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油水重力分离技术及其进展

发表日期:2007-04-16 摄影器材: 点击数: 投票数:
    摘要 目前实现油水分离的方法主要有重力分离和旋流分离。虽然旋流分离器设备小巧,分离效率高,但存在能耗不足的缺点,因而应用最广泛实用的仍是重力分离技术。经对几种设备比较,HNS—Ⅲ型分离器分离特性最优,油中含水仅为1.56%,是新型高效重力分离设备实用的结构模型。建议成立专门的组织机构负责此方面的技术规划、科研攻关及推广应用方面的组织管理工作,并成立专门的开发研究机构,建立油水分离设备的专业定点生产基地,促进我国油田地面工程综合装备水平的提高。
    主题词  重力 油水分离 技术 应用 进展
    长期以来实现油水分离的技术方法主要是重力分离。可以说重力式油水分离设备是继泵外,在油田地面工程中应用最多、最基本、也是最重要的工艺设备之一。然而,由于影响油水重力分离效果因素的多重性与复杂性,迄今对油水分离机理研究的还很不够,仅有的研究往往被局限于一些具体工程的宏观应用方面,至今仍未形成科学、系统、完善的设计理论和计算方法。
  所以围绕提高重力式油水分离设备的技术经济性这个中心,建立油水重力分离设备的结构优化模型,总结一套油水重力分离技术理论和设备设计方法,建立健全油水重力分离设备的性能指标评价体系等,已成为油田地面工程乃至石油工业发展的迫切需要。
1.工业应用现状
  以全国年产原油1.5亿t、原油综合含水90%、单台设备日处理量5000m3计算,则目前在我国的油田地面工程中约有近8000台的重力式油水分离设备在工作。1987年曾对有关油田的在役设备进行了调查,其结果如表1所示。
表1 1987年工业设备现状调查结果
调查的油田 设备规格 (mm) 处理量(m3/d) 单位容积处理量(m3/d*m3)
大庆油田  4000〔3000 10548 28.6
胜利油田  3000〔14464 2448 24.8
大港油田  3000〔12000 2750 33.8
中原油田  3000〔17640 2400 20.0
江汉油田  3000〔9600 998 15.5
河南油田(HNS—Ⅰ)  3000〔14600 4630 46.3
C—E Natco公司  3000〔12190 9084 110
可以看出,这些设备的平均单位容积日处理量只有28.2m3,仅是美国C—E Natco公司Performax填料式分离设备的1/4左右。此外,为了满足生产需要,这些设备往往都在较高的处理温度、较大的加药量下工作,不仅工程造价高,而且运行费用也较高。特别是随着原油含水率的不断增加以及常温输送技术的推广应用,这些设备越来越不能适应生产发展的需要。为此各油田都致力于该技术的革新改造研究,并收到了一定的效果,表2所示是1990年有关资料介绍的相关设备技术参数。
表2 1990年工业设备技术参数
调查的油田 设备规格 (mm) 处理量(m3/d) 单位容积处理量(m3/d.m3) 备注
大庆油田  4000〔30000 21098 57.0 板网填料
大港油田  3000〔12000 3000 37.0 陶粒填料
河南油田(HNS—Ⅱ)  3000〔14600 17000 170.0 波纹填料
C—E Natco公司  3000〔12190 9084 110 波纹填料
可见,单位设备容积的平均日处理量已由原来的28.2m3提高到了88.0m3的新水平,尤其是HNS—Ⅱ型设备在双河油田的工作情况,甚至超过了C—E Natco公司的Performax填料式分离设备的有关性能指标。
2.整体设备发展概况
  长期以来,人们为了提高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、卧式和球形三种,其中卧式设备兼有高效和便于制造的优点,因此得到了极为广泛的应用。在卧式设备中最有代表性的是美国的API游离水分离器,其主要用于实现油、气、水之间的预分离,在工程中应用的最早也最为广泛。1978年美国C—E Natco公司在API游离水分离器的基础上,开发出了Performax填料式分离器,其特点在于通过引入Performax填料,缩短液滴聚结所需要的沉降距离,从而加快了油水之间的分离过程。表3所示则是C—E Natco公司的研究人员对Performax分离器和游离水分离器所进行的现场考核试验结果[1]。显然在相同条件下,Performax填料式分离器不仅极大地改善了油中含水指标,而且使污水含油指标也大幅度降低,由此显示出了极大的优越性。
  1980年后该公司又发展出了双流式分离器[2],其工作原理与Performax填料式分离器完全相同。实际上它相当于两台Performax填料式分离器的一体化并联,其不同点主要在于两个分离腔是连通的,所以设备内的油水界面及气液界面只需一套控制系统。它同两台分立的Performax填料式分离器相比,可以节约一套控制系统,少用两个容器封头,此外还减少了近一倍的设备安装工程费用,因此经济性能较好。但这种双流式分离器在设计、制造和使用时,必需确保两个分离腔做到流体力学对称,不然就会发生偏流现象,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构,特点是即吸收了当代重力式油水分离设备发展的新思想,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。
