油气储运工程专业毕业论文油田联合站设计.doc 33页

'中国石油大学（华东）毕业设计WH联合站设计学生姓名：***学号：03181106专业班级：油气储运工程03-6班指导教师：王海琴2006年6月20日 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）摘要联合站的设计是以储运教研室下达的的任务书为依据完成的。该联合站东西350米，南北250米，年处理量为270万吨，采用密闭流程。站外来油经三相分离器、加热炉、油气分离器、电脱水器、稳定塔等首先进行油、气、水的分离，再经外输泵和计量间等向外输送。站内气体直接送往气体处理厂进行处理。站内划分为油罐区，污水处理区，工艺区，配电区，消防区，辅助生产区，设计时设计了有泵流程，同时也考虑了停电流程，即使故流程。根据任务书所给的站处理量和各种设计参数，首先初步选择了各工艺段设备，接着确定了总平面布置和联合站的工艺流程。与此同时，完成了平面布置图和流程图，设计并画了泵房的管线安装图。关键词：联合站；分离；生产流程；设备 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）ABSTRACTThedesignofWHCentralTreatingStationwascomplicatedaccordingtotheassignmentgivenbytheStorageandTransportationTeachingandResearchingDepartment.Itis250meterslongfromnorthtosouthand350meterswidefromeasttowest.Thetreatingcapacityofthestationisabout2,700,000tonsperyear.Thecentraltreatingstationtreatswellstream.Itsmaintaskisoil,gasandwaterseparation.Gas,crudeoilandwatermixtureflowintothecentraltreatingstation.First,itgoesintothreephaseseparators,thengoesthroughfluidjacketheaters,Twophaseseparators,electronicdehydrators,stabilizationtower,atlasttreatedcrudeoilispumpedtothemineralterminal.Thecentraltreatingstationincludestwomainprocesses,theyaretightflowprocesswithandwithoutpumps.Inaddition,theaccidentalprocesswhilepowerisoffwasconsidered.Inthedesign,weconsideredtheconditionsgivenbytheassignment;seclectedandcheckedtheequipmentsandpipelines.Thedesignincludethreedraws.keyword:centraltreatingstation;separate;process;equipment 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）目录第一章前言1第二章联合站设计说明书22.1设计概述22.2联合站工艺系统概述22.2.1油气水混合物的收集22.2.2油、气、水的初步分离32.2.3原油脱水32.2.4原油稳定32.3站址选择和总平面布置32.3．1站址选择与平面布置概述32.3.2本联合站平面布置42.4流程及流程说明42.4.1工艺流程的设计要求42.4.2原油处理工艺简介42.5设备及管线的安装布置52.5.1进站阀组的安装52.5.2电脱水器的布置安装52.5.3管线安装综述62.5.4输油泵房的布置安装6第三章联合站工艺计算73.1基础数据计算73.1.1设计规模73.1.2油气物性计算[1]73.2主要设备的选择83.3原油缓冲罐的计算103.5加热炉的选取113.6罐的选取[4]123.7外输泵的选取与校核123.8循环泵的选取15第四章管线的选取与校核174.1外来油至三相分离器之间管线的计算174.2三相分离器到缓冲罐间输油管线计算194.2.1流速计算194.2.2三相分离器到缓冲罐输油管线的计算194.2.3管线压降的计算：204.3缓冲罐到循环泵之间管线的计算224.3.1局部摩阻的计算224.3.2沿程摩阻的计算224.4循环泵到电脱水器之间管线的计算224.5电脱水器到加热炉之间管线的计算234.5.1压降计算23 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）4.5.2局部摩阻计算234.6加热炉到稳定区之间管线的计算244.7稳定区到外输泵之间的管线计算244.8事故罐到循环泵之间管线的计算24结论26致谢27参考文献28 前言第一章前言联合站，即集中处理站，是油田地面集输系统中的重要组成部分，就是把分散的原料集中、处理使之成为油田产品的过程，油田生产的必要环节。