第 27卷 第 6期
2006年 11月
石 油 学 报
ACTA PETROLEI SINICA
Vo1．27 No．6
NOV． 2006
文章编号 ：0253—2697(2006)06—01 12-04
重力式油水分离器的分离特性研究
王国栋 何利民 吕宇玲 陈振瑜
(1．上海交通大学机械 与动力工程学 院 上海 200030； 2．中国石油大学储运与建筑工程 学院 山东东营 257061)
摘要 ：利用 重力式分离模 拟试 验系统，以 白油和水作 为工作 介质，分析 了 6个取样 口和 油出口、水 出口的油水分 离效果 ，进 而研究 了
卧式油水分离器的分离特性和流动规律。研究表明：①分离器内存在一个最佳的油水界面位置，在该位置油层中的水滴分离效果
最好，油相粘度是决定该位置的重要参数；②油层厚度相同时，入 口含油浓度越小，油相需要的停 留时间越少，分离效率就越高，水
相 的分 离效 率与入 口含 油浓度 无直接 关系；③无 内部构件 的分离器底 部流场存在剧烈 的涡流，严 重影响油水 分离特性 ，须添加 整流
和聚结构件，改善分 离器 内部流场 ，促 进小液滴 的聚结合并 ，以提高油水分离效率。
关键词 ：重力分 离器 ；油水 分离；分 离特 性；流动特性 ；分离效率
中图分类 号：TE624 文献标识 码 ：A
Study on oil—water separating behavior of gravity separator
W ang Guodong He Limin Ln Yuling Chen Zhenyu
(1．School of Mechanical and Power Engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200030，China：
2．College of Transport& Storage and Civil Engineering，China University of Petroleum，Dongying 257061。China)
Abstract：The separating and flow behaviors of gravity oil—water separator were studied with an oil—water separation simulating sys—
tem，taking white oil and water as work fluid．The separating efficiencies of six sampling outlets，oil outlet and water outlet were al-
SO analyzed．The results show that the maximum separating efficiency of oil pad occurs when oil—water interface is maintained at a
certain level，which is dependent tO oil viscosity．Water cut in oil outlet decreased with increasing water cut of inlet for the same oil
pad thickness．Separating efficiency of water pad was independent tO oil content of inlet．There was serious vertex field at the bottom
of a separator without internals installed，and its hydraulic behavior was in bad order，which affects oil—water separation．Flow regu—
lating and coalescing internals should be installed in order tO improve the oil—water separating efficiency．
