对较大,气与油水的分离较佳。
旋流预脱气器的主壳体内(2-1)的气体经分离后,夹带的液滴在捕雾罩(2-3)中部分除雾,对于支撑板上(2-4)的液滴积累则通过平衡孔(2-5)进入进口的油水气混合流体中。
旋流预脱气器的主壳体(2-1)上部分直径最大处与三相计量分离器壳体23连接,使得三相计量分离器总体尺寸减小。
接着含有少量气的油水从旋流预脱气器2的直管冲向碟形转向器5,流体分散后进入紊流室3,通过消能板器4中的由消能板(4-6)的孔II(4-3)和孔III(4-4)后,再绕流经过有栅孔(4-2)的档板(4-1),进入整流器8和沉降室21。
消能板(4-6)中开的孔II(4-3)较孔III(4-4)直径大,但孔II(4-3)内的孔较孔III(4-4)内的孔排列更紧密,一般孔II(4-3)的直径为为5mm,孔间距为5mm;孔III(4-4)的直径为为2~4mm,孔间距为2~4mm。这样安排有利于增加流体停留的时间,并使流体进行平稳的流动,消能效果也较好。
根据上述的档板(4-1)上部开有栅孔(4-2),栅孔的宽度为5~15mm,能使湍动的流体进行整流,以利于流体的分层;下部不开孔,主要起档板作用,强迫大部分的油、水冲向消能板(4-6),底部与装在壳体上的斜板6有一定间距以利于排沙。
油室15置于壳体23之内,不与壳体直接接触,油室15由凸体(15-1)、主壳体(15-2)及连通管(15-3)组成,油室主壳体(15-2)以圆筒体为主,还可以是其它形状容器,上部开口,部分边缘连接凸体(15-1),下部有底,底上连接连通管(15-3),油室的油由此连通管(15-3)到油出口接管18。凸体(15-1)与主壳体(15-2)连接在一起,凸体(15-1)留有缺口,弧角为θ‘,油由此进入油室,连接管(15-3)是一圆管,上面连接主壳体(15-2)底部,下面连接油出口接管18。
根据上述的凸体(15-1),其高度为0.005~0.05m,一般为0.005~0.02m;其弧度角θ‘为20~340°,一般为120~240°。角边与壳体23轴对称线对称。
主壳体(15-2),其高度与液位控制要求匹配,凸体(15-1)的下沿形状与主壳体(15-2)匹配,其直径或周长也与液位控制要求匹配,同时周长与壳体23直径相匹配,且油在主壳体(15-2)内停留时间为1~10分钟,一般为2~5分钟,要明显超过液位控制反馈时间。
连接管(15-3)可开在主壳体(15-2)底部的任何位置,但与给定控制的条件相匹配,其直径足以让油顺利流出,连接管(15-3)有一定长度以保证主壳体(15-2)底部不与壳体23直接接触。
用于油气水三相计量分离器的排沙系统由斜板6、后冲沙水管17、中冲沙水管20、前冲沙水管22及循环水泵P1、阀IV1、阀IIV2、阀IIIV3、循环水支管ZG1组成,斜板6、后冲沙水管17、中冲沙水管20、前冲沙水管22设置在油气水三相计量分离器壳体23内,循环水泵P1、阀IV1、阀IIV2、阀IIIV3、循环水支管ZG1设置在油气水三相计量分离器壳体23之外。油气水中含有的沙先由斜板从紊流室3排到沉降室21,沉降室内的部分水经过水出口接管支管ZG1进入循环水泵P1,然后通过后冲沙水管17、中冲沙水管20、前冲沙水管22冲击三相计量分离器壳体23下部上淤积的沙,最后沙在水出口接管19排出。斜板6与壳体23以弧度角α方向连接在一起,弧度角α为0~10°,一般为3~7°。
循环水系统内的后冲沙水管17、中冲沙水管20、前冲沙水管22,冲沙水管根据三相计量分离器的长度安排其数量),其由总管(22-1)、中间支管(22-3)、左支管(22-2)、右支管(22-4)组成,总管(22-1)较大,中间支管(22-3)、左支管(22-2)、右支管(22-4)较小,中间支管(22-3)较左支管(22-2)、右支管(22-4)较长,左支管(22-2)与右支管(22-4)相同,中间支管(22-3)、左支管(22-2)、右支管(22-4)下端与壳体23成弧度角β,水出口接管19左边的中冲沙水管20、前冲沙水管22的支管如中间支管(22-3)、左支管(22-2)、右支管(22-4),其下端与壳体23成弧度角β为0~90°,一般为30~60°;水出口接管19右边的后冲沙水管17的支管如中间支管(22-3)、左支管(22-2)、右支管(22-4),其下端与壳体23成弧度角β为90~180°,一般为120~150°。
Claims (9)
