油气分离效率

2024-05-21

油气分离效率（精选八篇）

油气分离效率篇1

发动机运行时,燃烧室内部分可燃混合气和燃烧产物经过气缸和活塞间隙、气门导管和气门杆间隙、增压器的轴承润滑间隙窜入到曲轴箱内[1]。窜气碰到曲轴箱内飞溅起来的机油雾滴和高温下产生的机油蒸气可导致曲轴箱内压力过高,造成机油泄漏、油底壳炸裂等问题的发生[2,3]。为防止曲轴箱压力过高,早期采用曲轴箱自然通风系统,借助于气管与曲轴箱之间的压力差使曲轴箱与大气相通进行“呼吸”。但研究[4]表明:根据不同的应用场合,曲轴箱排放物最高可达柴油机排放物的35%。为降低曲轴箱排放物对环境造成的污染,目前主要采用曲轴箱强制通风系统,把曲轴箱排放物吸入进气管,最终进入到发动机燃烧室内参与燃烧。但机油的主要成分为重质烃,在燃烧室燃烧后容易产生大量的碳烟,且这些机油液滴和碳烟会沿途污染各类信号传感器,影响增压器、中冷器、喷孔等的工作性能和使用寿命[5,6]。

油气分离器作为发动机曲轴箱通风系统的重要组成部分,其对油气的分离能力直接影响着柴油机的经济性、可靠性和排放性能。鉴于油气分离器的重要性,本文对新型六缸天然气气体机的油气分离器进行了选型、设计、试验研究,确保曲轴箱内压力和温度的稳定性及油气分离器较高的分离效率,旨在通过简单有效的试验验证方法,为分离器的设计和理论研究提供一定的指导。

1 油气分离器的选型

目前发动机使用较多的油气分离器为旋风式油气分离器、过滤式油气分离器和迷宫式油气分离器等。旋风式油气分离器依靠气液两相流从旋风式油气分离器切向方向的进气口流入时产生的离心作用来迫使油滴从两相流中被分离,此类油气分离器结构简单,但外置安装需要增加辅助管路[7,8]。过滤式油气分离器依靠过滤材质使得气相中携带的油滴被过滤粘附,从而使油滴得以分离,此类油气分离器结构简单,但外置安装需要增加辅助管路,且滤芯要定期更换[9,10]。迷宫式油气分离器利用交错的隔板对气流的阻挡作用,迫使气流发生变向流动,从而使油滴在惯性作用下从气相中被分离出来,此类油气分离器结构简单且工作可靠,但内部结构对分离效率影响显著[11,12]。对这三种油气分离器优缺点进行对比分析认为,本文的新型六缸天然气气体机更适合选用内置迷宫式油气分离器。主要原因为:(1)通过粗分离和精细分离的迷宫式油气分离器两级分离,不需要滤网滤芯过滤,免除用户后续使用成本;(2)分离出来的机油与水分大部分在气缸体内循环,水气混合物在气缸罩内蒸发气化,排放出去的绝大部分为水气混合物,由于温度较高不存在凝固现象,可以有效地解决气体机外置式油气分离器在冬天易结冰的问题;(3)内置迷宫式油气分离器分离出来的机油直接流回气缸体内,可以减少外挂分离器的支架、回油管、分离器连接胶管等零件,且只需要一条通气管连接就可与柴油机形成闭式循环,成本空间降幅大,整机紧凑,性价比高。

2 油气分离器的设计

由于新型六缸天然气气体机的缸盖罩内空间有限,该油气分离器布置在缸盖罩上面,主要由缸盖罩迷宫、进出气口、孔板和隔板组成,如图1所示。入口处有一块与入口平面成45°的入口挡板,目的是阻挡摇臂、弹簧等飞溅起来的大颗滴油,初步拦截一部分油滴,同时对入口处的气流起导向作用。中间为粗分离和精细分离的迷宫式油气分离器两级分离,经粗滤分离器把大颗粒的油滴沉淀下来,通过粗滤盖板的粗滤回油管流回曲轴箱;经粗分离的油气混合物再经精滤分离器把更细小的油气混合物截流下来,形成油滴,聚集到精滤盖板的回油管上流回曲轴箱。粗滤回油管和精滤回油管都设计成U型结构,在U型结构中充满机油,可以阻挡曲轴箱里面的废气从此处通过,而机油通过压差流回发动机内部,这样保证了迷宫式油气分离系统的密封性。

内部孔板和挡板的布置形式如图2所示。采用孔板与挡板的结构,进行分离器内部隔板和挡板结构尺寸和安装距离的优化组合,可使曲轴箱窜气在每一块孔板处气体的流动速度都得到加大,较大的流动速度使得油滴运动惯性增大,从而更容易撞击在孔板后的挡板上,增大油气分离的效率。新设计的迷宫式油气分离器粗滤孔板1为直径5.0mm的35孔孔板,粗滤孔板2为直径5.0mm的25孔孔板,精滤孔板为直径2.5mm的25孔孔板,孔板与挡板的间距均为5mm。在入口处,粗滤1、粗滤2、精滤3后面都布置了压力和温度传感器,以测得迷宫内压力和温度的分布。曲轴箱窜气从进气入口进入以后,通过粗滤多孔板1、粗滤多孔板2和粗滤挡板1和粗滤挡板2的两次撞击作用,把大颗粒的油滴沉淀下来,然后再通过精滤多孔板和精滤挡板的加速和撞击作用,把更细小的油气混合物截留下来。

3 分离效率试验方案的设计

试验采用六缸直列式压缩天然气气体机,缸径123mm,排量10.3L,每缸四气门。分别对开式油气分离通风系统和闭式油气分离通风系统两种方案进行试验研究。首先采用活塞漏气量仪AVL442测量气体发动机全负荷2 100r/min转速时曲轴箱的窜气量,然后用油气收集工装测出窜气量不同时的回油量与窜油量,从而计算得到曲轴箱不同窜气量情况下的油气分离效率。燃烧室中可燃混合气和已燃气体通过活塞组与气缸之间的间隙漏入曲轴箱空间内,称为窜气。窜气量的调整主要通过选用不同活塞环来进行。油气分离效率为回油量占总油量的比值,其中总油量为回油量与窜油量之和。

图3为开式油气分离通风系统的试验台架流程图。在迷宫式油气分离装置的出气口处接上自制油气收集工装,再将收集工装的出口与外界大气相通,无需采用压力控制阀(pollution-control valve,PCV)。油气收集工装2收集得到分离器分离出的机油,此部分机油量简称回油量。油气收集工装1收集得到迷宫式油气分离器未分离出来的机油,此部分机油量简称窜油量。试验在气体机全负荷2 100r/min工况下,分别通过改变活塞环的大小对100、120和180L/min三种窜气量进行试验数据采集,每种窜气量下每10min记录一次,共测6次,并对测量量进行加权平均。

图4为闭式油气分离通风系统的试验台架流程图。在迷宫式油气分离装置的出气口处接上PCV控制阀,再将PCV控制阀的出口与油气收集工装1相接,油气收集工装1的出气口接到空气滤清器后方的进气管。PCV控制阀的作用是调节曲轴箱内的压力并防止气体倒流。测量时,具体步骤与开闭式油气分离通风系统相同。

4 试验结果与分析

4.1 窜气量改变对迷宫分离器内部温度的影响

当油气混合气进入迷宫式分离器后,由于油滴和气体的密度不同,较大的油滴在流动中由于惯性的作用撞击到分离器的内壁和挡板上被吸附下来。然而,天然气的主要成分是甲烷CH4,与燃用柴油相比,天然气燃料的氢碳比高,燃烧过程中生成的水较多。一部分的水蒸气会从活塞缝隙窜入曲轴箱,然后经曲轴箱通风系统进入油气分离器。当油气分离器内温度降低到一定值,窜气中的水蒸气发生冷凝,通过回油孔落回油底壳,造成机油“乳化”现象,导致发动机磨损加快,性能变差,因此,油气分离器中的温度成为重要的监测指标。试验表明:不同方案在保持发动机油门开度全开(即全负荷)工况下曲轴箱的窜气量分别为100、120、180L/min时,迷宫内的温度由入口后到出口整个过程基本上是逐渐降低的,而且在粗滤2前后温度下降最大,在粗滤1和精滤的前后温度下降相对较小。对比图5和图6可知,不管是开式还是闭式油气分离通风系统,迷宫内每一个测试点的温度均随窜气量的增大而增大。这是因为随着窜气量的增大,其带入迷宫内的热量也增多,在缸盖罩迷宫散热系数不变的情况下,迷宫内的温度增加。在两种系统中,进出口的温差最大值约为7℃,在闭式油气分离通风系统下,每个测试点的温度均低于开式系统。这是因为开式通风系统的出气口为大气压力,而闭式通风系统的出气口低于大气压力,导致迷宫内形成负压,有利于曲轴箱内的气体快速流出,所以其温度相对要低一些。窜气量为180L/min时,开式通风系统迷宫入口处温度达到最高值101.6℃,而闭式通风系统的最高温度出现在第一层粗滤隔板处,为96.6℃。

