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开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、确保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，而分开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开设备主要是气液分开设备     天然气储运系统中所使用的分开器种类繁多，但按其作用原理主要可分为两大类，即重力分开器和旋风分开器其他类型的分开器有螺道式分开器、百叶窗式分开器、过滤分开器等     一、重力分开器     重力式分开器有各种各样的结构形式，但其主要分开作用都是利用天然气和被分开物质的密度差(即重力场中的重度差)来实现的，因而叫做重力式分开器重力式分开器依据功能可分为两相分开(气液分开)和三相分开(油气水分开)两种按流体流动方向和安装形式又可分为立式分开器、卧式分开器等     1. 两相分开器     (1) 立式分开器 立式重力分开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，结构与分开作用如图5-1。

      初级分开段——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开出来直接沉降到积液段为了提升初级分开的效果，常在气液入口处增设入口挡板或采纳切线入口方式     二级分开段——即沉降段，经初级分开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开本段的分开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，以确保溶解在液体中的气体能脱离液体而进入气相对三相分开器而言，积液段也是油水分开段分开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开出来的较小液滴(10～100μm)微小液滴在此发生碰撞、凝集，最后结合成较大液滴下沉至积液段     立式重力分开器占地面积小，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) 卧式分开器 卧式重力式分开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开器大致相同，由图5-2所示，可分为以下部分       入口初级分开段——可具有不同的入口形式，其目的也在于对气体进行初级分开除了入口挡板外，有的在入口内增设一个小内旋器，即在入口对气-液进行一次旋风分开     沉降二级分开段——此段也是气体与液滴实现重力分开的主体在立式重力分开器的沉降段内，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，而卧式重力分开器的沉降段内，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开器，通过计算可知卧式重力分开器的气体处理能力比同直径立式重力分开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，也可采纳专门的除雾芯子     液体储存段(积液段)——此段制定常必须合计液体必须的在分开器内的停留时间，一般储存高度按D/2合计     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45°～60°的静止角，因排污比立式分开器困难，有时此段必须增设两个以下的排污口。

    卧式重力分开器和立式分开器相比，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. 三相分开器 (1)立式分开器 图5-3表示一个典型的立式三相分开器结构流体经过侧面的入口进入分开器，在进口挡板处，流体分开出大量气体分开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开油气水的目的   有时三相分开器的底部也有采纳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) 卧式三相分开式 图5-4为卧式的带有界面控制器和堰板的典型卧式分开器的示意图流体进入分开器，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开，进口挡板包括一个降液器，将液流导向油气界面的下边，到达油水界面的四周。

分开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坚持水位油则掠过堰板，堰板下游的油位则由液位控制器来控制拍油阀又由液位控制器来操纵       废水经过位于分开器油堰板上游的的喷嘴流出界面控制器接受油水界面高度的讯号，然后控制器就将此讯号传送到排水阀，这样就使规定的水量从分开器内流走以坚持油水界面稳定在制定的高度     气体成水平方向流经除雾器而流出，通过压力控制阀来坚持分开器内的压力不变油气界面则依据气液分开的相对重要性可从直径的一半变到直径的75%最为常见的状况是半满状态 图5-5表示“槽和堰〞制定的代替结构，这种结构就不必须要液体界面控制器，油和水二者流经堰板；在堰板处液位的控制，是用简单的变位浮子来实现的油溢过堰板，进到油槽内而油槽内的液位是由一个能操纵放油阀的液位控制器来控制水从油槽下面流过，然后再流过水堰板，这个堰板下的液位是由一个能操纵放水阀的液位控制器来控制   二、旋风分开器 旋风分开器又叫离心分开器，由筒体、锥形管、螺纹叶片、中心管和集液包等组成，如图5-6所示旋风分开器的主要特点是气体和被分开液体沿分开器筒体壁切线方向以一定速度进入分开器，并沿简体内壁作旋转运动。

由于被分开液滴的密度远大于气体，因而液滴在此旋转运动中被抛向筒体壁，并附着在筒体壁上，聚集成较大液滴而沿筒体壁向下流动，最后流入分开器的集流段而被排放出去   旋风分开器体积小，效率高，但它的分开效果对流速很敏感，因而一般要求旋风分开器的处理负荷应相对稳定，这就限制了旋风分开器的使用范围 三、循环分开器 常用的旋风分开器经过改善后发展成循环分开器，如图5-7所示它分为两个有效分开段第一段，所有自由液滴即大部分夹带在气体中的液体靠离心力使其抛出第二段，夹在气体中的少量液体采纳加大离心力的方法使其抛出这种分开器也叫内流式循环分开器，此处内流即向心流，指的是全部气流流向中央，如同在旋涡中心那样 流体通过切向接管进入分开器，气流沿着入口室旋转，然后它沿着光滑套筒与外壳之间下移进入旋流室液体借离心作用被甩到旋流室壁上仍在旋转的气体经折流挡板向管中心汇聚，其速度增加并进入排气管此时残存的快速气旋中的液体抛向排气管内壁，并沿着壁被气体吹向气体出口然后此液体连同总气量约10%的气体支流，通过管壁上的空隙被吸出，进入循环管线后由挡板的中心孔返回进入旋流室其吸力来自于旋涡中心的低压区从循环管线来的液体和测流气体进入旋流室后，马上与快速旋转着气体相混合，液体再次被抛向管壁，此时已脱液的主气流持续向上，越过缝口从排气管排出。