表3 Performax与API分离器的比较
设备型式 设备尺寸(mm) 油相密度(kg/m3) 含水率(%) 处理量(m3/h) 油中含水(%) 水中含油(mg/L)
游离水分离器  2440〔6100 880 79.0 50 22 2560
Performax  2440〔6100 880 79.0 50 0.5 43
游离水分离器  3050〔12200 910 90 72 68 1500
Performax  2440〔7625 910 90 72 12 100
1987年,河南石油勘探局在C—E Natco公司的Performax分离器的基础上,通过引入重力消能和水洗作用,从而成功地开发出了流动特性和分离效果都有所改进的HNS—Ⅱ型分离器。HNS—Ⅱ型分离器的流动特性及预分离作用都好于C—ENatco公司的分离器。
  1992年后通过进一步的研究,又在HNS—Ⅱ型分离器的基础上发展出了一种油水重力分离结构优化设备HNS—Ⅲ分离器[4],其特点是不仅更好地应用了重力消能和水洗原理,而且还在设备中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。表4是在相同条件下,对以上三种典型分离器的对比试验结果。
表4 三种典型设备间的对比实验结果
项  目 C—E Natco分离器 HNS—Ⅱ分离器 HNS—Ⅲ分离器
取样位置 进口 出口 进口 出口 进口 出口
游离水量(mL) 66 64     84 80     70 75
乳化水量(mL)     4.8 5.2     2.7 2.6 0.1 0.1 1.8 1.7
总含水(%) 30.6 29.6 4.19 4.68 35.4 32.8 2.47 2.42 31.7 32.1 1.64 1.47
平均含水(%) 30.13 4.44 34.12 2.445 31.9 1.56
可以看出,在入口油中含水都近似为30%的条件下,C—E Natco分离器的出口油中含水为4.44%,HNS—Ⅱ型分离器为2.445%,而HNS—Ⅲ分离器仅为1.56%。表明HNS—Ⅱ型分离器的分离特性好于C—E Natco分离器,而HNS—Ⅲ型分离器的分离特性又优于HNS—Ⅱ型分离器。因此在所检测的三种分离器中,以HNS—Ⅲ型分离器的分离特性最优,故是新型高效重力分离设备更为实用的结构模型。
3.对发展我国油水重力分离技术的几点建议
  综上所述目前实现油水分离的方法主要有两种,一是重力分离,二是液—液旋流分离。油水分离作为油田工程中一个非常重要而又基本的工业过程,世界各国对该项技术的发展都十分重视。近十余年来我国虽在此领域的个别技术方面取得了一定的突破,但从该技术的产品化、产业化及在工业应用中取得规模效益的角度讲,同欧、美等发达国家尚存在有较大的差距。虽然中国石油天然气集团公司己将液—液旋流分离技术作为“九五”期间的一项重大科技攻关项目进行研究,但是就当前来说,重力分离仍将是现阶段乃至今后一段时期我国油水分离工程中的主体装备和技术。因此在发展液—液旋流分离技术的同时,也不能忽视对重力分离技术的发展与完善,为此,特提出以下建议供有关方面参考。
  (1)鉴于油水分离技术在油田地面工程中的重要地位,建议成立专门的组织机构负责此方面的技术发展规划、科研攻关及推广应用方面的组织管理工作。并作为石油行业的一个归口管理单位,负责全国油水分离设备的优选和咨询工作,制定有关技术规范和标准,促进我国油水分离技术向专业化、标准化和产业化方向发展。
  (2)建立专门的开发研究机构,结合我国的油田工程实际,以建立高效设备的结构模型、发展油水分离理论、完善设备性能指标评价体系等为目标,有针对性地开展油水分离技术的攻关研究工作。
  (3)建立油水分离设备的专业定点生产基地,促进我国油田地面工程综合装备水平的提高。
  (4)油水分离作为油田地面工程中的一个重要技术环节,除应当重视单元设备的开发研制、技术理论完善和工业应用等方面的研究外,对与其相关的工艺技术也不能忽视。只有这样,才能全面提高我国油水分离技术的整体水平,促进我国油田地面工程技术的全面发展。
作者单位:陆耀军(西安交通大学 陕西省西安市 710049)
    王金昌(大庆油田设计院 黑龙江省大庆市 163712)
参考文献
1 陆耀军.重力式油水分离设备流体动力特性技术研究:[硕士论文].北京:石油大学,1992.
2 郭复民,张学礼.油气分离器原理设计与计算.上海:上海交通大学出版社,1992.
3 Suh S.L..U.S.A Patent,No.4,617,031.
4 陆耀军等.重力式油水分离结构优化设备.中国专利,ZL 92,2,41514.5.

作者:东方之子

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