Key words：gravity separator；oil—water separation；separating behavior~flow behavior~separating efficiency
在油田地面工程 中，重力式油水分 离器是应用最
多、最基本也是最重要的工艺设备之一 。许 多研究结
果均表明[1 ]，工程中所用分离设备不但存在严重的短
路流 ，使设备的大部分空间未能有效利用 ，而且一些设
备还存在严重的返混现象 ，导致相 当部分的液流未经
充分处理就排出。流动特性只是分离设备技术特性 的
一 个方面 ，如果设计不当，流动设备差的分离器不可能
取得好的分离效果。为了进一步研究重力式油水分离
器的分离特性 ，笔者以一个改进的长为 2 000 mm、内径
为 384mm的卧式油水分离器为研究对象，分析了油层
厚度、人 口含油浓度对分离器分离特性 的影响，并且分
析了6个取样 口和油出口、水出口处的油水分离效果。
1 油水分离器的分离模拟试验
试验装置由搅拌罐、可调速齿轮泵 、流量计和分离
器组成(图 1)，可对系统流量 、介质粘度、分散相含量、
乳化剂浓度、油水界面高度和停留时间等参数进行室
内试验模拟 。试验介质为 白油一水 ，用蒸馏法测定油样
齿轮泵 搅拌■
图 1 油水分离模拟试验系统流程
Fig．1 Flow chart of oil—water separation simulating system
作者简介：王国栋，男，1980年 9月生，2005年获中国石油大学(华东)油气储运专业硕士学位，现为上海交通大学机械与动力工程学院博士研究生，
主要研究方 向为多相管流及油气田集输技 术。E mail：putin
— wang@163．corn
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旃 ^ 旧 等 ：重 力式 l水丹 离器 讣离 特 研
青水鞋．用紫外n J址光分光光度Il c723C)测定水样盘
油蛀
搅 罐r卜汕丰H怍微分数为211％ 升离船由油层厚
度分删为 1 5 m、】()cm 和 1 5 Clll对甜l水分离散 毕
和停留州 问帕关系 以厦汕 度对 舟离器分离特性 的
影响进行r研究：分离器内汕J盖 应为 5 一搅拌罐
1一油 体秋分数讣 Jl为 _【_％、!{I％和 ⋯％ 埘油丁K分
离_效串 和停留叫 州的荚系 以眨人 l¨钠 相浓度 对分离器
，)离特}生的影响进行 r研究：搅拌罐tI一讹槲体积分数
为 _】1)％ 分 离 器 油层厚度 为 5㈨· 分 别J凡6 肚样
口 1水m ll，悄⋯ ll政 样．分析了样 乩fl勺台 油世或 水
量．研究 丁油相浓度 _川 】层 厚度 小变 川仆 离群 的分离
特性
停留时州分 为油层停 时间 水层停 制时间 前
．s} 竺
,6t ：■，
：
者世分离l捺山部油桐体积( 包括辈 的油{_1] )
人 口fI¨制 流 的比 ；后 是 分离 器内 部水干lJ怍霉
／、口水车【j流量的比值 『。述工批r卜乳化利均造H】
()P—Ill，体 积分数 为 ()x Iii
! 实验结果分析
2．L 油层厚 度对分离 特性的影 响
搅拌罐巾油柑体机分毂 21} ．改坚分离
厚 度时．分离醋鹩汕 出 口台 水盐 汕枷 停留u J 曲
系 曲线 吐围 2 ．1) 从巾口j 雷hl_． ⋯_j_¨] 水量 自
践 住前 31)删 n内世谴 下降 ．^【】1⋯n之 地 丁 一个托 定
值(纳 为 7％，)．与 油层 度 尤关 雌 瞢 ⋯屉 鹰 从
I cm增 加到 i5 c n_． ⋯ii禽 水量先低后 『岛 脱J 油
水讣离过程中俘 一个屉f1的油水界面位 该他
水 障" ，m-n
目 2 油出 口和 水出 口样 沉 酶时 间 曲线
Fig 2 Rc1 Ⅱt_●，n title⋯ ol mDl IIt·¨ l tlu““ and t⋯ u[1“
置处油 巾的水滴 分离散 粜最 好
陆耀 军经现 随着油 水界 面位置 出于 j面 上
i^}I】ln1降刮子午 I酊以 下 llI⋯ 泄各 出u处 的含 水世
柑商 从 Il q％ 下降刮 l1 4( n ·。笔者 认为 ．该 油 水界
而位 世仍高 于龋 徙油 水界而位 ． 寓 验 中白油 粘度
仅为 11 H1t ·s．1斫奉研究 中n油 的料度约 为 35t)in】)_l·
