高效三相分离器是江汉油田在高含水采油期取消电脱水器 ,简化原油处理流程 ,实现一次热化学沉降脱水达标的关键设备。自 1995年台三相分离器投产以来 ,在全油田十几个区块共投入 20多台三相分离器 ,又先后在新疆、广西、青海等油田及海洋西部石油公司得以推广并取得极大成功。在脱水温度 45℃左右的状况下 ,脱水后原油含水小于0. 5%,污水含油小于 500mg/l。然而 ,钢制三相分离器在江汉油田的应用遇到了一个致命的问题 ,这就是严重腐蚀现状。油田进入开发后期 ,采出液含水越来越高 ,各个区块的综合含水大都在 80%以上 ,且采出水矿化度极高 ,氯离子含量在 15～25 104 mg/l。多年来虽然在内、外防腐上采取了很多措施 ,但收效甚微。因此我局在役的三相分离器 2～3年即出现穿孔 ,5年左右就报废。据统计每年的腐蚀给江汉油田带来的经济损失达 3000万元左右 ,形势比较严重。
    针对钢制三相分离器腐蚀严重 ,防腐措施收效甚微的现状对三相分离器进行材料革命 ,开发耐腐蚀的非金属三相分离器是彻底解决腐蚀问题的一条捷径。
    1　玻璃钢在油田的应用现状
    玻璃钢作为一种优良的耐腐蚀材料 ,在化工领域中应用比较广泛。油田地面建设工程中直到 20世纪 90年代才开始使用 ,但发展很快 ,特别是在污水和注水工程中玻璃钢的污水管线、高压玻璃钢注水管线和各类玻璃钢常压污水处理设备 ,如污水沉降罐、缓冲罐、注水罐等先后得以应用 ,且使用的频率越来越高。近几年井口至计量站的集油管线也开始使用玻璃钢管线 ,效果也很好。这些应用为玻璃钢三相分离器的研制提供了极有价值的依据。
    2　玻璃钢三相分离器研制的可行性
    工况的适应性:玻璃钢材料的耐腐蚀性能是无容质疑的 ,关键是强度及刚度的适应性。玻璃钢属各向异性材料 ,环向抗拉强度为 300 MPa,轴向抗拉强度为 150 MPa,它的缺点是弹性模量比较低 ,约为钢的 1 /16～1 /8,所以他的承内压能力远大于承外压能力。三相分离器属于低压 操作压力为 0. 3～0. 4 MPa 内压容器 ,油、气、水正常分离时三相分离器出液口无泵 ,从而保证在整个分离过程中容器内部不会出现负压 ,所以玻璃钢对三相分离器对操作工况是可以适应的。
    制造工艺的可行性:联众玻璃钢有限集团公司有从意大利引进 FW - 4000型微机控制大型玻璃钢缠绕机 ,掌握各种玻璃钢管线的缠绕工艺、有低压大型储罐及小型低压容器的制造经验。制造厂商的先进设备和成熟的制造工艺为玻璃钢三相分离器提供了制造方面的技术保证。
    3　玻璃钢三相分离器开发的关键技术
    玻璃钢是一种良好的绝缘体 ,要在易燃、易爆的油、气环境下安全使用 ,如何防止油、气流动中产生的静电集聚和静电的导出 ,就成为研制成功与否的关键问题。
    另外 ,玻璃钢用于制造油气处理的大型压力容器尚无先例,针对三相分离器的工况 ,对玻璃钢的配比研究及容器的结构设计 ,特别是封头与筒体的连接问题是玻璃钢三相分离器研制的另一关键问题。
     4　玻璃钢三相分离器的研制内容  [-page-] 
     4. 1　结构设计
     为了使容器的强度、刚度及稳定性有足够的保证 ,在设计时采用有限元法对整个设备进行受力分析 ,根据不同部位的受力情况采用不同的铺层设计。容器采用了三支座以增强三相分离器的整体稳定性。容器壳体机器自动缠绕 ,内件手糊连接 ,接管局部加强补筋。玻璃钢的力学性能如下:
        轴向拉伸强度 　　160～165　　MPa

        轴向压缩强度 　　180 MPa
        环向拉伸强度 　　160～250 MPa
        轴向剪切强度 　　40～45 MPa
    三相分离器罐壁采用了内衬层 -静电道出层 -结构层 -外保护层 4层结构。
    内衬层:分别由含胶量 95%的内表面毡层和含胶量 75%的短切毡层组成。内表面毡层起防腐、防渗作用。短切毡层既可起到防腐、防渗作用 ,又可起到加强表面层作用。同时在树脂中加入适量的导电剂 ,改善其导电性能。
    静电导出层:静电导出层为金属网状结构 ,均匀的附着于内衬层与结构层之间 ,由连接金属网的导线穿过结构层将静电导入大地 ,以保证三相分离器的使用安全。
    结构层:结构层是三相分离器的承压层 ,具有较高的强度和断裂延伸率。设计时采用有限元法对整个设备进行受力分析 ,根据不同部位的受力情况采用不同的铺层设计。
