CN205687865U - 紧凑型高效立式三相分离器 - Google Patents

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李汉勇
陈家庆
雷俊勇
王俊颍
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Abstract

本实用新型公开了一种紧凑型高效立式三相分离器,包括外筒和离心分离结构,外筒的上端设有气体排出管,外筒下端设有原油排出管和除砂口,外筒侧面设有污水排出管,离心分离结构包括旋流器、聚结器和集油斗;旋流器的上端设有中心升气管,旋流器的侧面的上部设有流体切向导入管;聚结器包括下导流分离腔和上导流分离腔,下导流分离腔的侧壁设有切向入口管;集油斗通过中心管与原油排出管连接;旋流器的下部通过立管与聚结器的切向入口管相连。由于进入重力沉降阶段的油水两相已排出大部分气体且经过聚结处理,重力分离性能将显著提高,同时也不会降低分离器处理产液量、气量以及含水率大幅度变化的能力,操作弹性较大,分离过程集合重力、离心、聚结等分离原理,分离效率高。

Description

紧凑型高效立式三相分离器
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种油水分离器,尤其涉及一种紧凑型高效立式三相分离器。
背景技术
[0002]在线、紧凑型分离技术和设备将在油气集输工艺流程中扮演越来越重要的角色。通过充分利用离心力场等原理,大幅度减小分离设备的占地面积和体积,甚至将部分主体工艺流程中的分离设备做成管状结构而“嵌入”在流动管线之中。与传统的游离水脱除器、重力沉降等设备相比,水力旋流器用于高含水原油预分离具有结构简单、体积小、重量轻、没有运动部件、和处理时间短(仅为几秒钟)等特点。在预分离过程中,水力旋流器能够脱除高含水原油中的大部分水相,其典型的脱水率为50%。
[0003]同时由于边际油田开发对经济条件非常敏感,所以必须针对不同情况,采用适宜的有效技术,实现边际油田的经济开采。例如,针对外围区块单井产量低的特点,国外部分油田采用适合外围低产油田的单管环状掺水保温、单井软件量油流程,应用简易井口,简化单井计量工艺;应用油气混输栗进行油气混输,改三级布站为二级布站。
[0004]近十年来,西方发达国家开始提出在油气田地面工程领域采用橇装式前置处理工艺的思想,希望通过将多种在线高效紧凑型分离器集成在一个系统中,完成油井产出液(含有油、气、水和砂)所需的各种处理要求,如原油预脱水、污水密闭处理就地回注等,但现有技术中还没有这样的系统。
发明内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种分离过程集合重力、离心、聚结等分离原理,分离效率高的紧凑型高效立式三相分离器。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]本实用新型的紧凑型高效立式三相分离器,包括外筒和离心分离结构,所述的外筒的上端设有气体排出管,所述的外筒下端设有原油排出管和除砂口,所述的外筒侧面设有污水排出管,所述离心分离结构包括旋流器、聚结器和集油斗,所述旋流器的下半部从所述外筒的顶部插入到外筒的内部,所述聚结器和集油斗设于所述外筒的内部;
[0008]所述旋流器的上端设有中心升气管,所述旋流器的侧面的上部设有流体切向导入管,所述旋流器内设有椎板伞帽,所述椎板伞帽上设有气压平衡孔;
[0009]所述聚结器包括通过中心外管连接的下导流分离腔和上导流分离腔,所述下导流分离腔的侧壁设有切向入口管,所述下导流分离腔内设有起旋器;
[0010]所述集油斗的下部连接有中心管,所述中心管自上而下穿过所述上导流分离腔、中心外管和下导流分离腔与所述原油排出管连接;
[0011]所述旋流器的下部通过立管与所述聚结器的切向入口管相连。
