高效三相分離器是江漢油田在高含水采油期取消電脫水器 ,簡化原油處理流程 ,實現一次熱化學沉降脫水達標的關鍵設備。自 1995年臺三相分離器投產以來 ,在全油田十幾個區塊共投入 20多臺三相分離器 ,又先后在新疆、廣西、青海等油田及海洋西部石油公司得以推廣并取得極大成功。在脫水溫度 45℃左右的狀況下 ,脫水后原油含水小于0. 5%,污水含油小于 500mg/l。然而 ,鋼制三相分離器在江漢油田的應用遇到了一個致命的問題 ,這就是嚴重腐蝕現狀。油田進入開發后期 ,采出液含水越來越高 ,各個區塊的綜合含水大都在 80%以上 ,且采出水礦化度極高 ,氯離子含量在 15～25 104 mg/l。多年來雖然在內、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離器 2～3年即出現穿孔 ,5年左右就報廢。據統計每年的腐蝕給江漢油田帶來的經濟損失達 3000萬元左右 ,形勢比較嚴重。
    針對鋼制三相分離器腐蝕嚴重 ,防腐措施收效甚微的現狀對三相分離器進行材料革命 ,開發耐腐蝕的非金屬三相分離器是徹底解決腐蝕問題的一條捷徑。
    1　玻璃鋼在油田的應用現狀
    玻璃鋼作為一種優良的耐腐蝕材料 ,在化工領域中應用比較廣泛。油田地面建設工程中直到 20世紀 90年代才開始使用 ,但發展很快 ,特別是在污水和注水工程中玻璃鋼的污水管線、高壓玻璃鋼注水管線和各類玻璃鋼常壓污水處理設備 ,如污水沉降罐、緩沖罐、注水罐等先后得以應用 ,且使用的頻率越來越高。近幾年井口至計量站的集油管線也開始使用玻璃鋼管線 ,效果也很好。這些應用為玻璃鋼三相分離器的研制提供了極有價值的依據。
    2　玻璃鋼三相分離器研制的可行性
    工況的適應性:玻璃鋼材料的耐腐蝕性能是無容質疑的 ,關鍵是強度及剛度的適應性。玻璃鋼屬各向異性材料 ,環向抗拉強度為 300 MPa,軸向抗拉強度為 150 MPa,它的缺點是彈性模量比較低 ,約為鋼的 1 /16～1 /8,所以他的承內壓能力遠大于承外壓能力。三相分離器屬于低壓 操作壓力為 0. 3～0. 4 MPa 內壓容器 ,油、氣、水正常分離時三相分離器出液口無泵 ,從而保證在整個分離過程中容器內部不會出現負壓 ,所以玻璃鋼對三相分離器對操作工況是可以適應的。
    制造工藝的可行性:聯眾玻璃鋼有限集團公司有從意大利引進 FW - 4000型微機控制大型玻璃鋼纏繞機 ,掌握各種玻璃鋼管線的纏繞工藝、有低壓大型儲罐及小型低壓容器的制造經驗。制造廠商的先進設備和成熟的制造工藝為玻璃鋼三相分離器提供了制造方面的技術保證。
    3　玻璃鋼三相分離器開發的關鍵技術
    玻璃鋼是一種良好的絕緣體 ,要在易燃、易爆的油、氣環境下安全使用 ,如何防止油、氣流動中產生的靜電集聚和靜電的導出 ,就成為研制成功與否的關鍵問題。
    另外 ,玻璃鋼用于制造油氣處理的大型壓力容器尚無先例,針對三相分離器的工況 ,對玻璃鋼的配比研究及容器的結構設計 ,特別是封頭與筒體的連接問題是玻璃鋼三相分離器研制的另一關鍵問題。
     4　玻璃鋼三相分離器的研制內容  [-page-] 
     4. 1　結構設計
     為了使容器的強度、剛度及穩定性有足夠的保證 ,在設計時采用有限元法對整個設備進行受力分析 ,根據不同部位的受力情況采用不同的鋪層設計。容器采用了三支座以增強三相分離器的整體穩定性。容器殼體機器自動纏繞 ,內件手糊連接 ,接管局部加強補筋。玻璃鋼的力學性能如下:
        軸向拉伸強度 　　160～165　　MPa

        軸向壓縮強度 　　180 MPa
        環向拉伸強度 　　160～250 MPa
        軸向剪切強度 　　40～45 MPa
    三相分離器罐壁采用了內襯層 -靜電道出層 -結構層 -外保護層 4層結構。
    內襯層:分別由含膠量 95%的內表面氈層和含膠量 75%的短切氈層組成。內表面氈層起防腐、防滲作用。短切氈層既可起到防腐、防滲作用 ,又可起到加強表面層作用。同時在樹脂中加入適量的導電劑 ,改善其導電性能。
    靜電導出層:靜電導出層為金屬網狀結構 ,均勻的附著于內襯層與結構層之間 ,由連接金屬網的導線穿過結構層將靜電導入大地 ,以保證三相分離器的使用安全。