    外保护层:外保护层表面加入适量的防紫外线吸收剂 ,起抗老化的作用。
    4. 2　改性玻璃钢的配比
    玻璃钢是复合性材料 ,不同纤维树脂的组合对玻璃钢性能有很大影响。在玻璃钢三相分离器研制过程中 ,选用了各种不同的耐腐蚀性能优秀的树脂配以不同的增强纤维进行试验、优化、筛选。按玻璃钢三相分离器不同的部位配以不同的树脂与增强纤维组合。为证实改性玻璃钢的耐腐蚀性能分别在油、气和含盐污水中进行了浸泡实验。
    4. 3　防静电措施
    三相分离器的操作介质为易燃易爆的油、气 ,为了了保证设备运行的安全 ,三相分离器必须具备防静
电性能。玻璃钢设备之所以在油气处理领域一直没有得到应用,其主要原因就是防静电问题没有解决所以玻璃钢三相分离器研制的难点在于防静电技术的研究。按照 GB13348 - 92“液体石油产品静电安全规程 ”的要求 ,对盛装易燃易爆油品的容器内壁应使用防静电防腐涂料 ,涂料的体电阻率应低于 108Ω. m ,面电阻率应低于 109 Ω,而玻璃钢作为一种良好的电绝缘体其面电阻率一般大于 1014Ω 。因此玻璃钢三相分离器防静电措施需解决以下三个方面的问题:
    1 防止进、出液管内的静电进入罐体内三相分离器所处理的油井产出液中的盐水是一种良好的导静电介质 ,只要在进、出液管上的适当位置接地就可把管线内的静电导出。所以分别在三相分离器进出液管的法兰连兰处适当地设置金属接地环就可防止进、出液管内的静电进入罐体。
    2 罐体的防静电措施一般可采用在玻璃钢中加入导电剂的方法来改善其导电性能 ,但其前提是不能影响其力学、防腐性能。研究中根据实际制作的工艺条件分别采用在罐体内衬层及内部构件外表面层加入石墨或碳黑的方法进行筛选、实验 ,终选择了加入炭黑的优化方案。炭黑是一种化学性能稳定的物质 ,其粒径极小 ,大约在 25～38nm,与树脂及增强纤维结合紧密 ,因而不会影响到内衬层的防腐、防渗作用。经部门的实测产品的体电阻率不大于 6. 9 ×104Ω . m,其面电阻率不大于 8. 2 ×106Ω,满足了规范的要求。
    3 罐体内静电的导出产出液中的高含盐水本身就有利于静电的导出 ,为充分保证将罐体内积聚的静电导出,在罐体内衬层中均匀分布 Φ1mm的铜丝成网状 ,将铜丝集结穿过结构层导出罐体并接地。考虑在筒体及封头开口接管时会将导线割断 ,对开孔处的导线要连接起来以保证导线的连续性。
    4 设备制造工艺研究玻璃钢的力学性能除了与树脂、增强纤维有关外 ,其加工制造工艺也是重要因素。增强纤维的缠绕方式和缠绕角度不同 ,其纵、横两个方向的力学性能差别很大。在玻璃钢三相分离器的研制开发中 ,对其操作工况、受力情况进行了细致的分析。三相分离器作为内压卧式容器 ,它既不同于管道也不同于常压储罐 ,要求罐体既能承受内压造成的环向应力和轴向应力 ,又要满足容器的支承及安装、吊装而必需的钢度。因此三相分离器制造工艺的研究、制定是致关重要的。由于卧式容器罐壁的环向应力是轴向应力的两倍 ,所以要求罐壁的环向抗拉强度要大于轴向抗拉强度。综合考虑容器的内压强度及刚度因素确定玻璃钢的力学性能指标为:
        环向抗拉强度:250 MPa
        轴向抗拉强度:165 MPa
    为了使玻璃钢达到所要求的力学性能 ,对缠绕角度进行了多次调整及试验 ,确定了适合制造三相分离器的佳缠绕工艺。经严密的检验以及玻璃钢三相分离器的试压、运输、安装、及运行 ,证明了各项指标完全达到了设计要求。
    5　玻璃钢三相分离器的特点及推广前景
    5. 1　璃钢三相分离器的特点
    保持了钢制三相分离器的结构及分离效果的前提下 ,对整体材料进行了革命 ,使三相分离器具有优秀的耐腐蚀性能 ,其寿命由 3～5年提高到 15年以上。
    采用了与筒体同材质的波纹板填料 ,基本做到使填料与筒体同寿命。因而杜绝了每年检修、更换填料的麻烦,减少了工人的劳动强度和对环境的污染 ,降低了运行成本。
    有效地解决了防静电的问题 ,从而使玻璃钢三相分器易燃、易爆的环境下能安全运行。
    玻璃钢除了具有优良的防腐性能外 ,它还是良好的绝热材料。其传热系数仅为钢的 5 /1000,因此具有良好的保温性能 ,与钢制三相分离器相比 ,可省掉保温层。