深海水下油气分离器设计

第1期 罗晓兰等 深海水下油气分离器设计!43! 目标分离器工作在3000m海底。根据深海作业要求,分离器的筒体直径应控制在20.32cm左右。此外,为满足前言中要求,油气分离器宜选用切流返转型式。其工作原理是:含油气流通过切向入口进入分离器,在切向入口的导流下,气流旋转产生离心力;在离心力的作用下,

油滴被甩向分离器的壁面并沿分离器壁面经分离器底部流出;同时气流从分离器底部返转,从分离器

上部排气管排出,以达到油气分离的目的。

1.2 油气分离器设计方案

为解决深海操作中对分离器管径大小的限制与分离器大

处理量的矛盾,同时,为保证分离器的总效率,油气分离器应

设计成两级串联的形式。第一级旋分器用于油气的预分离,

油气混合物在离心力作用下快速分离,除去以流体形式粘连

在一起的油和大油滴,旋分器式预分离器比重力式预分离器

除油效率高;第二级旋分器用以进行油气的精分离,此时,通

过减小第二级旋分器的排气管直径以达到提高分离效率,从

而达到提高分离器组总效率的目的。其设计方案如图1所

示。

当油井处于高产期时,原油流量及天然气流量增大,为满

足深海大处理量油气分离在线操作的要求,可采用分离器两

级串联后再多组并联的方式来达到满足操作要求的目的。其

设计方案如图2所示。并根据不同油井的产量,可采用不等

的多组并联的设计方案使油气分离操作更加灵活,油气分离

器的应用范围进一步拓宽。

2 油气分离器关键结构参数确定

油气分离器中的许多结构尺寸对分离器的性能有着很大

的影响,其中有些结构参数对分离器的性能影响是相互矛盾

的。因此,为使分离器在允许的压降范围内获得最高的分离

效率,根据尺寸分类优化设计理论[2],预先假定影响油气分离

器关键结构参数及分离器的其余结构尺寸,然后利用分离器

性能试算法,在满足分离器设计条件的前提下,寻求分离器的最合适的尺寸。

2.1 分离器筒体直径

分离器内气流速度快,油气所受离心力大,但同时对油滴的剪碎作用也加大,使分离器的效率大大降低,所以分离器截面气速不宜过大,这里按经验取分离器截面气速为5m/s。根据油气流量,旋分器筒体直径D为

式中:Q为分离器操作状态下天然气流量;V为分离器截面气速。D=2.2 分离器入口面积

分离器入口面积的大小决定着处理量的大小,入口面积越大,分离器处理量越大,分离器压降越大。同时,由于分离器截面气速的限制,应使入口面积有一最合适的值,为此,控制入口气速Vi=12m/s左右。入口结构形式选用常用的矩形入口,长宽比为2左右。

2.3 排气管下口直径

,(1)