4.2 窜气量改变对迷宫分离器内部压力的影响

压力损失是衡量分离器性能的重要指标,其主要是气流运动撞击迷宫内壁面而产生的动能损耗。过大的压力损失也会导致混合气流出分离器后无法有效地通过压力调节阀被吸入进气管,因此在保证分离效率的情况下,应尽量减小分离器的压力损失。试验结果如图7和图8所示。

由于开式通风系统的出气口直接与大气相通,不会对曲轴箱内部产生抽吸作用,所以内部压力大于大气压,在迷宫出口处压力接近环境压力。当窜气量为180 L/min时,迷宫内窜气压力最大为1.1kPa,此工况下的压力损失达到最大值0.9kPa;而窜气量为100L/min时,迷宫内窜气压力最大为0.4kPa,此工况下的压力损失值为0.3kPa。

在闭式通风系统中,发动机全负荷运转时,进气流量大,迷宫内部在发动机进气管的吸附作用下真空度较大,会对曲轴箱内的窜气产生抽吸作用,整个缸盖罩迷宫内都处于一定的真空状态。当窜气量为180L/min时,在迷宫入口与粗滤隔板之间的压力损失几乎为零,但其总压损为1kPa,当窜气量为100、120L/min时,粗滤1后与粗滤2后之间的压力损失几乎为零。

比较两种方案结果表明:缸盖罩迷宫内的压力损失均随流速的增大而增大,原因是流速增大会造成分离器内的气体旋流的旋转强度增强,并导致缸盖罩迷宫内的气流与气壁间的摩擦加剧,从而增加能量损耗,导致压力损失的增加。缸盖罩迷宫内的压力都是在粗滤1和粗滤2处损失较小,在精滤前后窜气的压力损失最大。这是因为粗滤处有较大的流通面积,而精滤处流通面积相对要小很多,从而导致压力损失较大。

4.3 窜气量改变对分离效率的影响

窜油由试验台架的油气收集工装1回收,工装由外壳与滤芯组成,有入口与出口两端,窜气经工装流过时未被分离的机油由滤芯吸收,试验完毕后称重工装1得到的质量与试验前工装1质量之差即为窜油量。回油由油气收集工装2回收,迷宫式油气分离装置分离出的机油直接流入工装2,试验完毕后称重工装2得到的质量与试验前工装2质量之差即为回油量。

如图9和图10所示,曲轴箱的窜气量增加时,回油量增加较快,但窜油量增加很小,因此发动机转速不变时,在曲轴箱窜气量增加的情况下,分离效率持续增加。如图11所示,在较大窜气流量工况点下能够获得80%以上的分离效率,在180L/min时,两种通风系统都获得87%左右的分离效率,说明该油气分离器在较大窜气流量时均具有较可靠的分离性能。在窜气量为100L/min时,开式通风系统油气分离效率约为70%,而闭式通风系统约为80%。在100~180L/min内,闭式通风系统的分离效率都比开式通风系统的高,最高约达10%,即闭式通风系统下分离器的可靠性更高。

5 结论

(1)在发动机全负荷、标定转速下,窜气量改变时,迷宫分离器内部的温度也跟随着变化,总体上缸盖罩迷宫内各点的温度随窜气量的增大而增高,但增幅不大。开式系统最高温度基本都保持在100℃附近,闭式系统最高温度基本都保持在95℃附近,总体上,闭式系统要比开式低5℃左右,而经过迷宫式油气分离器后闭式和开式系统三种窜气量工况下的温降约为7℃。

(2)在发动机全负荷、标定转速下,窜气量改变时,迷宫分离器内部的压力随窜气量的增大而增大。在开式分离系统中,最大压力在180L/min时,达到1.1kPa,压损达到0.9kPa;在闭式系统中,最大压力出现在180L/min时,达到-0.4kPa,压损达到1.0kPa,但都在允许范围之内。

(3)在发动机全负荷、标定转速下,窜气量改变时,分离器的分离效率随着窜气量的增大而增大,在180L/min时闭式和开式系统都达到约87%的分离效率,而窜气量小于180L/min时,闭式分离系统的分离效率比开式分离系统最高可高出约10%。

(4)试验结果表明:在各种工况下,新型迷宫式油气分离装置在闭式通风系统下的油气分离效率比在开式通风系统下的具有更高的可靠性和更高的效率。

摘要：针对一款六缸天然气气体机新产品,进行了内置迷宫式油气分离器选型、设计和试验研究。在全负荷、标定转速工况下,油气分离器内部温降约为7℃,相同窜气量时闭式迷宫分离器内部的温度要比开式的低约5℃。分离器的内部压力随窜气量的增大而增大。分离效率随着窜气量的增大而增大,在180L/min时闭式和开式系统都达到约87%的分离效率,而流量小于180L/min时闭式分离系统的分离效率比开式分离系统最高可高出约10%。试验结果表明:分离器内部隔板和挡板结构尺寸和安装距离的优化组合、窜气量的大小、开式油气分离通风系统或闭式油气分离通风系统方案的选择都是影响油气分离器分离效率的关键因素。

关键词：内燃机,气体机,迷宫式油气分离器,开式循环,闭式循环,分离效率

参考文献

[1]王定祥,邓文辉,张斌,等.与废气涡轮增压器相关的4种柴油机故障分析[J].工程机械,2006(8):58-65.WANG D X,DENG W H,ZHANG B,et al.Analysis on 4kinds of diesel engine failures related to exhaust gas turbocharger[J].Construction Machinery and Equipment,2006(8):58-65.

[2]贾凯雄,雷永莉,郑松柏.CAT3512柴油发动机曲轴箱窜气的分析与研究[J].工程技术,2009(12):35.JIA K X,LEI Y L,ZHEN B S.Analysis and research of the blow-by of crankcase based on diesel engine CAT3512[J].Engineering Technology,2009(12):35.

[3]王海洋.大功率中速柴油机曲轴箱油雾爆炸分析[J].柴油机,2013,35(6):56-57.WANG H Y.Analysis of crankcase oil mist explosion on the high-power medium-speed diesel engine[J].Diesel Engine,2013,35(6):56-57.

[4]李积轩.柴油机曲轴箱排放物控制进展[J].船舶物资与市场,1996(6):23.LI J X.The progress of emission control of the diesel engine’s crankcase[J].Ship’s Materials and Market,1996(6):23.

[5]宗隽杰,倪计民,邱学军,等.曲轴箱通风系统油气分离器的性能研究[J].内燃机工程,2010,31(4):86-91.ZONG J J,NI J M,QIU X J,et al.Study on performance of air/oil separator in crankcase ventilation system[J].Chinese Internal Combustion Engine Engineering,2010,31(4):86-91.

[6]陈然,崔光超,郭洪山,等.BFM2012型柴油机曲轴箱通风系统油气分离器改进[J].柴油机,2010(6):20-24.CHEN R,CUI G C,GUO H S,et al.Improvements of diesel engine BFM2012crankcase ventilation oil-gas separator[J].Diesel Engine,2010(6):20-24.

[7]蔡小伟.柴油机曲轴箱强制通风系统的试验研究与开发[J].柴油机,2011,33(3):42-45.CAI X W.Experimental research and development of forced ventilating System of diesel engine’s crankcase[J].Diesel Engine,2011,33(3):42-45.

[8]EASTWICK C N,SIMMONS K,WANG Y,et al.Study of aero-engine oil-air separator[J].IMechE:Part A:Journal of Power and Energy,2006,220(3):707-717.

[9]范娣,战红红.油气分离器的改进方案[J].内燃机与动力装置,2007(3):44-45.FAN D,ZHAN H H.Improvement plan of oil&gas separator[J].Internal Combustion Engine&Powerplant,2007(3):44-45.

[10]陈小波,金俊宇.一种气缸盖罩油气分离室的设计[J].装备制造技术,2012(3):16-18.CHEN X B,JIN J Y.Oil mist separator design of cylinder head cover[J].Equipment Manufacturing Technology,2012(3):16-18.

[11]GENG Z M,CHEN J,HULL J B.Analysis of engine vibration and design of an applicable diagnosing approach[J].International Journal of Mechanical Sciences,2003,45(8):1391-410.

