海洋石油平臺油氣水三相分離器的選型設計

劉興財，王長軍

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司設計研發(fā)中心，天津 300452）

1 項目概況

2 設計基礎

設計基礎資料是工藝專業(yè)開展設計的基本依據(jù)，缺少或是不準確將對工藝設計產(chǎn)生嚴重的影響，甚至會涉及整個項目實施的成敗。因此，在確定設計基礎資料時，一定要力求準確、全面。工藝專業(yè)的設計基礎資料主要包括以下幾個方面：

2.1 氣體組分

氣體組分見表。

表1 氣體組分

2.2 南區(qū)原油實沸點蒸餾數(shù)據(jù)

南區(qū)原油實沸點蒸餾數(shù)據(jù)見表2。

表2 南區(qū)原油實沸點蒸餾數(shù)據(jù)

2.3 原油黏度

原油黏度見表3。

表3 南區(qū)原油含水30%（反相點）時不同溫度下黏度

2.4 配產(chǎn)數(shù)據(jù)

表4 WHPH配產(chǎn)數(shù)據(jù)

3 計量分離器

3.1 計量分離器簡介

臥式分離器內(nèi)氣液混合流體經(jīng)進口進入分離器進行基本相分離，氣體進入氣體通道通過整流和重力沉降，分離出液滴：液體進入液體空間分離出氣泡，同時在重力條件下，油向上流動，水向下流動得以油水分離。氣體在離開分離器之前經(jīng)捕霧器除去小液滴后從出氣口流出，油從頂部經(jīng)過溢流隔板進入油槽并從出油口流出，水從排水口流出。

3.2 計量分離器尺寸的確定

3.2.1 計算輸入

根據(jù)該油田的配產(chǎn)情況，選擇產(chǎn)液量最大的單井H14H井2025年的配產(chǎn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，初步計算分離器的尺寸。已知條件：

（1）原油在操作條件下的密度ρL=918.2kg/m3，體積流率Qo=0.456m3/h。

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（2）分離出游離水在操作條件下的體積流率Qw=32.4m3/h。

3.2.2 根據(jù)液體的流量選擇一個初步的尺寸

根據(jù)脫水實驗，在原油含水率不高于50%的情況下，液相停留時間取10 min即可

（1）計算液體體積流量

（2）計算液相分離面積AL及液相高度HL

3.2.3 校核實際油水停留時間τ

因此，液體停留時間滿足要求。

綜上所述，當分離器的尺寸為2 000mm（ID）×5 000mm（T/T）時，液相停留時間和氣體允許氣速滿足生產(chǎn)要求，故計量分離器的尺寸選為：2 000mm（ID）×5 000mm（T/T）。

3.3 分離器進口管線尺寸計算

通過HYSYS模擬可得到如下參數(shù)：標況下氣體比重Sg= 0.702 8，油比重So=0.926 3，水比重Sw=1，氣體壓縮系數(shù)Z= 0.997 5。

以2014年H8H井（最大油氣年）為例，氣體流量Qg= 76.625Sm3/h，油流量Qo=4.04m3/h，水流量Qw=1m3/h，根據(jù)《海上生產(chǎn)平臺管道系統(tǒng)設計和安裝的推薦作法RP 14 E》，對于混 相管線尺寸計算，首先需要計算沖蝕速度

其中ρm為操作條件下氣/液混合物的密度，計算公式如下式：

其中：操作壓力P=1 900kPaA，操作溫度T=41℃= 565.47°R，液體的混合比重S1=（Qo*So+Qw*Sw）/（Qo+Qw）= 0.9409235，氣液比R=（Qg0.02831685*24）/（Q1*24/0.159）= 0.39ft3/bbl，液相的流量Q1=Qo+Qw=4.04+1=5.04m3/h

經(jīng)計算最大許用沖蝕速度Ve=100/ =42.86ft/s

由于對于混相流動，管道的實際流速要小于最大許用沖蝕速度，因此可得最小的管道截面積：

經(jīng)過對不同典型年份的計算比較，進口管線的尺寸選取為4寸。由于管線設計壓力為2 200kPaG，溫度為92℃，查表4可知，進口管線等級選取為300lb。

表4 碳鋼材料的閥門和法蘭壓力-溫度等級

4 結(jié)論

1）三相分離器的最終尺寸對前期總體布置和與審查廠家計算結(jié)果有重要指導作用。

2）分離器尺寸計算中，液相的停留時間是決定分離器尺寸的重要參數(shù)。設計時要根據(jù)原油脫水實驗確定，根據(jù)要求的原油含水率選取適合的停留時間。對于前期研究沒有相關(guān)實驗數(shù)據(jù)的情況，可根據(jù)油氣分離器設計制造規(guī)范的規(guī)定按照原油API°初步確定。

3）分離器及其進出口管線尺寸計算，要根據(jù)不同工況分別選取最大產(chǎn)油年，最大產(chǎn)氣年及最大產(chǎn)液年的配產(chǎn)數(shù)據(jù)及對應的基礎數(shù)據(jù)進行核算，以確保分離器尺寸及進出口管線滿足不同生產(chǎn)條件下的分離輸送需求。