三相分離器采用了重力沉降分離的原理，是一種能把油、氣、水分別分離并加以計量的大型設(shè)備。該設(shè)備有兩個捕霧器，一級捕霧器負(fù)責(zé)把油氣水混合物之中的絕大部分氣體分離出來，緊接著氣體會由導(dǎo)管被輸送進(jìn)二級捕霧器，然后和三相分離器內(nèi)分離出的氣體匯合并一起由放空管線排出。剩下的就是油水分離的過程：油水混合物會到達(dá)三相分離器的內(nèi)部，在預(yù)分離室開始進(jìn)行初步分離，在沉降室油水層形成。為了保持一個穩(wěn)定可控的油水界面，需要不斷根據(jù)情況調(diào)控導(dǎo)水管的高度。最后，油水分離成功，原油經(jīng)隔板進(jìn)入油室，污水則由導(dǎo)管引流入水室。
含水原油在加熱爐加熱之后被送入三相分離器內(nèi)進(jìn)行分離，首先是混合氣液的分離，氣體進(jìn)入氣系統(tǒng)，液體則被整流到沉降室。油水混合物在經(jīng)過沉降、破乳等步驟處理后分別進(jìn)入油室和水室，最后從油室和水室的出口分別進(jìn)入站內(nèi)的油處理系統(tǒng)和水處理系統(tǒng)。而在此過程中混合物中的雜質(zhì)，例如沉積的泥沙、不可利用的污油廢油，都會被各個分離室底部的排污管線隔離到污油池。
油氣水混合物進(jìn)入預(yù)分離室，靠旋流分離及重力作用脫出大量的原油伴生氣，脫氣后的油水混合物經(jīng)導(dǎo)流管進(jìn)入水洗室，在含有破乳劑的活性水層內(nèi)洗滌破乳，再經(jīng)聚結(jié)整流后，流入沉降分離室進(jìn)一步沉降分離，脫氣原油翻過隔板進(jìn)入油室，脫出水靠壓力平衡經(jīng)導(dǎo)管進(jìn)入水室，再經(jīng)各自出口管匯導(dǎo)出，從而達(dá)到油氣水三相分離的目的。
三相分離器由分離筒體、捕霧器、布液板、反射板、聚結(jié)填料、分程隔板、導(dǎo)水管、液位計、安全閥、液位控制閥等附件構(gòu)成，具有工藝簡單，投資少，便于管理和維護，指標(biāo)穩(wěn)定可靠的特點，有利于實現(xiàn)原油處理工藝密閉。
三相分離器運行現(xiàn)狀
（1）油井來液含沙過多導(dǎo)致調(diào)節(jié)機構(gòu)靈敏度下降，液體流量計變卡遲鈍或過濾器被堵塞，無法正常應(yīng)用。
（2）來液溫度低造成的管線結(jié)蠟現(xiàn)象，冬季最低來油溫度是控制在37 ℃，結(jié)蠟會使管道內(nèi)徑變小，分離效果就不樂觀。
（3）分離器壓力不穩(wěn)定，變數(shù)大。壓力波動大時，分離器內(nèi)液面波動失衡，也會導(dǎo)致分離效果變差。
（4）措施井、作業(yè)井過多直接導(dǎo)致了破乳劑破乳效果的大幅下降。