(2fl(、) 由st‘ kcs沉降公工t可知．液滴沉降速度和升
敞辛H的精度成反 比，站 台笔瞢 和陆耀军的 试 结 ．u
推断徊 相 0t度是决 定蛙佳油 水界面位置 的 卟 重 参
敬 许鹿越 大陵伉骨就 越高
水出 l_禽油 量 与水 辛H停 ¨ 的关 系曲 线
2(b) 从中可 以 看f}|，水Ⅲ rI的 古 油 量f}¨线 在 前 4
min内迅速 F降．川 l11ii1之后柏 十水 、 另 外．随着油
层厚 度的增 水 n的 占油量 增由¨ ．水 巾油 滴的仆
离效 累褒苊
单纯 硪小 小出 口舍汕量 的角 度 来看 提I 水
中池滴 分离散 罪∞ 方法 是尽 睦 高 水 抖 的位 l黉．
即增人7K相体私} 但是这利-作法Jf不可行．园为一方
面不能侏 “油出 口的 水岢逃 刘指 如，．男一 疗面 w一
r 为 ．当淌 水界血的位 置 I)7(，9情 分离 器 {至
的时候 分离器 县宵最 大 的处理 量 所以宴 际上 程设
备中的汕 水 而 位性啊根船 竹离器 H1日油叶1盘 盛干¨
水叶1 油 量指标综 弁痂定
2 2 油相体 积分数对分 离特性 的影响
分离 器内汕 层厚度 为 -5 n·．改变搅拌 罐r『1汕桐体
积分数 叫．分离器的油 出 I J岔水 量与 油们 停 时 峒的
咒系 【m线 见罔 j(a) 从 巾町以看 出． 出 口 舍水垡
前 !fI rnii~ 迅 谜 变小 ．511miii之 后 曲干 一 稳 定f【!{
(约 为 7％)． j含衲 体 积 ，)数无 置 从 图 ( )还 可以
点现 ． 油 体积 分数 越小 ． ⋯届 中 水淌舶 分 离敢 牢增
加 衙 要的 停留叫㈣ 变蚍
I 定量的 乳化剂 箍件下 ．搅 拌足够 K们时 讣
离 八lI汕滴牲径趋于一个稳定假． j雌扑罐 p 油
浓鹿 差系 大 ：含油体 积!分 数 坐小 会导致 仔离 挢I～部
塍 中们水淌数 日增多 油 滴的牲 径变化 尢驶}_t『层
中小滴数 H的增加．I_¨嚏r水滴的聚结沉降．袁趣由油
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屡巾 啦滴 的分 崩杖 越 ．篇 皿的 睁 f吲 0 U越 娅 陔
结论 和 _l—f~kjold 均结 论棚似
水出ii舍 汕 吐 水棚 停留 叫 关系 曲线 圈
jl b 从-J口I_l厅⋯ ． 氆 凡 I】含 汕体 分 数 小同 -
仙j⋯_jj【I禽 啦 与停 留⋯ 司的 蓑最曲线没 有HH 蓝
圳 滥州i[h 世 变．凡 IJ I¨f术似分 数与 水 III叭1
旧 禽ifll量兀 健关系 搅 拌赫 I- i[1l佧襁 丹数刊 水
巾 }I_1滴怵释 的膨响 几： 层厚度 定 叫 ．水
陴FⅡ爵 一定 这样 相同粒 住的油滴 m 的 空 I_J
浮 刮 }II司柏他骨儒 世 叫 址 同 的
降时 ／⋯
目 3 出口和 水 出口样 品 沉降 时 曲线
l R t nlⅢn lim~,ru⋯ t，r snl●-pI I ijll‘·uI1 n|l、v 1t r tl¨lI¨
从 2和 j【 J牡 ．油相 I水柑 的停 fi=1]足
定油 出l_禽水 秆I水⋯ 几含汕精 一 个重要 参数
在 叫 司段 油水分离较 5 r^l蓠．若 阿增 大停 时n_J分
离设采爿 明显 述说 州油水 舒离 {__}的 汁』 政荷 畦
虑 停 时问．I 不足完全根据某 个粒径 或 芹溢流速
麈 米确 症 H二较图 f )和【纠 ( )口J 发 {【{]出lI身
水鼙 层厚度 八II禽讷怍 分数郜钶 亢接 关 系：比
较 目 !_】，)邗罔 )(h)州以发现 ．水 ⋯口的 岔汕带和 fi¨层
厚度 自直接咒系 ．In J 含油体积分数卫系 小大
2．3 固定油层厚度 和油相体 积分数 的分离特性
2 1 前上和后 上 ：取样 口台水量
莳上 啊JI 『取 样n 的佯 1足以 水拥为 分散 i JII
棚为】生续 州的 分析 前 f‘ I Jj上 取样 口惮· 的 含水
可以研究 分散棚在连续 扣 过谜 衄 样L』时的 分离
技浆
4匀前 l和屙 E部取 样 LJ样- 的含水 晕 lI棚
5 j0 j5 211 2 40 45 5n 5
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国 4 前上 月上部 耆 水量与 相 沉降 时 关 曲 线