油气分离效率篇2

本文结合海洋油气工艺处理的特点对目前海洋油气开采用的油水分离器技术性能进行了分析，探讨了决定分离效率的关键因素以及此类设备果对深水油气开采的影响，阐明水下油水分离设备作为整个工艺处理流程的上游设备的重要性。

【关键字】海洋油气油水分离水下生产系统

前言

海洋中蕴含了很多的资源，对海洋资源的开发和利用受到了人们的广泛关注，如何应用高效的油水分离设备对海洋中蕴含的石油资源进行油水分离，海洋油气开采中始终关注的问题。

1.油水分离方法概述

1.1重力式分离

重力式分离是最基本的油水分离方法，根据油、气的相对密度存在差异，在特定的环境下（压力、温度等）会达到平衡的混合物状态，然后就会形成一定比例的水相和油相。按照斯托克斯公式，沉降速度与油中水的半径平方成正相关，较轻的成分在层流状态下，较重的成分会按照一定的规律沉降，同时这种沉降活动还与水油的密度差成反比。在实际操作中，可以利用斯托克斯公式的原理，增大水分的密度，降低油液的粘稠度来提高分离的速度，达到提高分离效率的目的。

1.2离心分离

由于油、水的密度不同，油水混合物在旋转分离过程中的油和水会产生不同的离心力，通过这种差异把水、油进行分离。依靠离心设备在工作过程中会产生的高转速来保证分离效果。此类分离对油水混合物在设备中的停留时间要求较低。

离心设备的处理能力及其维护是制约其使用的重要因素。例如水力旋流器就是一种利用离心原理工作的设备，这种设备可以用于连续相的液体与分散相的颗粒的分离。分散相的颗粒与连续相的液体在分离过程中，二者的密度差越大，则越容易分离。分散相的直径会对分离造成影响，即直径越大，两者反向运行时的速度差异就越大，也就越容易分离。

2.水下油水分离技术影响因素

2.1内部因素

海洋石油开发中采用的水下油水分离设备的工作环境为深水、超深水，存在着实际气液比低和油水分离压力高等两个典型特征，而油水分离压力高是关键因素。为了提高油水分离效率，需要不断提高油水分离的压力。其主要原因是由于油水分离压力越高，液态烃的质量分数越低，水相和油箱的密度差越大，减少后续重力沉降的油水分离时间，进而提高分离效率。

2.2外部因素

2.2.1水深压力大

随着水深的不断增加，油水分离器的外壳所能承受的外压力也是不断增大的。例如水深超过600-800米时，需要承受的外部压力达到6米Pa，需要增加分离器的壁厚以抗击超大的水压。而在增加分离器厚壁的同时，就必须提高油水分离器的加工、焊接、热处理及水下安装等技术能力，以保证分离器的安全运行。

2.2.2环境温度低

温度对深水中的油、水分离有很重要的影响，温度越高原油的黏度相对越低，此种情况比较利于油水的分离，能够提高油水分离的效率。相反对油水分离会产生不利的影响。海底的水温度大约在2-4摄氏度，在海底对采出液进行加热比较困难，因此在该温度下原油的黏度较低，不利于油水分离。

3.海洋油水分离技术发展现状

自 20 世纪 70 年代初开始出现早期的水下生产系统以来，目前世界上有近 110 个工程项目投产，最大水深已达2600米。一些国际性大石油公司陆续与知名设备供应商合作，例如 ChevronTexaco 公司的DeepStar、挪威政府的De米o2000等，水下生产系统设备的垄断形式已经形成。

为了满足深水油田开发的需要，有必要在风险允许的前提下对海底油水分离技术进行根本性变革。近几年来国际石油公司投入巨资进行了相关的研发与应用实验。目前成功运行的里程碑式海底油水分离系统有： Troll C 油田的海底分离系统（ SUBSIS）；Tordis 油田的海底分离、增压系统（ SSBIS）。这 2 个项目的海底油水分离模块是基于重力沉降原理的常规卧式分离器。此外，法国道达尔（ TOTAL）公司在安哥拉开发的 Pazflor 油田所采用的油水分离装置是世界上第三个海底分离系统，但其主要偏重于海底气液分离。在现阶段，各个国家为了满足深水油田开发需求，对水下油水分离技术高度关注，并逐步向着高效的分离技术发展，其控制操作与安全保障是重点研究内容。

4.基于常规重力分离器的结构改进

4.1SUBSI 系统所用的海底油水分离器

SUBSIS 项目于2002 年8 月正式运行，系统工作水深340 米，所用海底油水分离器为长11.8 米、直径Φ2.8 米的常规卧式重力分离器，其额定工作压力16MPa，最大绝对压力18 MPa，设计处理量为417 m3/h，通过隔热措施把该分离器与海水进行隔开。为了达到确保水下作业顺利进行的目的，对该分离器的出入口进行设置，在入口处设置蜗形腔室达到降低采出液的流速。出口安装了一个堰板和一个附属挡板用来储存油相，堰板高度与分离器内水位探测器的最大高度相同。容器顶部的人孔作为2 个液位探测系统（核子探测系统和电感探测系统）的接入孔，在每个探测系统顶部垂直安装20 多个传感器（传感器间距100mm）。液位探测系统用来监测油水两相的界面和乳化层，核子液位监测系统还能监测气油两相的界面。

4.2CEC。早在1999年8月到2002年1月，挪威政府展开了DE米O计划，该计划是由KPS公司展开的，该公司致力于对海底油田进行开发，在开发过程中有一个比较重要的项目，即“紧凑型静电聚结器海底化”项目。该项目的主要目的是在海底进行原油脱水，在该项目中研发了一种高效的油水分离装置，即CEC装置，并且对该装置进行了资质认定工作。在本次研发过程中的具体成果如下：海底CEC装置可以安装在标准API导索架上独立回收。

5.结论

5.1海洋油气开采中的油水分离是影响最终获得的油气质量的重要因素；

5.2水下油水分离设备在传统的重力式分离设备基础上进行创新改造，已经具备在水下实现油水分离的能力；

5.3现有高效油水分离设备的内部构件特殊形状和位置的设计是影响其分离效率的关键因素之一；

5.4水下油气分离设备已经成为开采深水油气资源时的一种高性价比的方式，对深水油气开发具有重要意义；

参考文献：

[1] 丁艺，陈家庆.深水海底油水分离的关键技术分析[J]. 过滤与分离. 2009（02）.

油气分离效率篇3

1 油气分离设备的基本工作原理

油气分离设备在工作中, 主要采用的原理有利用重力分离、碰撞分离以及离心分离等方法进行油气分离。其中采用重力原理进行分离, 主要是因为原油和天然气的密度存在差异, 当二者处于相同的物理、化学条件时, 由于重力差异而得到明显的分离。在重力分离过程中, 采取的主要方法就是对容器空间范围进行增加, 从而降低等待分离的油气的压力, 进而将溶在密度差的作用下将天然气从油中分离出来。而离心分离主要利用了不同物质在回转过程中产生的离心力的不同, 并利用离心力作用分离油气, 因而离心分离是一种常见的分离器, 并在重力油气分离器入口的部位得到了广泛的应用。碰撞分离的基本原理就是利用油气分子在空间进行不规则运动时, 由于油气分期的激烈的运动而产生碰撞是将油气分离出来, 此方法作为一种常见的油气分离辅助性方法, 在气体中液态油的分离过程中得到了广泛的应用[1]。

2 油气分离设备的类型和特点

从油气分离设备的类型来看, 主要有卧式、立式之分。在油气集输中, 油气分离所采用的设备应结合实际需要进行针对性的确定。但随着我国油气事业的不断发展, 除了常规的卧式和立式油气分离设备在油气分离中得到了广泛的应用外, 越来越多的分离器得到了有效的应用。例如球形、双筒体的分离器。若根据分离器的目的来划分, 还可以分为计量式和生产式的分离器, 若根据分离器的功能来划分, 还可以分为油气两相分离器和油气水三相分离器, 而若按照工作压力来分, 又可以分为高压分离器、中压分离器、低压分离器以及真空分离器, 若根据其工作的温度来进行划分, 则可以分为常温分离器和低温分离器, 若根据分离的能量来源来分, 又可以分为重力分离器、离心分离器和混合分离器等。但不管采用哪种分离设备, 它们都具有相同的特点:即二者均是借助进料流体的内能, 并利用有效的内部分离结构, 且油气分离率较高。此外, 不管采用卧式还是立式分离设备进行分离, 二者均采用以下几种原理对油水界面进行了控制:一是利用界面浮子对排水阀的开度进行控制, 确保油水界面始终被控制的一定的高度之内, 且在分离器中均设立了隔板, 都有较大的有效容积, 能有效清除容器内的油泥和泥沙;二是二者均采用油堰对气液界面进行控制, 当原油排出容器前, 液面均会上升到油堰的高度, 且排油质量佳;三是在容器内均设置了水堰装置和油堰装置, 能有效控制进入水室和油室的液面, 并利用各自的界面浮子对排液阀进行控制, 从而有效控制水位和油位, 达到油气水分离的目的[2]。

