137- 关于中油国际伊拉克哈法亚三期项目三相分离器及核心内件系统设计优缺点讨论

       两年前中石油某工程公司发件就其伊拉克哈法亚三期项目一二级分离橇涉及到的三相分离器进行技术咨询，由于我们当时任务重时间紧而其属于合同外的技术咨询，没有十分在意。现在一个偶然机会去翻看该工程公司对这个项目一二级分离橇涉及到的三相分离器的设计，觉得设计中的优缺点、经验和教训值得与大家讨论分享，去粗取精。

     附图是该三相分离器配置图节选。

该设计的主要优点，已经在下图做了标注，值得大家借鉴。

如图所示，优点1：在三相分离器物流入口，设置了羽叶分离总成。国内外不少公司提供的三相分离器，往往缺少该入口分离总成，导致分离器内液相流包裹较多的微小分散气泡，而气相流又携带较多液滴液沫，进而对后续分离内件组的稳定高效运行造成影响。G50B-1即为该入口分离总成图片。入口分离总成内件组之长度、宽度、羽叶组队数量、中心角度数、顶角度数、羽叶肘弯半径、羽叶分离内件内伸尺寸、羽叶外展尺寸等数据，需要通过精准动力学分离计算和组态设计系统平台获得，不能想当然确定这些数据，否则，显著影响其作用发挥。

优点2：堰板采用可调结构。大家看到的不少三相分离器内设置的堰板，往往是传统结构的固定式堰板，其高度和宽度固定，不能进行调整。但在实际运行中，进料物流中的液液两相比例往往与设计值发生较大变化，液液界面位置也会发生改变，从而影响液液两相分离效率。可调节式堰板，可以依据液液两相比例而调整堰板高度，而堰板高度发生变化，对应的分离器径向截面上布置的堰板宽度也会相应变化。可调节式堰板，必须是高度和宽度都可以调节的堰板。如果进料中液液两相比例发生变化，采用可调节式堰板会根据工况需要而改善液液两相分离效果，但仅靠这可调节式堰板还远远不够，这就是本帖后面还要谈到的不足之处。

优点3：该三相分离器设置了底部吹扫内件组，以便对三相分离器底部不断堆积的泥沙、结晶体等固体颗粒物进行定期吹排。尤其对于油气处理与输送工序、有机物碱洗三相分离器，底部吹扫内件组则是必须的设置；否则，三相分离器底部固相堆积越来越多，必然影响三相分离器内液液两相停留时间和分离效果。

优点4：三相分离器气相出口设置了羽叶式分离内件组，十分有助于提高三相分离器对产出气流的分离精度和深度，有效避免后续输气管线积液以及下游核心用气设备运行故障。大家可以从附图气相分离头内件设置技术要求中得到确认。

优点5：该三相分离器设置了加热和保温系统。须知，油气田采出的油水混合液流，往往粘度高，甚至在常温下的油相粘度远超过10^3cp，油相裹挟的分散水相和气相，难以从高粘度油相中在特定停留时间内快速释放。需要通过对系统进行加热升温以快速降低油相粘度，从而使油相裹挟的分散水相和气相能从高粘度油相中在特定停留时间内快速释放。

除却上述三相分离器设计上的优点外，该设计也不可能十全十美，还存在如下主要不足，请见附图所示：

不足1：缺少液液聚结内件组。由于工艺分离技术要求产水残油量低于0.05%，针对这一较高的分离要求，单靠传统简易低效的无聚结内件组的纯粹重力沉降方式是难以达到要求，更何况油相粘度高。因而，必须设置液液聚结内件组，如G56型羽叶式液液聚结内件组。为了适应波动进料及大液量工况下液液聚结内件组高效稳定运行，还可以前置布设镇流元件。