[0012]由上述本实用新型提供的技术方案可以看出,本实用新型实施例提供的紧凑型高效立式三相分离器,由于进入重力沉降阶段的油水两相已排出大部分气体且经过聚结处理,重力分离性能将显著提高,同时也不会降低分离器处理产液量、气量以及含水率大幅度变化的能力,操作弹性较大,分离过程集合重力、离心、聚结等分离原理,分离效率高。
附图说明
[0013]图1为本实用新型实施例提供的紧凑型高效立式三相分离器的工作原理图;
[0014]图2为本实用新型实施例中内部离心分离部件的工作原理图;
[0015]图3为本实用新型实施例提供的紧凑型高效立式三相分离器的结构示意图。
[0016]图中:
[0017] 1-流体切向导入管;2-旋流器;3-椎板伞帽;4-中心升气管;5-水堰板;6_立管;7_污水排出管;8-切向入口管;9-除砂口; 10-原油排出管;11-起旋器;12-下导流分离腔;13-中心外管;14-上导流分离腔;15-集油斗;16-分离器外筒;17-气体排出管;18-中心管。
具体实施方式
[0018]下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。
[0019]本实用新型的紧凑型高效立式三相分离器,其较佳的具体实施方式是:
[0020]包括外筒和离心分离结构,所述的外筒的上端设有气体排出管,所述的外筒下端设有原油排出管和除砂口,所述的外筒侧面设有污水排出管,所述离心分离结构包括旋流器、聚结器和集油斗,所述旋流器的下半部从所述外筒的顶部插入到外筒的内部,所述聚结器和集油斗设于所述外筒的内部;
[0021]所述旋流器的上端设有中心升气管,所述旋流器的侧面的上部设有流体切向导入管,所述旋流器内设有椎板伞帽,所述椎板伞帽上设有气压平衡孔;
[0022]所述聚结器包括通过中心外管连接的下导流分离腔和上导流分离腔,所述下导流分离腔的侧壁设有切向入口管,所述下导流分离腔内设有起旋器;
[0023]所述集油斗的下部连接有中心管,所述中心管自上而下穿过所述上导流分离腔、中心外管和下导流分离腔与所述原油排出管连接;
[0024]所述旋流器的下部通过立管与所述聚结器的切向入口管相连。
[0025]所述外筒上端的气体排出管与所述旋流器上端的中心升气管相连。
[0026]本实用新型的紧凑型高效三相立式分离器,分离器外部设计依托重力沉降斯托克斯公式,可以满足直径为ΙΟΟμπι油滴沉降为分离器具体参数设计依据。高效三相立式分离器的参数控制与传统立式分离器类似。但由于进入重力沉降阶段的油水两相已排出大部分气体且经过聚结处理,重力分离性能将显著提高,同时也不会降低分离器处理产液量、气量以及含水率大幅度变化的能力,操作弹性较大。
[0027]聚结器的工作原理是:
[0028]如图2所示,分离器内部的离心分离部件利用了自由涡与强制涡的组合涡。当油和水在做旋流运动时,产生20〜50g的离心加速度,借助油和水之间的密度差而使油中的水能够实现聚结和离心沉降。水在离心力的作用下向周围运动,而油则相对集中在漩涡中心处。在漩涡中心处为强制涡流,而强制涡流的自由液面为开口向上的抛物线,在中心处压力很低,因此分离出的油和一部分气体从中部通过导管流出。
[0029]设计充分利用离心分离原理,进行三相分离预脱水设备的初步结构设计。采用计算流体动力学(CR))数值模拟技术,使用Fluent软件包的前处理器Gambit进行初级预脱水设备的三维实体建模,借助求解器中的适当多相流模型和湍流模型,模拟不同入口气/液相流量和压力条件下设备内的压力场、速度场、多相流各相组分分布场等信息,计算分离器的理论分离效率;分析讨论核心分离元件结构尺寸参数对分离效果的影响,进而确定较为合理的结构尺寸参数。应用压力容器的相关知识,完成三相分离预脱水设备的完整结构设计。
[0030]基于上述工作,所设计的三相立式分离器包括重力分离腔、气液旋流分离部件和旋流器等。整个分离器为撬装式结构,可直接接入油气水连接管线中。