1、一种用于油水气三相计量的分离器,它包括壳体(23)、旋流预脱气器(2)、消能器(4)、油室(15)、排沙系统,其特征在于:旋流预脱气器本体(2)具有主壳体(2-1),主壳体内设有支撑板(2-4),支撑板周边设有平衡孔(2-5),支撑板中间设有挡液管(2-6),挡液管上方设有捕雾罩(2-3),主壳体上端设有出气接管(2-2),在主壳体侧壁,支撑板下方设有切向进口管(1),主壳体下端设有出液直管(2-7),主壳体与三相计量分离器壳体(23)连接,旋流预脱气器的主壳体(2-1)的轴向与油水气切向进口管(1)成弧度角θ为0~50°,消能器本体(4)具有消能板(4-6)和档板(4-1),消能板(4-6)开有孔I(4-5)、孔II(4-3)和孔III(4-4),孔I(4-5)为连接旋流预脱气器的直管通孔,孔II(4-3)是靠近壳体(23)的按正三角形排列的孔集合,孔III(4-4)是环绕旋流预脱气器的按正方形排列的孔集合,档板(4-1)上部开有栅孔(4-2),油室(15)置于壳体(23)之内,油室(15)具有凸体(15-1)、主壳体(15-2)及连通管(15-3),油室主壳体(15-2)上部开口,部分边缘连接凸体(15-1),下部有底,底上连接连通管(15-3),凸体(15-1)与主壳体(15-2)连接在一起,凸体(15-1)留有缺口,其弧度角θ‘为20~340°,连接管(15-3)上端连接主壳体(15-2)底部,下端连接油出口接管(18),排沙系统包括分离器本体,在分离器本体一端设有旋流预脱气器(2),在旋流预脱气器外端部侧面设有油水气进口接管(1),旋流预脱气器顶部经分流阀(7)与分离器本体相接,旋流预脱气器顶部经控制阀(10)与气出口壳体(13)相接,气出口壳体上方设有气出口接管(11),气出口壳体内设有捕雾器(12)、通孔(14)与分离器本体相接,旋流预脱气器下端设有消能器(4)、碟形转向器(5)、排沙斜板(6),分离器本体内,旋流预脱气器、消能器旁设有整流器(8),整流器与排沙斜板之间留有间隙,分离器本体底部设有水出口接管(19),分离器本体内设有油室(15),油室壳(16)下设油出口接管(18),在分离器本体内设有前冲沙水管(22)、中冲沙水管(20)、后冲沙水管(17),所说排沙斜板(6)与壳体(23)以弧度角α方向连接在一起,弧度角α为0~10°。
2、根据权利1所述的一种用于油水气三相计量的分离器,其特征在于:所说流预脱气器的主壳体(2-1)的轴向与油水气切向进口管(1)成弧度角θ为20~30°。
3、根据权利1所述的一种用于油水气三相计量的分离器,其特征在于:所说消能器本体的消能板(4-6)中开的孔II(4-3)直径大于孔III(4-4)直径,孔II(4-3)排列密度大于孔III(4-4)排列密度,消能板(4-6)中开的孔II(4-3)的直径为3~5mm,孔间距为6~10mm;孔III(4-4)的直径为为2~4mm,孔间距为4~8mm,档板(4-1)上部开有栅孔(4-2),栅孔(4-2)的宽度为5~15mm。
4、根据权利1所述的一种用于油水气三相计量的分离器,其特征在于:所说凸体(15-1)高度为0.005~0.05m。油在所说主壳体(15-2)内停留时间为1~10分钟。
5、根据权利1或4所述的一种用于油水气三相计量的分离器,其特征在于:所说凸体(15-1)留有缺口,其弧度角θ‘为120~240°,凸体(15-1)高度为0.005~0.02m,油在所说主壳体(15-2)内停留时间为2~5分钟。
6、根据权利要求1所述的一种用于油水气三相计量的分离器,其特征在于:所说排沙斜板(6)与壳体(23)以弧度角α方向连接在一起,弧度角α为3~7°
7、根据权利要求1所述的一种用于油水气三相连续计量分离器的排沙系统,其特征在于所说水出口接管(19)经循环水支管(ZG1)、阀III(V3)与阀II(V2)、循环水泵(P1)相接,循环水泵(P1)经阀I(V1)分别与前冲沙水管(22)、中冲沙水管(20)、后冲沙水管(17)相接。
8、根据权利要求1所述的一种用于油水气三相连续计量分离器的排沙系统,其特征在于所说前冲沙水管(22)具有总管(22-1),总管(22-1)下端分叉成左支管(22-2)、中支管(22-3)、右支管(22-4),总管管径大于支管管径,中间支管管径大于左、右支管管径,左、右支管管径相等,中间支管长度大于左、右支管长度,左、右支管长度相等,左支管、中间支管、右支管下端与壳体(23)成弧度角β为0~90°,水出口接管(19)右边的冲沙水管的(17)的支管和中间支管(22-3)、左支管(22-2)、右支管(22-4),其下端与壳体(23)成弧度角β为90~180°。
9、根据权利要求8所述的一种用于油水气三相连续计量分离器的排沙系统,其特征在于所说左支管、中间支管、右支管下端与壳体(23)成弧度角β为30~60°,水出口接管(19)右边的冲沙水管的(17)的支管和中间支管(22-3)、左支管(22-2)、右支管(22-4),其下端与壳体(23)成弧度角β为120~150°。
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