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1、化工设备ChemicalEquipment油水重力分离设备技术及进展陆耀军(西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,西安,710049)提要结合作者工作实践,从油水分离技术工业设备应用的现状和重力分离设备的发展概况等方面,介绍了油水重力分离设备的发展过程。关键词油水分离,设备结构,技术进展油水分离是油田地面工程中一个非常基本而又水分离器,其主要用于实现油、气、水之间的预分重要的工业过程,如何经济有效地除去油中的水,离,在工程中应用的最早、也最为广泛。1978年一直是国内外石油生产厂商急待解决的问题
2、。目前美国CENatco公司在API游离水分离器的基础上,实现油水分离的方法主要有重力分离和旋流分离技开发出了图1所示的Performax填料式分离器,其术,后者虽具有设备小巧、分离效率高等特点,但特点在于通过引入Performax填料,缩短液滴聚结也存在有阻力大、能耗高的不足,因此就目前来讲所需要的沉降距离,从而加快油水之间的分离过在油田工程中应用最为广泛的仍是重力分离技术。程。表1所示则是CENatco公司的研究人员对而且经过人们的不懈努力,油水重力分离技术已由Performax分离器和游离水分离器所进行
3、的现场考核[1]最初的撇油池、自然沉降罐、加热沉降罐、化学沉实验结果。显然在相同条件下,Performax填料式降罐、电脱水器发展到新近集多种强化元件于一体分离器不仅极大地改善了油中含水指标,而且使污的高效多能设备。水含油指标也大幅度降低,由此显示出了极大的优越性。1整体设备的技术进展长期以来,人们为了提高油水重力分离设备的技术经济性能,开展了诸多研究,先后开发出了多种设备型式及其内部结构。就设备型式来说,典型的主要有立式、卧式和球形3种,其中卧式设备因兼有高效和便于制造的优点,得到了极为广泛的应用。在卧式设备
4、中最有代表性的是美国的API游离图1Performax填料式分离器表1Performax与API分离器之比较设备尺寸油相密度含水率处理量油中含水水中含油设备型式/mmmm/kgm-3/%/m3h-1/%/mgL-1游离水2440610088079050222560Performax24406100880790500543游离水3050122009109072681500Performax24407625910907212100[2]1980年后该公司又开发出了双流式分离器,同两台
5、分立的Performax填料式分离器相比,可以其工作原理与Performax填料式分离器完全相同,节约一套控制系统、少用两个容器封头,此外还减实际上它相当于两台Performax填料式分离器的一少了近一倍的设备安装工程费用,因此经济性能较体化并联,不同主要在于两分离腔是连通的,所以好。但这种双流式分离器在设计、制造和使用时,设备内的油水界面及气液界面只需一套控制系统,必需确保两分离腔做到流体力学对称,不然会发生502001年第4期化工进展偏流现象,影响设备性能及其工作效果。在文献[3]中介绍了一项美国最新专利结
6、构,特点是既吸收了当代重力式油水分离设备发展的新思想的同时,又把离心分离的机制引入到重力式分离设备中,有机地利用和发挥了双向流、离心分离和填料聚结的特点,在设计思想上有一定的独到之处,只是目前尚未见其工程应用的报道。图3油水重力分离结构优化设备1992年后通过进一步的研究,作者又在HNS型分离器的基础上发展出了图3所示的一种油水[4]重力分离结构优化设备,其特点是不仅更好地应用了重力消能和水洗原理,而且首次采用了一种能有效改进设备流动特性的新型构件即稳流构件,该图2河南油田HNS型分离器构件的应用
7、使设备的分离区明显地分为两部分,即位于稳流构件上游的非稳流区和稳流构件下游的稳1987年河南石油勘探局在CENatco公司Per流区。在非稳流区中流体微团强烈地上下翻滚、旋formax分离器的基础上,通过引入重力消能和水洗转和剪切,一方面有使大液滴分散为小液滴的倾作用,成功地开发出了流动特性和分离效果都有所向,同时也增加了小液滴碰撞聚结的机会,而在重改进的HNS型分离器,图2所示为其结构示意力式油水分离设备中,增加小液滴的碰撞聚结机会图。所谓重力消能作用就是通过采用向上射流的布是矛盾的主要方面。因此,该区
8、的存在是有益于油液方式,使液流在由孔板射出的过程中,除克服流体水分离过程的,可以认为是液滴的一个动力聚结曳力外,还要克服重力做功,从而使该区的消能作用区;而位于稳流构件下游的稳流区则可认为是液滴得到加强,有利于改善设备的流动特性。而水洗作的重力聚结区,同时稳流构件的引入还极大地降低用则是由自油水界面下水相空间的进液方式引入了对入口构件稳流作用的要求,使采用高效预分离的,这