附图是G56型羽叶分离聚结内件组照片，供大家参考：

不足2：缺少复合堰舱系统。大家知道，在三相分离器实际运行中，气液液进料流量及各相比例，往往波动大；而三相分离器液液两相产出液流外排，依靠管道泵外输，这些因素都会造成三相分离器内气液界面、液液界面高度位置发生明显变化，进而引起各相物流在三相分离器内的停留时间、沉降分离时间发生明显变化，最终导致三相分离器产出物流的指标发生明显波动甚至不达标。
      而复合堰舱式新型高效三相分离器，如附图所示，则可有效解决常规三相分离器在实际运行中经常面临的进料流量、进料物相比例、出料流量及比例波动，甚至在出料控制出现问题导致产液“抽干”情形下使气液液界面基本稳定，产出物指标稳定达标。

不足3：气液分离内件组态型式不正确。该三相分离器气流出口要求设置羽叶分离内件，但是在组态布置上袭用传统的丝网除沫器布设型式，导致出口气流方向与气流中分离下落的液滴方向呈180度或0度，极易造成气流对液滴构成“二次夹带”而降低分离效果。正确的羽叶分离内件组态方式，应该使气流流向与液滴下落方向正交，且气液两相流道独立，如G50/P4/P6型组态的羽叶分离内件组，才能更有效发挥羽叶分离内件组在结构性能上的性能特点，让产气残液量真正达到工艺技术要求的“不超过0.1USGal/MMSCF”指标要求。否则，难以达到此指标要求。

G50/P4/P6型组态的羽叶分离内件组，如附图照片所示：

不足4：气液分离内件组缺少独立降液系统。举个例子，正如大家所知，传统洗涤塔顶部设置的丝网除沫器，其所分离下来的液滴，犹如暴雨一般哗哗落回到自下而上的上升气流中被多次反复“携带”，不仅降低气液分离效率，还因丝网除沫器分离下来的液滴如暴雨一般周而复始落回上升气流被反复“携带”重新进入丝网除沫器而占用分离资源。因此，近年来的气液分离内件组，都设置了独立降液系统。真正有效的独立降液系统，并非如一些公司把降液管插进液封筒固定了事。因为，这种把降液管直接插入液封筒简单结构的所谓“降液系统”，是无法应对多变工况下的液体“虹吸短路”事故的。而这种事故在好几个企业发生了。

这里，我们一起来分析一下“虹吸短路”现象：正如大家所知，无论是气液两相分离器，还是气液液三相分离器，其气相流工况流量、工况温度、工况压力常常会因上下游工艺原因不稳定而造成气液分离内件组运行压降远高于设计值。尤其当上游气流出现“飞温”、减压工况时，工况下的气流实际过流体积大幅增加导致分离内件运行压降大幅上升。如果气流还携带有颗粒物、凝胶质等黏堵分离内件，则分离内件的实际运行压降更大。
      一套分离设备一旦制造完成，其尺寸已经定型，降液管长度也已经定型。如图所示。
      气流进入分离器占据壳体空间，此时，分离内件组入口端压力P1与气液界面处基本相等，均为P1。当气流穿过分离内件组，形成压降Delta P，分离内件组出口端压力为P2. 于是有：P1=P2+Delta P。
      由于P2<P1，根据连通器原理，在降液管内必然存在一段高差为H的液柱。
      当多变工况下，分离内件组实际运行压降Dleta P大于液柱H形成的压差时，也就是说，哪怕固定长度L的降液管全部充满液体形成H=L的液柱产生的压差，尚不足以去平衡Delta P，也即：Delta P> Rho*g*H最大值= Rho*g*L时，分离器底部的液体将瞬间大量吸入分离内件组后端并随气流排至下游管线形成大量积液，并对下游用气设备，尤其是核心压缩设备造成致命灾难事故。而此事故已在不少企业发生过。

关于抗“虹吸短路”新型降液系统的图片，我找了半天没有找到。权且用这个文件中的图片来替代，大家可以做参考。

希望大家针对此三相分离器设计方案补充提出更多的优缺点，一起讨论。

分析很到位，高效分离元件设计与制造感觉比苏尔寿还专业。厉害