3 油气集输中如何加强油气分离设备应用的相关研究

3.1 卧式分离设备在油气集输中的应用研究

卧式分离设备主要以卧式分离器为主, 该分离设备属于生产实用型, 在多种场合中得到了广泛地应用, 油气在油气比较大、气体和液体流量较大的油气分离处理更为有效。在应用过程中, 首先将油气水混合物置入分离器, 由入口分离器对油水气混合物分离成液气两相, 再将液相引入积液区, 在这一区域内, 因为油水具有不相溶性, 且油水存在密度差异, 这就将油水进行了分离并各自一层, 一般下部是水层, 上部是原油层, 或者乳状液层, 再将原油由上方流入存油室, 再从油阀将油排出, 从水阀将水排出, 并由油水界面对排水阀的开度进行控制, 且确保界面始终处于一定高度之内。而从分流器分离的气体经过重力沉降区且除雾之后再从分流器排出。但同立式分离设备相比较, 卧式分离设备的气液界面较大, 对于液珠沉降十分有利, 加上有的卧式分离设备为预防气流到来的扰动, 往往在沉降区都设置了倒流装置, 进而确保液体始终朝流向方向形成平稳区域, 对于气液分离具有十分明显的效果。

3.2 立式分离设备在油气集输中的应用研究

立式分离设备主要应用于油气比较低的油气混合物的分离。就立式分离器的结构来看, 上部主要是进口处的初分离器, 内部结构由分离的元件组成, 且初分离区的存在不同结构的装备, 如折流箱、切向进入装置等。切向进入的形式一般用于中压分离区和低压分离器, 折流箱应用方式十分广泛, 这样入口气流就会由于折流箱的作用形成多路气流, 且气流在分离器内壁上的冲击形成液态的薄膜, 并在贴容器的内壁进行环行螺旋状的运动, 从而明显的降低流体的动能, 从在油膜中轻易地分离气体, 当气液流经过分离之后, 液体和气体均得到分离, 液体往下流动进入积液区, 气体则在气体分离元件的分离下进行分离, 最后气体在扑雾网的作用下沉降液珠。因此立式的分离设备比卧式的分离设备相比, 所需要承受的液体波动更大, 但在液面控制方面的要求相对较低。

3.3 应用油气分离设备于油气集输时应注意的问题

一是经常检查液位控制装置和调节结构, 确保其能正常运行且灵敏可靠。二是控制适当的分离压力, 压力过高会影响来油管线的回压, 使分离后的原油溶有气体, 压力过低容易造成天然气管线进油。三是注意外界来油温度, 防止温度过低造成管线凝油阻塞。四是注意分离器保温情况, 尤其是对流动性差、容易冻结的部位加强保温防冻[3]。

4 结语

综上所述, 对油气分离设备在油气集输中的应用研究具有十分重要的意义。作为新时期背景下的油气集输人员, 应在油气分离过程中, 充分掌握油气分离设备的基本工作原理, 以及油气分离设备的类型和特点, 并结合实际需要针对性的选用分离器进行油气分离, 以最大化的确保油气分离的成效。

参考文献

[1]谢晓勤, 徐文超, 廖雍.油气分离设备在油气集输中的应用[J].石油和化工设备, 2012, 01:34-35+33

[2]刘婷婷, 刘延军, 聂鑫, 李开岐.油气集输设备发展概述[J].科技创新与应用, 2012, 17:60

管道式油气水高效分离技术篇4

目前我国原油开采的现状, 是越来越多的陆上油田已经进入开采的中后期, 将不可避免地遇到高含水采出液处理难题, 部分井液的含水率甚至高达90%以上。另一方面, 经过多年的努力, 我国海洋石油开采已经取得了显著成果, 仅2010年, 海上油气产量就达到了5180万吨, 占全国石油产量的25%左右, 初步建成了“海上大庆油田”。但由于海洋环境的特殊性, 海洋石油开采与陆上油田的产出液处理工艺相比存在着巨大差异, 海洋石油的开采需要更高新的技术, 来解决海洋平台作业所面临的采出液处理量大、高分离指标以及空间局促等问题。

针对采出液处理工艺现状, 以及越来越严格的环保排放标准, 油田开采濒临经济开采极限, 急需高效低成本的油气水处理技术, 而传统的处理技术固有的缺点在当代的需求中面临着被淘汰的命运。以适用范围最广, 技术工艺最为成熟的重力沉降罐为例, 其标准技术方案为建造具有一定体积的罐体, 使油水两相在其中静置停留, 利用重力使其分离。混合液停留时间越长, 处理效果也越好。然而, 随着含水率的增加, 沉降时间缩短, 使得一些老油田在新的开采工况下面临着污水处理无法达标的难题;而对于新油田和海上油田, 重力沉降因重量大、占地面积广、成本高、耐压性弱、效率低等问题, 其应用也受到很大限制。

由此可见, 我国油田生产在采出液处理方面, 尤其是针对较为复杂的油水分离作业, 具有较大的技术提升潜力。截至目前, 我国虽然在油水分离技术领域的研究工作取得了一些成果, 但核心技术部件在工业实践过程中应用较少, 还没有得到广泛的应用, 也没有产生可观的社会效益。究其原因, 一是我国多数研究工作仍处于借鉴国外已有的成熟研究中, 无论从理论基础还是工艺环节方面仍未能真正实现自主研发, 因此在经济成本及社会认可方面仍有待提高;二是已有的油水分离技术仍然面临诸如稠油开采、井下分离及深水作业等难题无法攻克, 导致成果应用和推广工作难以进一步实施;三是传统的旋流分离技术仍然存在压降巨大、流场非均匀、分离效率较低等无法回避的弊端。因此, 亟需研制新型油水分离技术, 以解决深水平台、深海海底及采油井下等不同环境下油水分离存在的技术难题。

二、主要研究成果

针对我国油井采出液分离技术发展的困境, 中国科学院力学研究所 (以下简称力学所) 提出了新型油气水处理技术, 旨在管路输送过程中即可实现油水分离, 在节省能源上发挥重大作用, 最大化实现提高原油开采经济效益的目的。因此, 针对油水动态分离这一工业实际难题, 立足新型油气水处理技术须满足技术要求及生产规范的基础上, 力学所率先提出管道式处理技术, 仅依靠物理的方法即可实现混合液流动状态下的分离, 攻克了困扰工业生产多年的技术难题。其技术核心主要包括以下3类:

1. T型分岔管路分离技术

该技术的基本原理是使油水混合液在流动过程中因受重力作用而自然分层:密度较大的水相下沉到管道的下部, 密度较小的油相上浮到直管的上部, 形成油水两相的分层流动[1]。当直管中分层的油水两相混合液达到上下T型分岔处时, 下管上层的油相沿竖直管上升流向上水平管, 而上管中下层的水相沿竖直管流向下水平管。这样通过多个T型分岔, 上直管中流动的就是含水极少的富油相, 而下直管中流动的就是含油极少的富水相, 使油水混合液在上下水平管和竖直管的流动过程中实现了油水的分层和含率的动态交换, 达到油水分离的目的。

2. 柱型管道式旋流分离技术

针对传统水力旋流器压降大, 处理量受最小横截面制约等缺点, 力学所对传统旋流器加以改进创新, 提出应用柱型管道式旋流分离技术进行油水分离作业。其主要结构为柱型管道, 使流体由切向入口进入, 并形成强旋流场, 最终通过离心作用完成油水分离[2]。因此, 针对柱型旋流技术的油水分离特性, 力学所开展了较为系统地研究[3], 力求设计出符合海上平台适用标准的柱形旋流器。保证该种柱型旋流器与T型管配合, 在实际生产中, 实现对含油气水混合液除去70%以上水的目标。

3. 导流片型管道式油水分离器

通过对井下油水分离技术和研究现状的调研, 分析井下油水分离的需求, 针对井底作业空间有限、处理量大等特点, 力学所开发了一种新型的分离技术和设备——导流片型管道式油水分离器[4]。其应用原理为在管道入口处安装一定数量的导流片并按周向均布, 可使通过流体沿轴向起旋。然后连接一段长度约为管径12倍的稳流直管段, 并配合一段逐渐缩径的除水管道, 在除水管道上沿管轴向方向开设多组除水孔。通过这种结构可以使油核富集于管道中心, 而水相从壁面附近排出, 从而完成分离任务[5]。