I 4 lttl t1⋯ f Water cul w_lh oll reten ，n time
浮 时川的定系lⅢ线 T¨姒行 j f 取样fI处的
仆离救 芒 ． 收佯 I【处的 舒离杖 坎 之 油 出
n址 的舒离敕 蛀好 液jT!c到』生前 上部取 样口n勺悖
时 最箍．故舒离敏 城差；到然汕出¨的停 时川最
长 ．Ⅱ叟分离被 外 外 ．随 蕾钠 崩停 对川 n{J增
Ii]1．j 址的 占水 瞳仃逐 滞f接近们 地势
2 3 1 中下 取 样 口分油量
中下部取扦[I包括前qi、 巾、l l 下部
取样 n 进 个取 口的 样- 娃lIfl】_ 灯舒 敞 ，fK
为连绌梢 的
图 j( 】为 前巾和 睛 t 郎取 样 I【样品 均 『母 与
水抖』停 科⋯ 问的 火暴曲线 可 行 ⋯ 个取样 _一样 ^
的岔油 随 昔停 Ⅲ时问的增 Ij1】馒 渐 变小 ， I m 再
两个取弹 rI处 岫 汕监 近 似 柑 q 约 为 I 7 E 1
j( )迁 l I．1悭j!_l阳 t、取 {羊『I处的 !¨}【；比小出
I1的禽ffI{量人．1弛rU] 】 巾 和 -}e 耻 样 u们士 田q
油水分离井 克分． 开’十’ m样IIfll水 门r'l~J卒n_】
巾仍 俘作l 帆汕 7K分离现 氰
圈 5(1，)山前 l、 l后 下部 取样 n样 n_Ⅲ的 I盈与
水1-nf争 n J司的 系 缱 可 看 ⋯．前下 和 、鄙
衄样 ¨ff品 舍油 碹符 睁留 1·¨--J J钓增 JJ_1而 逐渐 受
小．Ⅵi m_ 精 棚十取样 L『址 的 禽油世 趋 丁托 定 _剁
5(1】】还可 发现 下 比前 F部取 扦口处 的 禽iltl
在前下 部取样 I I列水 17的市 l向 舡 烈的识
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了 较 越面 巾 、f、部取样 口处的 汕鞋．弁
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幕心 。 水 件口_¨{问 的是采 线(阿 n)、从 巾 f 厅
出．随 若停 留叫 的增 加．前胖 J 部 截 面中 、郦垠
样u址的禽油 葶仳透渐崔小 分析前 截 取样『J
处岔油 屠的差 值与 水相 停 普川 lh]的 关系 线 Ij以 发
现．泼帅践由陡娈缓．fl】j陲 线的斜 #逐渐变小．螗后
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目 ^ 中下部 取样 口含 油量 差值 与水 相沉 降时 间 的关 曲线
F 6 I“ l‘In ··f 0n ∞ t di ⋯ ⋯ th
、v I⋯ etenll¨口 I_J口e
接近零 这屉旧 停留时0·I较短时．赶 特他俩f}：I仆
禽 占斜 主 导地 位 根据 s⋯ke 沉 降公 ．仉降谴 度 。J
油滴枉 径的，r 成 rl比 ．此时 的仆离瞳崖 比较 怯．救曲
线转 陡；随 着停倒时 间的继续增 加．绝 大多数 的大 滴
已择被 分离出 去 小汕 滴的分 离占据土导地 他 ．此时 分
离谴 暖比较缓慢 垃 lm曲线轻缓
孙械 而取 佯『r址 盘油 越的 伉 停 群『时 间的
疋系 线也 ‘ 理 出娄 似规 律。 l州之处 于I衰曲线
比较 缓．逝明 ：r亓部 斌 丰 芟经 小 !粒 汕滴 的
丹离
3 结 沦
f I)丹离 擀内俘存 一 最佳 的汕水 界面恒矬 设
m置油 层Il，的 水滴 分离效 壤蚶 m机 崖是 定敏
佳锕 水界 恤胥的雨 参 数 随蕾fI¨层厚 懂的增 加．墩
出¨的 汕世增人 ，水J 巾汕滴 仆离 妓槊 蕾差
(2)分离 器 油腻 度 不 付．人 I『骨 体 积 ，’
敬 越 、．油 }目前监 的停 删 』百j 越 少 分 离敕 串地曩『．
但 水相需墨 的停留H ¨ l¨业化 大
( )jl二内 构件 的分 离 器 }|汛场 制 烈 的揣
流 ，油 水分离艘 非常 蓐。．苦甍埔 1川整 流掏 件和 壤站
等掏什 时流场进 衍规 ， 促进 小液滴的 壤绡
参 考 文 献
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