[发明专利]一种改进的分离装置及分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于气液分离的系统和方法，特别涉及石油和天然气的工业应用。特别的，本发明涉及一种分离装置，以及分离方法，用于在精炼工艺前，从原始流（natural inflow）中将天然气、石油和水各自分离。

背景技术

分离天然气、石油和水的常规方法是使用一种三相分离装置。然而，现场经验表明，许多这样的系统面临着大量液体夹带的情况，这就导致下游设备出问题或损坏，如气体压缩设备。为了缓解这种情况，一般在大批量分离气/液或气、油和水的分离装置下游设置一个额外的抛光净化器。这增加了空间、重量和仪表化（由于额外的液位监测和控制），这将进而导致成本增加。由于额外设备及相关仪表的添加，系统的可靠性、可用性和可维护性相应的也会降低。

对于来自管道的入口流体处的设备而言，管道中的段塞流（slug flow）导致分离装置入口处产生剧烈的晃动、液体夹带、及液位的急剧变化。分离装置入口处的这种湍流可能会导致大量的液体聚集在分离装置的气体出口设备周围。这将进而导致更多的液体夹带到气体流中离开分离装置，也可能导致分离装置出口设备处潜在的堵塞，尤其是当液体呈蜡质时。

气体出口设备处的冷点导致堵塞；在通常是与内部构件相关的小流径时，这种情况变得更糟糕。液相的“晃动”也可能导致液体接触到气体出口设备。对于浮式储油卸油装置（FPSO）上的分离装置，由于船舶运动导致更大的液相运动的现象更加明显。如果夹带到气体流中的液体呈蜡质，则没有办法去除在设备上生成的蜡状物，除非分离装置处于脱机状态，并且出口设备被拆解。

对于大多数应用，从夹带液体中高效率的分离出气体的需求，使得分离装置需要高效率的气体出口设备或内部构件。这些内部构件可能有雾垫、分离叶片、气旋设备或其他专用内部构件。然而，为了在分离装置中容纳气体出口设备，分离装置中的蒸汽空间需要足够大以容纳该设备。这就增加了分离装置的尺寸。

特别是，较低温度下形成的凝胶或结晶结构蜡质原油通常导致一些操作上的问题，尤其是流体的流动能力以及仪器和内部构件的堵塞，而这些都关系到设备的整体性能。

对于处理蜡质原油的设备，通常是注入降凝剂（PPD）以降低倾注点的温度，并维持处理蜡质原油的设备、管道和仪器中的高的产液温度。然而，不可避免的，在系统内将会形成一些冷点。这些冷点位于所承受的温度低于大批量流体温度的设备或管道内。在比热较低的气体中，这些冷点更为普遍。低比热意味着气体升温或降温速率较快。

接收产液的分离室是一个典型的三相分离器，该分离室进行将产液分离成各个单相的过程分离。在所有这样的分离中蜡状物的问题是复杂的，这是因为气相的内部构件通常内置在入口分离装置中，并且由小流径和小零部件组成，进一步的，还因为气相直接和油相接触。并且可以看出，段塞或波动导致更多的液体夹带到气相中。

尤其对于在浮式储油卸油装置（FPSO）上的应用，船只的运动可能会使得以上问题更加突出。

此外，还没有办法尽早检测到蜡状物形成的问题，并且也没有办法在蜡状物开始形成时就在线解决该问题。

当蜡状物开始形成时，这个问题就在自行扩散了。通常，为了缓解液体夹带的问题，设置一个下游气体净化器，用于将收集到的液体泵回分离装置。然而，这对空间和重量的要求增加，并且额外增加了系统的控制、操作和维护的复杂性。

另外一个问题涉及到段塞，这对于很多原油产液接收设备来说，是一个具有挑战性的问题，特别是对于那些从多相海底管道接收产液的设备，因为这些管道容易受段塞的影响。特别是产液设备通过管道和上升管从远程油井接收原油及相关气体的情况。聚集在管道和上升管中的段塞，不仅要求处理设备在尺寸上的增加以容纳这些段塞，并且，还会导致伴随着段塞高速到达而产生的产液扰动，以及由于尾随段塞到达的气体的激增而产生的瞬时压力波动。在这些情况下，像入口热交换器，产液分离装置及下游气体压缩机等生产设备通常将无法应付这瞬时的段塞现象，这将造成产液扰动和可能的停机。

段塞导致气相被压缩到段塞流之后。段塞的运输需要段塞后面有一个较大的压力，以保持段塞通过管道和上升管移动。这种压力随着液体段塞的大小而增加。段塞到达管道出口或生产平台后，压缩气体产生大的气体激增，这又可能导致上部设备中主要的扰动，像下游气体压缩序列一样。