综上所述, 管道式油气水高效分离技术, 主要包括T型管分离技术、柱形旋流分离技术以及导流片型管道式分离技术等 (见图1) 。其中, 每一类分离技术及设备, 既可以作为油气处理过程中的核心部件单独使用, 也可以进行多级整合, 构成复合系统协同使用。工业现场应用表明, 这3类技术不仅具有可靠性高、处理量大、体积小、重量轻等诸多优点, 且各项分离指标均已达到业内领先水平。不仅如此, 它们还为石油工业领域彻底解决稠油开采、井下分离以及海底作业等世界级难题提供了技术支持。

三、技术成果转化及典型应用案例

管道式油气水高效分离技术的推广应用不仅能为油田带来极大的经济效益, 还能为环境保护提供了一种新的技术保障, 并给石油生产提供一种新的理念。从我国经济与科技发展的长远目标来看, 该技术的应用具有重要的社会价值和经济价值, 积极推进该技术的广泛应用具有重要意义。在促进该技术的实现方面, 力学所做了以下工作:

1. 面向油田积极推广技术运用

为了促进技术成果价值的实现, 力学所的研究人员积极在油田推进管道式油气水高效分离技术的运用, 如采取与油田沟通、详细介绍本技术的原理及优势等措施, 尤其通过在中海油深圳分公司的采油平台上进行现场测试, 演示给相关技术部门处理效果, 以提高该技术成果的知名度, 推动该技术成果进入生产线进程。

2. 与油田服务公司合作

与油田服务公司合作, 即授权他们推广管道式油气水高效分离技术, 研究人员提供关键技术的参数设计及后续调试等。通过这种方式, 使该技术在油田的扩大化中提供服务, 促进技术价值的实现, 例如, 力学所与辽河油田开展合作, 根据辽河油田具体的生产情况, 提供培训、关键结构参数设计、现场调试指导等服务, 成功地将该技术运用并推广到了现场工艺流程中。除此之外, 力学所还将该技术与其它技术一起打包为石油行业服务, 以实现该技术的工业应用。

3. 申请专利保护

管道式油气水高效分离技术的几个核心部件都极具市场竞争优势, 如管道式油水分离系统中的T型管道、柱型旋流器以及导流片型分离器等, 为了保护本技术成果, 力学所进行了系列化专利申请, 成功地实现了对该技术核心理念的保护。在对该专利的运用及保护方面, 专利权人组建了一个小组, 并对小组人员进行了明确分工:

(1) 定期对中华人民共和国知识产权局、中国专利信息中心等公开信息进行搜索、查询, 关注类似专利的公开和申请情况, 了解同行技术的进展及申请情况, 关注类似专利的申请情况。

(2) 专人负责与油田接洽, 到油田中去了解油田的需求, 并推广该技术的应用, 形式包括PPT演示、参观实验室、到已应用该专利的现场观摩等。

(3) 专人负责该专利室内实验室的建设、参数设计、数模计算、文本整理等, 以确保该专利在具体实施时的细节敲定及后续调试顺利完成。

(4) 专人负责与相关油田服务公司接洽并配合他们进行专利的推广应用工作, 并指导他们正确使用专利技术等。

与此同时, 为保障管道式油气水高效分离技术的推广应用和上述工作的顺利实施, 力学所组建了一个优秀团队作为人才支撑。团队包括固定工作人员9名, 项目聘用人员2名, 实验室3个, 合作公司1个, 并与中海油、胜利油田、辽河油田有多年的合作经历, 该团队能够保障上述制度的顺利实施, 并实现该技术的推广使用。经过多年来的努力, 力学所已经成功实现了该技术在中海油的现场实验, 在辽河油田的生产应用等。

基于上述工作的基础保障, 自2011年开始起, 针对辽河油田的现场工况及油品特性, 力学所提出将柱型旋流器用于辽河油田冷家采油厂13号站的油水分离生产线。用仅75mm直径、1.5米长的旋流管与一个小型沉降罐组合代替原3000m3的大型沉降罐以及4个300m3的分离罐的分离系统, 在脱水温度仅32℃低温条件下进行油水分离实验, 分离后, 油中含水率低达0.42%, 污水含油仅1.5mg/L, 远远超出原系统的分离指标 (见图2) 。

此外, 力学所还将二级T型管、旋流器以及复合脱水罐的组合工艺用于辽河油田冷家采油厂3号站的高粘超稠油 (黏度:40Pas-100Pas、密度:990kg/m3) 的油气水三相分离生产线。分离出合格的天然气, 脱出60%以上含水量, 污水含油率小于200mg/L, 积杂小于1000mg/L, 在不加温、不掺稀油条件下, 实现了超稠油的油气水分离, 攻克了超稠油分离难题 (见图3) 。

最后, 力学所将导流片型分离技术成功用于辽河油田曙光处理厂, 处理作业生产作业线中:在入口含油率15%、处理量5000方/日的情况下, 处理后的水中含油指标处理至165mg/L, 在优化处理流程的基础上同时优化了处理指标。可以说, 在工业现场应用的成功, 标志着我国管道式油气水高效处理技术, 已从单一的技术研发走向技术成果的工业化应用。

四、效益评价

目前, 管道式油气水高效分离技术的主要作业区域, 集中于华北油田、大庆油田、天津渤西油气处理厂、辽河油田以及中海油深圳分公司等一线作业现场的生产流水线上, 并已取得可靠的运行工况及优良的处理性能。长期运行表明, 该处理设备及技术方案已经取得确定的实施效果, 具备优良的工业生产能力, 各处理指标全部达到或优于所规定的生产标准。因此, 中科院力学研究所首创的管道式油水分离设备及方法, 不仅替代了原有的传统技术工艺, 大大简化了工艺流程, 节省了成本开支, 更取得了巨大的经济效益。鉴于其仅依靠物理的方法即可实现油水管道流动中的动态分离, 因此具备了可靠、安全、环保、高效等诸多优点, 可实现对现场已有作业管线的无缝对接。现场应用表明, 其技术进步巨大且实践成果丰硕, 具有进一步推广应用的社会价值和经济价值。

1. 提高污水处理水平, 实现工业安全生产

管道式油气水高效分离技术提出了一种油气水混合液处理的新理念, 极大地促进了污水处理技术的进步, 能够使油田含油污水的处理技术提升到一个新的水平。不仅如此, 本技术所配套的自动监控系统能够实现无人值守、自动调节功能, 改善了劳动条件, 极大地解放了人力, 实现了自动化管理, 提高了油田的管理效率, 保证了安全生产。

2. 有效保护自然资源和生态环境

在保护自然资源与生态环境方面, 应用管道式油气水高效分离技术能将污水处理后的水中含油率降到10mg/L以内, 大大降低了污水排放中的水中含油率, 这对于陆上油田来说意义重大, 而传统的陆上油田采用的重力沉降式污水处理方法, 很难将污水中的含油率降到如此之低。因此, 该技术的应用能够降低排放到环境中的石油污染物, 保护生态环境, 减少对环境的污染, 消弱公害污染源。

3. 降低海上平台的生产成本

若将管道式油气水高效分离技术应用到海上平台, 将会极大地降低生产成本和投入成本, 节约平台生产设备所占用的空间。管道式生产系统是我国开采深水油田的必然选择, 并会在未来深水油田水下生产系统中发挥应有的作用, 不仅能够促进我国深水油田的开采, 带来的经济价值更是不可估量的。

从实际应用的角度来说, 管道式油水分离设备目前已在陆上油田及海洋平台得到良好地应用, 不仅取代了原有传统式油水分离技术, 还产生了可观的经济效益, 具有良好的发展前景。中科院力学研究所已与中海油深圳分公司就进一步开展合作达成共识, 将继续推行管道式分离设备在工业现场的应用, 进一步扩大该专利技术的应用范围, 并以此形成一套适用于目前我国生产现状的行业规范, 以供参考。最终希望将管道式处理技术发展成为成熟的工业生产技术, 使我国自主研发获得广泛认可。

管道式油水分离设备及方法是中科院力学研究所拥有自主研发知识产权的重点项目, 属于国家政策明确鼓励、支持的新兴技术研发项目。该技术是推动石油行业发展的关键, 可将油水处理技术由陆地推向海洋, 甚至促进深海海底作业的实现。因此, 管道式油气水高效分离技术符合我国海洋强国的战略方针, 有助于推进我国海洋产业的发展。

五、未来工作展望

管道式油气水高效分离技术项目的研究, 对油气水分离技术提出了一个全新的概念, 将油气水分离工作集于管道流动过程中完成, 仅通过物理的方式即可实现油气水管道输运过程中的动态分离。但由于研究时间和经费有限, 还存在一定问题亟待解决:

第一, 深入研究油气水分离系统的自动控制系统。为实现工业化应用标准, 需要进一步对其控制方法及控制系统的设计进行研究, 形成完善的设计理论。

第二, 水下油气水分离系统的基本设计理念和方案已全部完成, 需要进一步进行水下环境模拟实验, 完善水下分离系统的设计, 促进其工业应用。

针对以上问题, 中科院力学研究所将会继续开展项目的研究工作, 以进一步实现管道式高效分离系统的量化生产为目标, 促进石油工业的发展。目前, 油气水高效分离装置的研究已取得系统性的成果, 完成了系统的中试实验, 下一步将重点对研发的技术进行推广, 使其应用于石油工业生产, 推动分离技术的发展, 为社会带来更多的经济效益。另一方面, 继续开展污水处理、多相混输、多相计量等研究工作, 解决石油生产中存在的问题, 推动石油生产技术的发展。

参考文献

[1]Wang L Y, Wu Y X, Zheng Z C, et al..Oil-water two-phase flow inside T-junction.Journal of Hydrodynamics, 2008, 20 (2) :147-153.