这个过程从油井井口开始，将油井生产出来的原油、伴生天然气和其他产品，在油田上进行集中、输送和必要的处理、初加工，将合格的原油送往长距离输油管线首站，或者送往矿厂油库经其他运输方式送到炼油厂或转运码头；合格的天然气则集中到输气管线首站，再送往石油化工厂、液化合格的天然气则集中到输气管线首站，再送往石油化工厂、液化气厂或其他用户。就油田的生产全局来说，油气集输是继油藏勘探、油田开发、采油工程之后的很重要的生产阶段。随着这些年油田采出原油含水率越来越高，联合站在油田生产中的地位也日益显得重要。相信在未来的油田的生产中联合站的地位将会更加重要。本次设计是更具任务书所给定的内容以及经过大量的计算和论证得出的一套可行的设计方案。28 联合站设计说明书第二章联合站设计说明书2.1设计概述联合站，即集中处理站，是油田地面集输系统中的重要组成部分。就油田的生产全局来说，油气集输是继油藏勘探、油田开发、采油工程之后的很重要的生产阶段。如果说油藏勘探是寻找原油，油田开发和采油工程是提供原料，那么油气集输则是吧分散的原料集中处理，使之成为油田产品的过程。联合站的功能有：油气水分离，原油脱水，原油稳定，轻烃回收，天然气净化以及采出水处理和回注等。油井产物经分离计量、脱水、稳定、输送等工艺环节和生产过程被加工成各种油田产品，输往矿场原油库或输油、输气首站。联合站设计是油气集输工艺环节的重要组成部分，对它的要求是使其最大限度的满足油田开发和油气开采的要求，做到技术先进、经济合理、生产安全可靠，保证为国家生产符合数量和质量要求的油田产品。联合站的主要设备及设施有：油气分离设备、加热设备、脱水、脱盐设备、天然气脱水设备、轻油回收、原油稳定设备、储油设备、缓冲设备、输油、等泵机组、输气压缩机组等。联合站除了油气工艺系统外、还包括配电、供给水、供热、电讯、采暖、通风、自动控制等系统，以及必要的生产厂房、辅助生产设施和行政生活设施（办公室、宿舍等）。2.2联合站工艺系统概述2.2.1油气水混合物的收集28 联合站设计说明书对油井井口的产物计量后，输送到联合站进行集中处理，在收集过程中要对高黏度、高凝点的原油采取一定的措施，使其能够在容许的压力下，安全地输送到联合站。通常采用的方法是：加热保温；化学降粘、降凝法；物理降粘、降凝法。2.2.2油、气、水的初步分离在实际的生产过程中，从油井出来的不单是原油，还含有气、水、沙、盐、泥等。为了便于输送、储存、计量和使用，必须对他们进行初步分离，油井产物常含有水，特别在油井生产的中后期，含水量逐渐增多，一般利用离心力、重力等机械方法，分离成气、液两相。有些井出砂量很高，同时还应除去固体混合物。油气的初步分离是在油气分离器中进行，一般采用多级分离，分离级数根据油田具体情况而确定。油水的分离主要是在三相分离器中进行，在开式流程中，也在沉降罐中进行。2.2.3原油脱水对轻质、重质含水原油，宜采用热沉降，化学沉降方法脱水；对重质原油的高含水原油，先采用热化学沉降法脱水，在用电脱水，对乳化度高的高粘度、高含水原油，应先破乳再沉降脱水。2.2.4原油稳定原油中，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷（正构）在通常状况下都是气体，这些轻烃从原油中挥发出来时会带走大量戊烷、己烷等组分，造成原油的大量损失，为了降低油气集输过程中的原油蒸发损耗，一个有效的方法就是将原油中挥发性强的轻烃比较完全地脱除出来，使原油在常温常压下的蒸汽降压，这就是原油稳定。2.3站址选择和总平面布置2.3．1站址选择与平面布置概述2.3.1.1站址的选择对于站址的选择，从平面上考虑应满足下列要求：28 联合站设计说明书a)站址应有一定的面积，使站内建筑物之间能留有负荷防火安全规定的间距，并给站的扩建和改造留有必要的余地。所选站址与附近企业、住宅、公用建筑物要保持应有的安全防火距离。b)所选站址的交通、供电、供水、电讯等尽量方便，还应靠近允许排污水的低洼地带或水塘，或者靠近考虑污水处理设施的地方，以便排除站内的污水，不致损害农田和水源。2.3.2本联合站平面布置本联合站座北朝南，站内主要建筑皆面朝南。