    結構層:結構層是三相分離器的承壓層 ,具有較高的強度和斷裂延伸率。設計時采用有限元法對整個設備進行受力分析 ,根據不同部位的受力情況采用不同的鋪層設計。
    外保護層:外保護層表面加入適量的防紫外線吸收劑 ,起抗老化的作用。
    4. 2　改性玻璃鋼的配比
    玻璃鋼是復合性材料 ,不同纖維樹脂的組合對玻璃鋼性能有很大影響。在玻璃鋼三相分離器研制過程中 ,選用了各種不同的耐腐蝕性能優秀的樹脂配以不同的增強纖維進行試驗、優化、篩選。按玻璃鋼三相分離器不同的部位配以不同的樹脂與增強纖維組合。為證實改性玻璃鋼的耐腐蝕性能分別在油、氣和含鹽污水中進行了浸泡實驗。
    4. 3　防靜電措施
    三相分離器的操作介質為易燃易爆的油、氣 ,為了了保證設備運行的安全 ,三相分離器必須具備防靜
電性能。玻璃鋼設備之所以在油氣處理領域一直沒有得到應用,其主要原因就是防靜電問題沒有解決所以玻璃鋼三相分離器研制的難點在于防靜電技術的研究。按照 GB13348 - 92“液體石油產品靜電安全規程 ”的要求 ,對盛裝易燃易爆油品的容器內壁應使用防靜電防腐涂料 ,涂料的體電阻率應低于 108Ω. m ,面電阻率應低于 109 Ω,而玻璃鋼作為一種良好的電絕緣體其面電阻率一般大于 1014Ω 。因此玻璃鋼三相分離器防靜電措施需解決以下三個方面的問題:
    1 防止進、出液管內的靜電進入罐體內三相分離器所處理的油井產出液中的鹽水是一種良好的導靜電介質 ,只要在進、出液管上的適當位置接地就可把管線內的靜電導出。所以分別在三相分離器進出液管的法蘭連蘭處適當地設置金屬接地環就可防止進、出液管內的靜電進入罐體。
    2 罐體的防靜電措施一般可采用在玻璃鋼中加入導電劑的方法來改善其導電性能 ,但其前提是不能影響其力學、防腐性能。研究中根據實際制作的工藝條件分別采用在罐體內襯層及內部構件外表面層加入石墨或碳黑的方法進行篩選、實驗 ,終選擇了加入炭黑的優化方案。炭黑是一種化學性能穩定的物質 ,其粒徑極小 ,大約在 25～38nm,與樹脂及增強纖維結合緊密 ,因而不會影響到內襯層的防腐、防滲作用。經部門的實測產品的體電阻率不大于 6. 9 ×104Ω . m,其面電阻率不大于 8. 2 ×106Ω,滿足了規范的要求。
    3 罐體內靜電的導出產出液中的高含鹽水本身就有利于靜電的導出 ,為充分保證將罐體內積聚的靜電導出,在罐體內襯層中均勻分布 Φ1mm的銅絲成網狀 ,將銅絲集結穿過結構層導出罐體并接地。考慮在筒體及封頭開口接管時會將導線割斷 ,對開孔處的導線要連接起來以保證導線的連續性。
    4 設備制造工藝研究玻璃鋼的力學性能除了與樹脂、增強纖維有關外 ,其加工制造工藝也是重要因素。增強纖維的纏繞方式和纏繞角度不同 ,其縱、橫兩個方向的力學性能差別很大。在玻璃鋼三相分離器的研制開發中 ,對其操作工況、受力情況進行了細致的分析。三相分離器作為內壓臥式容器 ,它既不同于管道也不同于常壓儲罐 ,要求罐體既能承受內壓造成的環向應力和軸向應力 ,又要滿足容器的支承及安裝、吊裝而必需的鋼度。因此三相分離器制造工藝的研究、制定是致關重要的。由于臥式容器罐壁的環向應力是軸向應力的兩倍 ,所以要求罐壁的環向抗拉強度要大于軸向抗拉強度。綜合考慮容器的內壓強度及剛度因素確定玻璃鋼的力學性能指標為:
        環向抗拉強度:250 MPa
        軸向抗拉強度:165 MPa
    為了使玻璃鋼達到所要求的力學性能 ,對纏繞角度進行了多次調整及試驗 ,確定了適合制造三相分離器的佳纏繞工藝。經嚴密的檢驗以及玻璃鋼三相分離器的試壓、運輸、安裝、及運行 ,證明了各項指標完全達到了設計要求。
    5　玻璃鋼三相分離器的特點及推廣前景
    5. 1　璃鋼三相分離器的特點
    保持了鋼制三相分離器的結構及分離效果的前提下 ,對整體材料進行了革命 ,使三相分離器具有優秀的耐腐蝕性能 ,其壽命由 3～5年提高到 15年以上。
    采用了與筒體同材質的波紋板填料 ,基本做到使填料與筒體同壽命。因而杜絕了每年檢修、更換填料的麻煩,減少了工人的勞動強度和對環境的污染 ,降低了運行成本。
    有效地解決了防靜電的問題 ,從而使玻璃鋼三相分器易燃、易爆的環境下能安全運行。
    玻璃鋼除了具有優良的防腐性能外 ,它還是良好的絕熱材料。其傳熱系數僅為鋼的 5 /1000,因此具有良好的保溫性能 ,與鋼制三相分離器相比 ,可省掉保溫層。