[2]Liu H F, Xu J Y, Wu Y X, et al.Numerical study on oil and water two-phase flow in a cylindrical cyclone.Journal of Hydrodynamics, 2010, 22 (5) :790-795.

[3]Liu H F, Xu J Y, Zhang J, et al.Oil-water separation in a liquid-liquid cylindrical cyclone.Journal of Hydrodynamics, 2012, 24(1) :116-123.

[4]Shi S Y, Xu J Y, Sun H Q, et al.Experimental study of a vane-type pipe separator for oil-water separation.Chemical Engineering Research and Design, 2012, 90 :1652-1659.

油气分离器的腐蚀与保护篇5

关键词：油气分离器,腐蚀,保护

0 前言

油气分离器是原油集输、计量的关键设备。目前, 油气分离器保温材料大部分为岩棉板或超细玻璃棉, 外保护层为水泥石棉灰。由于受人为因素的破坏, 以及高温、强光的影响使外保护层破裂、龟裂。表现为水泥石棉灰保护层成片脱落, 保温层完全暴露在外, 使分离器外壁腐蚀加快。约使用不到8年, 壁板开始穿孔。从表面腐蚀情况看, 凹状锈蚀约3~5mm腐蚀麻面, 既缩短了设备的使用寿命, 又造成了安全事故隐患。

1 腐蚀状况研究

分离器保温材料为岩棉板或超细玻璃棉, 这些材料由矿物质煅烧加工合成。由于矿物质含有大量的无机盐, 经过处理后制成的保温材料, 仍含有氯化物、氟化物、硫化物等无机成分。这些成分与大气接触时, 吸收水分部分形成电解液, 使金属表面腐蚀。其原因如下:

1.1 由于保温材料中含有吸水性物质

如K2O、Na2O等与空气中水分子发生化学凝聚作用, 吸收大量的水分, 又因该材料中可溶盐的存在也会使保温材料中的凝聚作用加强。水的吸附和凝聚使保温材料潮湿使金属表面形成水膜。可溶的无机盐使水膜变成强的电解溶液, 为金属的电化学腐蚀创造了必要的条件。经检测:玻璃棉本身含CI-浓度为1500mg/L。

1.2 电化学腐蚀的过程

由于保温材料的覆盖, 保护层密实度的不同, 完好处氧的供给少, 形成缺氧区, 而保温材料破损的部位 (腐蚀严重的部位) 氧的供给充足, 这样在两个靠近的区域 (又连续的电解质液膜) 形成氧浓差电池, 构成了电化学腐蚀[1]。

腐蚀的必要条件是氧和水的存在。氧可以使水中的的低价铁氧化成高价铁。氧腐蚀的的反应通式是:

阳极反应:Fe→Fe2++2e

阴极反应:2/LO2+H2O+2e→2OH-

腐蚀产物:Fe2++2OH-→Fe (OH) 2

Fe (OH) 2+O2→Fe2O3、H2O

氧在金属表面上同金属接触, 富氧区为阴极, 贫氧区成为阳极。金属表面受到腐蚀, 并产生锈垢。主要成分包括:碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙、硫化钡及垢污泥等在钢铁表面的沉积。由于金属表面有电解溶液的存在, 使水的导电率很大, 使得钢铁表面不可能形成致密的垢或腐蚀产物的保护层。并且这些垢质含有如Fe S、Fe O、Fe2O3、Fe CO3、Ca CO3、Ca SO4、Mg CO3等均比铁的电位高, 形成电偶电池, 从而引起垢下腐蚀。另外, 介质中的氧含量, 硫化氢含量、二氧化碳含量、硫酸盐还原菌的的生长繁殖等因素, 促进了垢下腐蚀的进度。所以垢下腐蚀是一种综合性腐蚀。当分离器保护层受到破坏后, 金属表面就极易形成电解液, 使金属表面在电化学的腐蚀下, 形成穿孔、点蚀等状况。

2 保护措施

分离器外壁的腐蚀, 主要是因为保护层破损, 石棉板、细玻璃棉吸水而造成。所以在选用合适的外涂料层的同时, 选择无机成分较少的保温材料, 可有效地遏制腐蚀, 保护好分离器的外壁。对设备外涂层的选择, 应坚持金属表面与大气层完全隔离开来, 不能在金属表面形成电化学腐蚀的条件。这样可以达到预防腐蚀的作用。目前分离器表面涂覆醇酸涂料或氯璜化聚乙烯涂料, 由于涂层的透气性, 腐蚀物质会透过涂层在金属表面扩展, 破坏涂料与金属表面的粘结力, 导致漆膜破坏, 使漆膜与基体的结合强度下降, 出现漆膜剥离或鼓泡。为了消除这种现象的发生, 需选用以下材料较为合适。

2.1 环氧玻璃钢涂层

因环氧玻璃钢是纯有机成分组成, 含有脂烃基、醚基及既活泼的环氧基, 所以粘合能力强, 又不亲水。另外环氧树脂中具有上述多种极性集团, 尤其是环氧基可以与玻璃纤维表面生成化学键。这样使玻璃纤维有良好的清润性和粘结力。另外环氧树脂有良好的耐腐蚀性能, 在固化后的环氧树脂中, 行有稳定的苯环和醚键以及脂肪烃基, 可以耐烯酸、稀碱的腐蚀, 提高了原普通底漆的抗腐蚀能力, 从而提高了涂层的使用寿命。

2.2 环氧玻璃钢鳞片涂料

环氧玻璃钢鳞片的特点是:在鳞片树脂层中, 极薄的玻璃鳞片基本上是平行重叠排列, 当保护层达到0.45mm时, 平行排列的鳞片就有几百层, 对介质的渗入构成很多的屏障, 有效的阻止了介质的扩散渗入。另外玻璃鳞片不连续地存在于树脂中, 使收缩力大大减少, 图层的抗裂性能也好。这就是鳞片树脂层结构较之传统防腐蚀涂层有较大提高, 对金属表面的保护相应更强。

3 保温材料的选用

常规的保温材料如岩棉板或超细玻璃棉有较多无机成分, 并材料的亲水性能较强。近几年推广的的几种新型材料可弥补此项不足, 达到了抗腐蚀的目的。

3.1 聚氨酯泡沫材料

难燃型低密度聚氨酯泡沫板材导电系数低、重量轻, 特别是吸水率与其他材料相比是最低的, 导热系数基本本上是一常数, 随时间的延长变化较小, 并有良好的韧性和塑性。在潮湿的情况才酸成分不易生成;特别是在金属表面发泡, 粘结能力强, 阻止空气中的水分接触到金属表面形成电解液, 既达到了保温的效果, 有起到了防腐的作用。

3.2 聚乙烯泡沫材料

目前聚乙烯泡沫材料较高使用温度为70~85℃, 较聚氨酯泡沫100~150℃使用温度低, 但材料中所含的酸值、水解氯、粘度等性能与聚氨酯泡沫相差无几, 并且具有价格便宜、来源广泛、加工成型性能好、机械强度高及耐各种介质腐蚀性能强等特点。因此, 聚乙烯泡沫可以勇于计量站分离器的豹保温。

4 结论

总结以上分离器防腐涂料层, 保温层各材料的优缺点, 本着减少腐蚀, 提高设备使用寿命宗旨, 得出以下结论:

4.1 分离器金属表层保护材料的选用

在设计阶段应优先选择环氧玻璃钢涂料或环氧玻璃钢鳞片涂料。这样使防腐涂料与金属表面高强度粘合, 有效防止空气中水分进入涂层与金属表面结合, 避免电解液的形成, 有效地防止电化学腐蚀。特别是玻璃钢鳞片有韧性好、硬度高、抗老化、不易破碎等特点优于氯璜化聚乙烯材料。

