4.3 气液分离

4.3.1 天然气的分离器宜设在集气站内。气井产液量大、距集气站较远时，分离器宜设置在井场。

4.3.2 天然气凝液分离工艺应根据天然气凝液含量、天然气压力和产品方案等因素综合分析确定，可采用常温分离、常温多级分离或低温分离工艺。

4.3.3 气液分离宜采用重力分离器。重力分离器形式宜符合下列规定：

1 液量较少，要求液体在分离器内的停留时间较短时，宜选用立式重力分离器；

2 液量较多，要求液体在分离器内的停留时间较长时，宜选用卧式重力分离器；

3 气、油、水同时存在，并需分别进行分离时，宜选用三相卧式分离器。

4.3.4 站内计量分离器和生产分离器的数量应符合下列规定：

1 连续计量的气井，每井应设1台计量分离器且兼作生产分离器之用；

2 周期性计量的气井，计量分离器的数量应根据周期计量的气井数、气井产量、计量周期和每次计量的持续时间确定。生产分离器的数量应根据气井产量及分离器通过的能力确定。

4.3.5 重力分离器的设计应符合现行行业标准《油气分离器规范》SY/T 0515的有关规定。

4.3.6 立式重力分离器的直径可按下式计算：

式中：
D——分离器内径(m)；

q_v——标准参比条件下气体流量(m³/h)；

T——操作温度(K)；

Z——气体压缩因子；

P——操作压力(绝)(MPa)；

W_o——液滴沉降速度(m/s)，按本规范公式(4.3.8-1)计算；

K₁——立式分离器修正系数，宜取K₁＝0.8。

4.3.7 卧式重力分离器的直径可按下式计算：

式中：
K₂——气体空间占有的空间面积分率，按本规范附录A取值；

K₃——气体空间占有的高度分率，按本规范附录A取值；

K₄——长径比。当操作压力P(绝压)≤1.8MPa时，K₄取3.0；1.8MPa＜P≤3.5MPa时，K₄取4.0；P＞3.5MPa时，K₄取5.0。

4.3.8 液滴在分离器中的沉降速度可按下列公式计算：

式中：
W_o——液滴在分离器中的沉降速度(m/s)；

g——重力加速度，g＝9.81m/s²；

d_L——液滴直径，取60×10^-6m～100×10^-6m；

ρ_L——液体的密度(kg/m³)；

ρ_G——气体在操作条件下的密度(kg/m³)；

f——阻力系数，按本规范公式(4.3.8-2)计算f·(Re²)，再查本规范附录B得出f值；

μ_G——气体在操作条件下的黏度(Pa·s)。

4.3.9 分离器内通过丝网捕雾器的设计速度宜取丝网最大允许速度的75％。气体通过丝网最大允许速度可按下式计算：

式中：
v_max——气体通过丝网最大允许速度(m/s)；

K_SB——桑得斯-布朗(Souders-Brown)系数，K_SB可按现行行业标准《丝网除沫器》HG/T 21618选取。

4.3.10 湿气输送的集气系统应分析各种操作工况下段塞流的影响，并应采取措施控制或捕集段塞流。管道终端设有段塞流捕集器时，段塞流捕集器形式应根据工艺流程、储液体积和场地面积等因素综合分析确定，可采用容积式、多管式和环管存储式三种形式。在压力高、液塞体积大的场合宜采用多管式段塞流捕集器。

条文说明

4.3.1 为了方便管理和降低管理费用，分离器集中设置在集气站是有利的。但对下列情况，分离器宜设置在井场：气井产液量大、距集气站较远时，分离器宜设置在井场。采气管线高差较大，清管时巨大液量容易引起系统超压的工况；采气管道中气液混输，管路阻力增大，影响管道输送，也推荐分离器设在气井井场。

4.3.2 集气过程中天然气的气液分离一般应在常温下进行，只有当天然气中重烃组分含量高，回收利用重烃确有经济效益时才采用低温分离工艺。本规范仅根据天然气组成推荐集气工艺流程方式供设计参考。

4.3.3 本条提出了气液分离器选择原则。气井生产的天然气组成和产量变化较大，有时有大量重组分、水，有时是干气气藏产出的天然气。重力分离器对气体流量有较大的适应性，在气井的气质和产量发生变化的过程中均能较好地适应。对于气田天然气的气液分离，推荐采用重力分离器。

1 立式重力分离器是一种复合式的分离器。分离液滴的原理是利用离心力和重力双重作用。气流进入分离器后首先沿器壁回旋流动，借离心力作用将大量的液体分离下来，然后气流沿分离器筒体空间(沉降空间)向上流动，液体微粒借重力作用分离下来。重力分离器的一般结构应具有沉降空间和储液空间两部分。根据分离气井产物的特点，可增加气流进口切线结构和气流出口前的捕雾器两部分。前者是处理天然气大量带液和产生股液现象所需要的，后者是分离粒径为100μm以下的液雾所需要的。

