天然气系统相关设备——分离设备.docx

天然气系统相关设备分离设备天然气储运系统用分离设备主要用来除去天然气中悬浮的固、液相杂质。脱除固、液相杂质的目的是降低管道及设备的输送负荷、防止或降低腐蚀或堵塞的发生、保证管道与设备安全可靠运行。其中固态杂质主要是由气层中夹带出来的少量地层岩屑等杂物和设备管道中产生的腐蚀产物，而分离的主要对象是液相杂质，如地层水、凝析油等，因而天然气储运系统用的分离设备主要是气液分离设备。天然气储运系统中所使用的分离器种类繁多，但按其作用原理主要可分为两大类，即重力分离器和旋风分离器。其他类型的分离器有螺道式分离器、百叶窗式分离器、过滤分离器等。一、重力分离器一、重力分离器重力式分离器有各种各样的结构形式，但其主要分离作用都是利用天然气和被分离物质的密度差(即重力场中的重度差)来实现的，因而叫做重力式分离器。重力式分离器根据功能可分为两相分离(气液分离)和三相分离(油气水分离)两种。按流体流动方向和安装形式又可分为立式分离器、卧式分离器等。1.两相分离器(1)立式分离器立式重力分离器的主体为一立式圆筒体，气流一般从该筒体的中段进入，顶部为气流出口，底部为液体出口，结构与分离作用如图 5-1。初级分离段即气流入口处，气流进入简体后，由于气流速度突然降低，成股状的液体或大的液滴由于重力作用被分离出来直接沉降到积液段。为了提高初级分离的效果，常在气液入口处增设入口挡板或采用切线入口方式。二级分离段即沉降段，经初级分离后的天然气流携带着较小的液滴向气流出口以较低的流速向上流动。此时，由于重力的作用，液滴则向下沉降与气流分离。本段的分离效率取决于气体和液体的特性、液滴尺寸及气流的平均流速与扰动程度。积液段本段主要收集液体。一般积液段还应有足够的容积，以保证溶解在液体中的气体能脱离液体而进入气相。对三相分离器而言，积液段也是油水分离段。分离器的液体排放控制系统也是积液段的主要内容。为了防止排液时的气体旋涡，除了保留一段液封外，也常在排液口上方设置挡板类的破旋装置。除雾段一主要设置在紧靠气体流出口前，用于捕集沉降段未能分离出来的较小液滴(10100m)。微小液滴在此发生碰撞、凝聚，最后结合成较大液滴下沉至积液段。立式重力分离器占地面积小，易于清除筒体内污物，便于实现排污与液位自动控制，适于处理较大含液量的气体。但单位处理量成本高于卧式。(2)卧式分离器卧式重力式分离器的主体为一卧式圆筒体，气流从一端进入，自另一端流出，其作用原理与立式分离器大致相同，由图 5-2 所示，可分为下列部分。入口初级分离段可具有不同的入口形式，其目的也在于对气体进行初级分离。除了入口挡板外，有的在入口内增设一个小内旋器，即在入口对气-液进行一次旋风分离。沉降二级分离段此段也是气体与液滴实现重力分离的主体。在立式重力分离器的沉降段内，气流一般向上流动，而液滴向下运动，两者方向完全相反，因而气流对液滴下降的阻力较大，而卧式重力分离器的沉降段内，气流水平流动与液滴下降成 90夹角，因而对液滴下降阻力小于立式重力分离器，通过计算可知卧式重力分离器的气体处理能力比同直径立式重力分离器的气体处理能力大。除雾段此段可设置在简体内，也可设置在简体上部紧接气流出口处，除雾段除设置纤维或金属网丝外，也可采用专门的除雾芯子。液体储存段(积液段)此段设计常需考虑液体必须的在分离器内的停留时间，一般储存高度按 D/2 考虑。泥沙储存段这段实际上在积液段下部，主要是由于在水平筒体的底部，泥砂等污物有 4560的静止角，因排污比立式分离器困难，有时此段需增设两个以下的排污口。卧式重力分离器和立式分离器相比，具有处理能力较大、安装方便和单位处理量成本低等优点。但也有占地面积大、液体控制比较困难和不易排污等缺点。2.三相分离器(1)立式分离器图 5-3 表示一个典型的立式三相分离器结构。流体经过侧面的入口进入分离器，在进口挡板处，流体分离出大量气体。分离出的液体经降液管输送到油气界面处而不影响撇沫。连通管上下的压力通过连通管平衡。油气水混合物经降液管出口处的分配器进入油水界面，气体从此处上升，油水也由于重力的原因分别向上向下运动从而最终达到分离油气水的目的。有时三相分离器的底部也有采用锥形底的。如果在生产中有较多量的砂粒时就可以使用这种结构。锥体通常具有一个与水平线成 45和 60角度以有助于产出的砂子抵抗静止角达到排污的目的。(2)卧式三相分离式图 5-4 为卧式的带有界面控制器和堰板的典型卧式分离器的示意图。流体进入分离器，并冲击到进口挡板上。由于液流的动量突然变化，就产生液体和气体的初始预分离，进口挡板包括一个降液器，将液流导向油气界面的下边，到达油水界面的附近。分离器的液体收集段提供足够的时间，以便油和乳化形成的液层或油垫层位于上面，游离水沉降到底部。堰板保持水位。油则掠过堰板，堰板下游的油位则由液位控制