4.2 分离器的保温材料的选用

应采用聚氨酯、聚乙烯泡沫材料, 这样可以克服细玻璃棉或岩棉板含有无机成分的缺陷;增加了保温材料的的抗腐蚀能力。

以上优选出的分离器外壁保护层、保温层材料可减缓金属外表的腐蚀速度, 对提高设备使用寿命有良好作用。

参考文献

油气分离效率篇6

膜分离法是一种新的高效分离方法,具有高效、节能、操作简单、不产生二次污染并能回收有机溶剂等优点。目前,世界上已有百余套膜法汽油蒸汽回收系统得到成功应用[1]。2008年长岭分公司将这一技术引入铁路装车油气回收系统,回收率达98%以上,尾气中烃含量在25 g/m3以下,达到欧洲、美国环保标准。2009年9月17日通过中石化总部验收。

1 膜分离技术

1.1 工作原理

膜分离技术的工作原理是利用特殊的高分子膜对油气优先透过性的特点,油气/空气的混合气在一定的压差推动下,利用膜选择性透过的特性,使混合气中的油气优先透过膜得以回收,而空气则被选择性的截留[2],达到油气与空气分离的效果。

1.2 膜组件

膜组件为复合结构,由三层不同的材料构成。表层为致密的硅橡胶层,厚度小于1 μm,起分离作用。中间层的材料为聚丙烯腈,最下层为无纺布,这两层结构疏松,主要起支撑作用,以增强膜片的机械强度。德国GKSS的膜组件是专门为油气特别是苯类回收而设计的,更为安全可靠。其组件是由数十个近似圆环状的膜袋并排套封在一个开孔的中心管上,装入桶状容器中而制成。膜袋是由两张膜片中间夹上格网,然后在膜袋中间开孔,四周密封而制成,膜的渗透侧流道变短,流速可调,一方面减少了压力损失,另一方面防止膜内产生静电,消除了爆炸的可能性,从而使膜组件更加高效、安全。

工作时,进料气在膜片两侧的压差推动下,从膜袋外渗透入膜袋内侧,然后由中心管收集排出,未渗透的气体则由组件的另一端排掉。由于油气通过膜片的渗透速率远大于空气,从中心管流出的气体(膜的渗透气)为富集的油气,从尾气端流出的气体(未渗透气)则是脱除了油气的净化空气(图1)。

1.3 工艺流程

图2为膜分离回收装置工艺流程。该流程集成了压缩/冷凝、吸收、膜分离、变压吸附等工艺

原理,充分发挥各技术的优点,避其缺点,使整个油气回收工艺达到最优。

该工艺由三部分组成。液环压缩机与吸收塔构成传统的压缩/冷凝、吸收工艺;第二部分为膜分离工艺;第三部分是变压吸附(PSA)工艺。根据不同的排放要求,第三部分可选。油气回收系统示意见图2。

2 膜分离技术在铁路装车油气回收系统中的应用

“三苯气体控制排放与回收工业试验”是中石化总部一项节能减排及清洁生产的技术攻关项目,该技术由北京华益高科膜工程技术有限公司从德国引进,采用德国Borsig GmbH工艺技术与德国GKSS膜相结合。装置(VRU)为撬装设计,模块化安装,处理能力450 Nm3/h,装置由压缩/冷凝、吸收、膜分离等部分组成,控制部分采用PLC系统,分手动和自动控制。配套密闭装车系统、集气系统依托原有设施,总投资500多万元。

从立项到设计、安装历时两年,该装置工艺设计条件苛刻,自动化程度高。

2.1 工艺过程

装置工艺过程控制见图3。

装车过程中挥发出的油气/空气的混合气(富气),经过密闭装车系统、集气线、凝缩油脱液罐后送入膜回收装置。富气经液环压缩机加压至一定的操作压力(通常约为2.3 barg)。液环式压缩机使用贫油(汽油)密封,形成非接触的密封环,可消除气体压缩产生的热量。压缩后的富气与环液一起进入吸收塔中部,在塔内通过切向旋流将环液与富气分离。分离后的富气在塔内自下向上流经填料层与自上而下喷淋的贫油对流接触,贫油吸收部分油气,形成富油,返回汽油罐区调合。剩下的油气/空气混合气经塔顶流出后进入膜分离器。

膜分离器由三组并联安装于管路上的膜组件构成。真空泵在膜的渗透侧产生真空,以提高膜分离的效率。膜分离器将混合气分成两股:含有少量烃类的截留气体和富集烃类的渗透气体。净化的截留气体中烃类的含量低于25 g/m3的排放标准,可以直接排入大气。未达到排放标准的渗透气体循环至装置入口,与集气线内的富气混合,进行上述循环。如此往复,完成油气回收过程。

贫油自催化装置馏出口进回收装置的贫油泵加压后,分为三路,一路直接进入吸收塔,两路进入液环式压缩机与油气一起进入吸收塔。富油自吸收塔底流出,经富油泵加压后送汽油罐。

2.2 运行故障分析及技术改进

该装置于2008年5月建成,厂家进行软件组态、调试,5月底开工,但是受多种因素的影响,运行极不理想,装置开工率不足30%。长岭分公司会同代理商一起技术攻关,诊断出配套工艺与装置要求不匹配,制约装置的启动、平稳运行。膜回收装置运行故障分析见表1。

2.3 运行情况统计

经过一系列的配套工艺改造和代理商摸索、调整控制参数、逻辑关系,2008年底装置正式投用。经过两年的运行,实现了预期效果。2009~2010年运行情况见表2。

2.4 运行效果标定

通过采样分析,考察了装置的处理能力、分离能力、能耗情况,主要测定装置运行过程中苯分离能力、烃类分离能力、尾气中烃含量、转动设备能耗,分别见表3~6。

注:工况为1台苯槽车。

注:工况为6台93号汽油槽车。

表3、4、5标定数据显示装置对苯类、烃类的分离回收能力均达到98%以上,尾气中苯含量低于3 mg/m3、烃类含量低于7 g/m3,达到设计要求,实现达标排放。

注:工况为6台93号汽油槽车。

2.5 经济效益计算

根据有关资料[3],轻质油品装车损耗约占装车量的千分之一。

从表7可以看出,装置运行经济效益可观,四年时间可收回投资。随着长岭分公司新装置的开工运行,原油加工能力将达到8 000 kt/a,铁路出厂量成倍增加,效益更加显著。

注:经济效益=密闭装车量×装车损耗率×装置开工率×装置分离能力×汽油组分价格(7 000元/t)-电费(0.6元/kwh)。

2.6 环境效应

从运行测试数据看,该装置对苯及烃类排放的控制取得了理想效果,经膜装置分离回收后尾气实现了达标排放(达标排放值≯25 g/m3),大大改善了生产区域的环境,消除了油气火灾爆炸事故隐患。

3 结语

随着环保意识的增强和可持续发展的要求,油气回收工作将会受到越来越多的重视。同溶剂吸收法、冷凝吸收法和活性炭吸附法相比,膜分离回收装置撬装设计、占地面积小(2.4 m×8 m);具有流程简单,油气回收率高,操作弹性大,自动化程度高;无需专人维护保养,无二次污染,环保节能,安全可靠等优点。该装置的分离回收能力达98%,尾气排放达标,为企业带来较好的经济效益和环保效益。

参考文献

[1]周晓园,郎凯,王松.膜法油气回收系统在工业中的应用[J].膜科学与技术,2005,25(9):77-80.

[2]刑巍巍.浅谈油气回收技术及其意义[J].中国环保产业,2005,(6):38-40.