2 卧式重力分离器是利用重力作用使液滴从气流中分离下来。分离器的进口结构使气流进入分离器后，在其端部产生冲击而使大量的携带液被分离下来。气流经过冲击后沿筒体折向流动，折向流动的过程是天然气中携带的微滴被进一步沉降分离的过程。分离器中气流水平流速必须小于液滴沉降速度，气流到达分离器出口管之前，要有足够的时间使其携带的液滴从气流中分离下来。一般情况下气体空间应大于液体空间。卧式重力分离器出口设置捕雾器的目的与立式重力分离器相同，是为了分离粒径为100μm以下的液雾而设置的。

3 油气水混合物进入三相卧式分离器后，进口分流器把混合物大致分为气液两相。液相进入集液部分，集液部分有足够的体积使游离水沉降至底部形成水层，其上是油和含有较小水滴的乳状油层。油和乳状油从挡板上面溢出。挡板下游的油面由液面控制器操纵出油阀控制于恒定的高度。水从挡板上游的出水口排出，油水界面控制器操纵排水阀的开度，使油水界面保持在规定的高度，气体水平地通过重力沉降部分，经除雾器后由气出口流出。分离器的压力由设在气管卜的阀门控制。油气界面的高度依据液气分离的需要，可在1/2直径～3/4直径间变化。

4.3.4 气井生产计量与周期计量确定因素见本规范第4.4.3条、第4.4.4条。

4.3.8 重力分离器中，液滴在气体中下降时，由于气体介质所产生的阻力，液滴仅在最初阶段以加速度降落，当液滴所受的重力被摩擦阻力抵消以后，即以某一恒定的速度继续降落，此恒定的最终降落速度称为沉降速度。液滴在分离器中的沉降速度采用基本公式计算，即式(4.3.8-1)，该式的推导是以下面几点假设为基础：

(1)悬浮物的运动速度为常数；

(2)分离器内不发生凝聚和分散作用；

(3)液、固微粒均是球形。

式(4.3.8-1)中阻力系数f是颗粒与流体相对运动的雷诺数Re的函数，用下式表示：

式中：
W_o——液滴在分离器中的沉降速度(m/s)；

d_L——液滴直径，取60×10^-6m～100×10^-6m；

ρ_G——气体在操作条件下的密度(kg/m³)；

μ_G——气体在操作条件下的黏度(Pa·s)。

液滴在气体中的沉降分为滞流、过渡流及紊流三个区域。计算W_o时必须确定某沉降区域，但雷诺数Re是W_o的函数，计算时可将式(1)与式(4.3.8-1)联立，并将与f·(Re²)的函数关系制成曲线图(如本规范附录B所示)，则可用式(4.3.8-2)计算f·(Re²)的值，然后从本规范附录B中查得阻力系数f值。

用重力分离器分离气体中的固、液微粒，分离的粒径不小于50μm，小于50μm粒径的微粒应采取其他方法。因为小于50μm粒径微粒的分离所需要的分离器直径显著增大，依靠重力分离器则不经济。

4.3.9 丝网捕雾器最大允许气流速度V_max是按丝网除沫器的液泛气速确定，据相关资料：当丝网捕雾器的设计速度V_a＝(0.3～1.0)V_max时，可望得到很好的除雾性能。通常实际的操作气速取V_a≤0.75V_max。目前，石油化工装置上的丝网除沫器用丝网通常选用现行行业标准《丝网除沫器》HG/T 21618规定的丝网，除沫效果良好，采购方便。该标准丝网的桑达斯-布朗系数K_SB较《油气集输设计规范》GB 50350-2005第6.2.7条规定的值大，可降低丝网面积，却不影响除雾效果。

4.3.10 管道末端设置液体捕集器，不但起到气液分离作用，而且也是吸收液体段塞的缓冲器。同时需定期经常性清管，减少管道内液体滞留量，减小段塞捕集器尺寸。段塞流捕集器主要是通过降低含液天然气的流动速度，使天然气与液体在入口段达到分层流动，然后利用气体和液体之间质量的差异，在重力的作用下使微小液滴沉降而进行分离。段塞流捕集器主要包括容器式、多管式和环管存储式三种类型。容器型段塞流捕集器适于液塞体积小(如100m³)、安装场地小的场合。多管式段塞流捕集器适于压力高、液塞体积大、安装场地大的场合，采用钢管制作，降低费用。

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