四、组合离心式分开器 组合离心式分开器如图5-8所示带液体的气体进入分开器后首先进行一级分开，经旋流发生器产生离心力，将液滴甩向器壁并在器壁处积聚液滴在重力作用和气体向下运动的带动下，流入一级储液室，然后气体沿环形空间向上流，进入螺道进行一级分开气体经螺道产生的高速旋流，将剩余的液沫有效地脱除分开出的液沫在器壁处聚积并下流至二级储液室液体中挟带的微量气体经文丘里-伯诺利管嘴返回气体出口管 这种分开器的分开效率可达99%，能在较宽的操作压力和流量范围内进行有效的分开气液两相无反向流动，可防止液体的再飞散一、二级分开出的液体分段聚集和排出，避免了因两级的压差而导致的液体串流飞溅，而且这种分开器体积较小 五、过滤分开器 它主要由圆筒形玻璃过滤元件和不锈钢金属丝除雾网组成，如图5-9所示   过滤分开器是一分成两级的压力容器第一级装有一可换的玻璃纤维膜滤芯(管状)，该滤芯安装在几根焊接在管板上的支座上，而管板则分隔一、二级分开室，设有一块快开封头，以便安装与改换滤芯第二级分开室装有金属丝网(或叶片式)的高效液体分开装置 在容器上设有三个测压管嘴一个设置在第一级上，另两个设在第二级上，即在分开装置之前和其后。

或者在一、二级分开室各设一个，在原料气的进出管上各设一个测压管嘴压力降是操唯一的指示，为了便于清洗或改换过滤元件，一般在容器上装设一只精密差压计 要过滤的气体进入一级分开室的容器内，大于或者等于10μm的固体与游离液滴，不能进入滤芯，而留在滤芯外，这些液滴聚集在一起排至容器的底部，并由排液管进入储液罐有些固体颗粒仍留在滤芯外边形成一种滤饼操作期间由于气流的脉动，这种滤饼常堆积并碎落到容器底部留在滤芯上的固体会堆积起来提升压力降，故一级分开室必须要放空(达到规定的压力降时)进行清扫，以提升其效率     玻璃纤维过滤元件属于深层过滤气体中的固体微粒和液滴在流过过滤层弯弯曲曲的通道时，不断与玻璃纤维发生碰撞，每次碰撞都要降低其动能，当动能降低到一定值时，所有大于或者等于1μm的固体微粒就黏附在玻璃纤维的过滤层中，滞留在玻璃纤维中的固体微粒的粒径随着过滤层的深度逐渐减小而气体中的液滴也会逐渐聚集成较大的液滴，这是由于玻璃纤维和粘接剂(酚甲醛)之间存在有电化学相溶性，提供了微小液滴聚结成大液滴的有利条件随着更多的液滴被分开，液滴因其表面互相吸引而凝集和结合成大的液滴，当这些聚集起来的液滴比进入过滤层前增大100～200倍时，重力与气体通过过滤层摩擦阻力使这些液滴流出过滤层，进入滤芯的中心，而被带进容器的第二级。

由于液滴具有这样大的尺寸，所以它们被二级分开装置迅速地分开出，排至容器底部，通过排液管进入储液罐这种过滤元件不是依据一定的流量和流速来达到脱除微粒的目的，因此这种过滤分开器的操作弹性范围大，在50%负荷时仍能达到满意的分开效果而且这种深层过滤所脱除的固体微粒和液滴的粒径，要比离心式、重力式及表层过滤器小许多倍只是玻璃纤维过滤元件尚必须进行处理，使液滴不能浸润纤维，而让分开出的液体以液珠的形式附在过滤元件上否则，当玻璃纤维浸湿之后，静电力要下降     气体经过过滤元件后，进入不锈钢金属丝网除雾器，进一步脱除微小液滴，来达到高的脱除效率其作用是基于带有雾沫或雾滴的气体，以一定的流速所产生的惯性作用，不断地与金属表面碰撞，由于液体表面张力而在金属丝网上聚结成较大的液滴，当聚集到其本身重力足以超过气体上升的速度力与液体表面张力的合力时，液体就离开金属网而沉降因此当气体速度显著地降低时，就不能产生必要地惯性作用，其结果导致气体中的雾沫漂浮在空间，而不撞击金属丝网，于是得不到分开如果气体速度过高，那么聚集在金属网上的液滴不易脱落，液体便充满金。