浅析高效油气水三相分离器及其应用篇7

1 高效油气水三相分离器

1.1 高效油气水三相分离器的组成结构

高效油气水三相分离器的主要构成部分有:液组件 (1) 、原油进口 (2) 、布液板 (3) 、挡板 (4) 、排泥/沙口 (5) 、填料装置 (6、12) 、出油口 (7) 、出水口 (8) 、油水分离室 (9) 、水室调节阀 (10) 、出气口 (11) 构成。如图1所示。

1.2 高效油气水三相分离器的工作原理

原油中含有许多悬浮颗粒, 如盐、泥、沙等, 还含有大量的水以及其他溶解质, 具有杂质多、密度大、流动性差以及粘性大等特点, 这些物质的存在不仅增加了原油的体积, 还大大提高了原油集输、原油提炼的难度, 使原油集输设备不能得到有效的利用。此外, 还有一些地方出液井口的温度比较低, 在这样的情况下, 集输系统就要采用掺水流程, 从而导致了原油中油、水共存的局面。面对这样的问题, 在油气水分离工艺中合理地、科学地应用高效油气水三相分离器可以获得较为理想的分离效果。高效油气水三相分离器的工作原理为:在油气水混合物流进到三相分离器中的气液分离区之后, 在重力、碰撞的作用下, 能够将混合物中的少量伴生气去除, 之后, 油气水混合物就会在隔板的底部经过板槽式布液器流入油水分离室之中, 在分离室内, 原油中剩余的水以及污水中的浮油在经过两极填料的聚结与聚流之后, 就会被去除。经过净化的油就会流入到油室之后再流出油气水三相分离器, 合格的污水就会流入到水室之后再流出油气水三相分离器, 而丝网捕雾器会对分离出来的少量伴生气进行出液处理, 之后再流出油气水三相分离器。

1.3 高效油气水三相分离器的主要技术特点

第一, 高效油气水三相分离器采用的是板槽式布液器, 能够使油水分离速度得到很大的提升, 使水洗破乳效率得到有效提高;第二, 高效油气水三相分离器采用的聚结与聚流的填料, 使油气水分离条件得到了一定的改善, 从而使油水分离效率得到了进一步的提高;第三, 针对部分油田中存在的油井出砂问题, 选择内压助排工艺、斜板除砂工艺, 从而使除沙/泥效率得到了有效提高, 粒径在75μm以上的, 除砂率达到了95%以上, 从而保障了容器内不会出现积沙/泥现象, 也不会对设备的分离效果产生影响;第四, 高效油气水三相分离器自动地对油、水压力与液位进行控制, 基本实现了自动化操作;第五, 配套使用的破乳剂具有无挂壁现象、界面齐、水清以及油净等优点, 从而可以保证高效油气水三相分离器能够长时间地、平稳地运行。

2 高效油气水三相分离器的优点

高效油气水三相分离器简化了原油油气水分离工艺的流程, 其流程为:原油输入→加热炉→高效分离→稳定塔→外输, 删减了传统分离工艺中的许多环节, 减少了建设投资。此外, 高效油气水三相分离器还有效提高了处理效率与自动化程度, 通过对原油集输中的脱水处理工艺进行优化改造, 提高了处理效率与精度, 减少了流程中的后续处理环节, 在很大程度上降低了能源消耗。据相关实验研究发现, 高效油气水三相分离器的最大处理量能够达到10000m3/d。

3 高效油气水三相分离器的应用实验

通过静态脱水实验发现, 高效油气水三相分离器的最佳运行工况如下:第一, 65℃为运行最佳温度;第二, 60min为最佳脱水时间;第三, 100㎎/l为最佳加药量。

在高效油气水三相分离器投入使用5个月之后, 统计处理结果, 主要控制指标没有超出设计范围。

4 结语

高效油气水三相分离器主要应用于海上采油平台与油田的原油脱水工艺中, 其是在传统的油气水分离中, 集电脱水器分离、两相分离器以及三相分离器为一体的高技术、高科技处理设备。综上所述, 高效油气水三相分离器的投产及其应用, 为油气水处理带来了新的发展契机。

参考文献

油气分离效率篇8

1—阀球,2—阀座,3—阀体,4—螺旋体,5—主体, 6—螺旋体,7—出气孔,8—出气孔

气蚀效益可导致抽油泵泵效急剧降低,严重影响生产井正常生产[1]。目前,生产过程中普遍采用在泵吸入口下部安装气锚对油气进行分离,降低气体含量,提高抽油泵效率[2]。然而,对于高产井或油气比较高的油井而言,常规气锚油气分离效果差,进而导致抽油泵泵效急剧降低,严重影响生产井正常生产[3]。另一方面,常规气锚体积大,长度一般在(5—8) m,甚至10 m以上,不便于安装。在此,根据气蚀理论和离心分离原理研制出KZQ—48/89新型高效油气分离器。该油气分离器与常规气锚相比具有较强的油气分离能力,油气分离效率较高,极大提高了抽油泵充满度及泵效,可满足高气油比生产井生产要求。KZQ—48/89新型高效油气分离器已获得国家专利,专利号:ZL 03 2 54372.7。

1 KZQ—48/89油气分离器结构

该油气分离器由阀球、阀座、凡尔罩、螺旋体、排气小孔、主体及出气孔组成,其结构如图1所示。油气分离器总长为1 m。

2 工作原理及特点

2.1 工作原理

KZQ—48/89油气分离器主要应用离心分离原理对油气进行有效分离。抽油泵运作时其下方油气分离器室内形成极高负压状态,大量气体由油相析出。油气两相在油气分离器螺旋式结构的室内高速旋转,因油相密度较大,集中分布于环形空间的外侧,并由凡尔罩顶部出口进入抽油泵泵体;气相则因密度相对较小,分布于环形空间内侧,且由于分离器内部处于的高负压状态,无法进入泵体内部,由此仅能经螺旋槽内底部排气孔从两侧排向外环形空间,进而达到油气分离的目的。由于该油气分离器分离室采用了螺旋式结构设计,极大提高了油气分离效率。

同时,排液孔采用V型结构设计,消除了油相进入泵体时由于冲击作用导致的油相内剩余气体析出,增加了抽油泵充满度,进一步达到提高泵效的目的。

2.2 技术特点

该油气分离器分离室主要采用螺旋式结构设计。含气原油进入油气分离器高负压分离室内时则呈现出螺旋式高速运动状态。在螺旋式高速运动状态下,因密度差异,油相分布于分离室外侧,由凡尔罩顶部出口进入抽油泵泵体;气相则因密度相对较小,分布于环形空间内侧,经螺旋槽内底部排气孔从两侧排向外环形空间,进而达到油气分离的目的。同时,排液孔采用V型结构设计,避免了油相进入泵体时剩余气体的析出。该装置通过上述独特的分离方式克服了普通气锚分离油气过程中,存在反复的溶解和分离现象,可根据油气含量不同产的油井,通过安装单级或多级分离,增加抽油泵充满度,提高泵效。另一方面,由于采用上述独特的设计结构,与常规气锚相比,该油气分离器结构尺寸紧凑,体积小,安装方便。

3 现场应用实例分析

该油气分离器在新疆漠北区块进行试验。漠北区块原油气油比多数在200 m3/t以上。进行3口井的试验数据如表1。

KZQ—48/89油气分离器入井前后示功图对比如下:

(1) MB2013井停喷后转抽下,根据图2所示,使用KZQ—48/89油气分离器后,上下冲程间光杆载荷变化明显,示功图封闭曲线围成的面积大,单冲程内光杆做功多,泵效高;此外,示功图曲线较使用普通气锚井的示功图曲线趋于平稳,说明光杆工作过程中受力均匀。表明该分离器分气能力强,抑制了气体的影响,泵受气的影响小,提高了泵效。如表1所示,后抽油泵泵效达56.2%,满足生产井生产要求。

(2) MB2016井泵挂加深到2 600 m下,根据图3所示,使用KZQ—48/89油气分离器后,示功图(右)做功面积明显增大,示功图曲线较使用前示功图(左)曲线趋于平稳,表明该分离器改善了泵受气体影响的工作状况。如表1所示,产液量由13.5 t/d提高到14.6 t/d,泵效由64.3%提高到65.7%,满足了生产井生产要求。

(3) MB2029井泵挂加深到2 600 m,根据图4所示,使用KZQ—48/89油气分离器前示功图(左)第三区域面积有明显缺失[4],表明泵受气体影响,使用KZQ—48/89油气分离器后示功图(右)做功面积明显增大,表明泵受气体影响的工作状况有明显改善。如表1所示,产液量由12 t/d提高到13.6 t/d,泵效由57.1%提高到64.8%,满足生产井生产要求。

以上三口井的示功图和数据表明该油气分离器对气油比在200 m3/t以上的抽油井有较好的油气分离效果。

4 油气分离器现场运用应注意的问题

根据原油含气量大小,深井泵沉没度需要相应调整,沉没度过小,会降低泵的充满系数,沉没度过大,会增加抽油机的负荷。通过在该油气分离器下接油管,克服该困难。

选井的依据,油气分离器要发挥作用的前提是油井表现出气体干扰的影响,使用油气分离器应具备下面的条件;

(1) 泵的吸入口位于射孔段中间或在其上方;

(2) 套管环空产气;

(3) 声纳液位测定表明含气液柱达到抽油泵的上方;

(4) 示功图表明油井受气体干扰的影响。

5 结论及建议

1) 通过对KZQ—48/89螺旋式油气分离器现场试验,研究得出KZQ—48/89螺旋式油气分离器的主要设计结构合理。

2) KZQ—48/89螺旋式油气分离器采用气蚀理论和离心分离的分离方式,有较高的分离效率。

3) 对于油气比在 200 m3/t 以上的原油KZQ—48/89螺旋式油气分离器有更好的分离效果。