[0031]由于采用了上述技术方案,本实用新型具有如下优点和效果:
[0032] (I)分离过程集合重力、离心、聚结等分离原理,分离效率高;
[0033] (2)原油在分离器内停留时间很短(90s),从而使分离器体积大幅度减小,减少了占地面积;
[0034] (3)分离器下部旋流器形成的涡流所产生的离心力仅为(20〜50)g,避免了内部流场强烈的剪切作用,提高了分离器的分离效率和分离能力;
[0035] (4)由于进入重力沉降阶段的油水两相已排出大部分气体且经过聚结处理,重力分离性能将显著提高,同时也不会降低分离器处理产液量、气量以及含水率大幅度变化的能力,操作弹性较大;
[0036] (5)结构紧凑,处理量大。
[0037] 具体实施例:
[0038] 参照图1〜图3,一种紧凑型高效立式三相分离器装置,包括外筒16和内部离心分离结构组成,离心分离结构由旋流器、聚结器和集油斗组成。分离器外筒16主体尺寸按照停留时间和液滴终端速度来确定,利用重力沉降原理净化后的水从底部排入由水堰板5构成的集水室。少量气体通过顶部捕雾器后由外筒上端的气体排出管17排出。所述的外筒上端的气体排出管17与所述的离心分离结构的旋流器上端的中心升气管4相连。所述的外筒下端设有原油排出管1和除砂口 9,所述的外筒侧面设有污水排出管7。
[0039]所述的离心分离结构的旋流器利用离心分离原理分离出绝大部分的气体,所述的旋流器包括流体切向导入管1、旋流器2、椎板伞帽3、中心升气管4,伞帽3上设计有气压平衡孔,随液体向下流动的部分气体在储液区内经过气浮分离可从伞帽孔中返回。气体中在高速切向旋转情况下,在中心形成负压,折返后从中心升气管4流出。
[0040]所述的离心分离结构的旋流器通过立管6与下部进入离心分离结构的聚结器的切向入口管8相连。
[0041]所述的离心分离结构的聚结器包括切向入口管8、下导流分离腔12、起旋器11、中心外管13、中心管18、上导流分离腔14、集油斗15和原油排出管10。所述的离心分离结构的聚结器利用自由涡与强制涡的组合涡,使油中的水能够实现聚结和离心沉降。水在离心力的作用下向周围运动,而油则相对集中在漩涡中心处。在漩涡中心处为强制涡流,而强制涡流的自由液面为开口向上的抛物线,在中心处压力很低,因此分离出的油和一部分气体从中部通过集油斗15经原油排出管10流出。
[0042]以上所述,仅为本实用新型较佳的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种紧凑型高效立式三相分离器,其特征在于,包括外筒和离心分离结构,所述的外筒的上端设有气体排出管,所述的外筒下端设有原油排出管和除砂口,所述的外筒侧面设有污水排出管,所述离心分离结构包括旋流器、聚结器和集油斗,所述旋流器的下半部从所述外筒的顶部插入到外筒的内部,所述聚结器和集油斗设于所述外筒的内部; 所述旋流器的上端设有中心升气管,所述旋流器的侧面的上部设有流体切向导入管,所述旋流器内设有椎板伞帽,所述椎板伞帽上设有气压平衡孔; 所述聚结器包括通过中心外管连接的下导流分离腔和上导流分离腔,所述下导流分离腔的侧壁设有切向入口管,所述下导流分离腔内设有起旋器; 所述集油斗的下部连接有中心管,所述中心管自上而下穿过所述上导流分离腔、中心外管和下导流分离腔与所述原油排出管连接; 所述旋流器的下部通过立管与所述聚结器的切向入口管相连。
2.根据权利要求1所述的紧凑型高效立式三相分离器,其特征在于,所述外筒上端的气体排出管与所述旋流器上端的中心升气管相连。
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CN108939615A (zh) * 2018-07-19 2018-12-07 北京石油化工学院 一种基于新型分离外筒改进方法的紧凑型立式分离装置

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