该联合站处于乡镇和居民区最小风频的上风侧，并避开了窝风的地段，整体通风情况良好。根据工艺流程，按不同的生产功能和特点，将同类工艺设施相对集中的布置在一起，主要分为：储油灌区，配电区，工艺处理区，污水处理区，气处理区，消防区，锅炉房供热区，辅助生产区及生产管理区。2.4流程及流程说明2.4.1工艺流程的设计要求1、油气集输应根据批准的油田开发设计，全面规划，分期实施，以近期为主，做到远近结合，并适当考虑扩建，改造的可能性。应根据要求，进行合理的布置。必须对油气集输过程中产生的废水废气废渣等进行妥善的处理，必须满足国家的现行标准。2、油气集输的工艺过程应密闭、降低油气损耗；应合理的利用油田产品的热能和压能，以降低能耗。3、系统布局应符合工艺流程和产品流向，方便生产管理和油田调整。2.4.2原油处理工艺简介为了降低油气损耗和动力损耗，本站采用密闭式生产流程。油气集输流程包括密闭生产流程和开式生产流程两种。本站流程包括正常生产流程和辅助生产流程。主要生产流程（密闭流程）28 联合站设计说明书(1)有泵密闭流程破乳剂天然气阀组计量用户站外来油进站阀组油气水三相分离器原油缓冲罐循环泵污水污水处理站破乳剂电脱水器加热炉原油稳定塔外输泵计量污水污水处理站外输（2）停电流程破乳剂天然气阀组计量用站外来油进站阀组油气水三相分离器原油缓冲罐污水污水处理站高含水原油储罐循环泵加热炉同有泵流程本站流程说明：本站在正常生产情况下使用有泵密闭流程。另外，本站还设置了停电流程。联合站在停电时，站外来油经过进站阀组、油气水三相分离器、原油缓冲罐后进入原油储罐作暂时的储存，等有电时再用循环泵将储罐内的含水原油抽出来送往加热炉，以后流程同有泵密闭流程。2.5设备及管线的安装布置2.5.1进站阀组的安装站外来油管线一共三条，在进站阀组处由一条汇管输往三相分离器，安装汇管后，可以避免因来油不均而造成分离器过载，以及在某台分离器检修时，可以通过汇管调节将该管线的来油分散至其他管线中。2.5.2电脱水器的布置安装本站采用的电脱水器，其控制压力为0.3MPa,28 联合站设计说明书采用双排布置，相邻列间距取1.5米。为了避免电脱水器中有气体析出，使用循环泵，增高原油的压力，从而确保了电脱水器的安全。电脱水器入口处装设药剂管线，以便于加速电场力对原油乳状液的破乳脱水。在电脱水器出油管切断阀之前应安装压力表和取样阀，在排水管切断之前应安装全封闭式安全阀、取样阀和观察窗。2.5.3管线安装综述再总平面图上分区布置的基础上，油气、热力、供排水管线及电路、电信线尽量缩短长度，在满足水力热力的要求、下，线路布置力求整齐美观。场区内各种地下、地上管路和供电、通信线路应集中布置在场区道路的两侧，应避免地上管线和电力、电信线路包围工艺管线和独立的建筑物，并减少和场区道路的交叉。交叉时采用直交。主要的油管线均设有伴热管线。2.5.4输油泵房的布置安装1)泵房里的泵成行布置，均采用防爆电机，并将泵基础前端边沿取齐。2)泵基础前端与墙边距为3.9米，以利于布置管线和人员走动，泵前的主要通道（从工艺管线突出部分到前墙的净距）不小于1.0米，不大于2.0米。3)电机突出部分与后墙的距离为1.2米，满足更换电机或抽芯检查的要求。4)原油泵的吸入管应装有过滤器和真空压力表，出口表应装止回阀和压力表。与泵进出口相连的管段应比泵进出口的直径大一段。5)离心泵进口管线的最高点或过滤器的顶端，泵出口阀的前边应装放气管，放气管一般为DN15，此放气管常和压力表接头结合在一起安装。6)齿轮泵的出口管线上设置安全阀。28 联合站工艺计算第三章联合站工艺计算3.1基础数据计算3.1.1设计规模原油处理能力为270万吨/年。考虑油田生产的不均衡性，取不平衡系数；则原油计算处理能力为=308.2=369.9t/h。天然气的处理量为：Nm/t3.1.2油气物性计算[1]原油密度在20~120范围内，原油密度为：（3-1）式中，当780<<860时，值为：=（3.083-2.638）动力粘度由文献[1]知：（3-2）其中，当1000mps时c=10.a=2.52×101/℃100，故罐在最低液位时仍能保证泵的正常吸入。稳定塔外输泵外输：28 联合站工艺计算kgf/cm=300mmHgm塔的最低液位比泵高3m，稳定塔至外输泵间的距离约为70m，其沿程摩阻为：m所以剩余压头为H=3-1.36-0.08=1.56m>0，故塔在最低液位时仍能保证泵的正常。3.8循环泵的选取3.8.1在流程中需用循环泵的工况[3][4]正常流程：缓冲罐循环泵电脱水器事故流程：事故罐循环泵加热炉电脱水器的泵即可，缓冲罐出口条件：0.14MPa.1管线选用，长度约为20m,流量为0.1606m/s，经计算在水力光滑区。出油阀阻力损失取49000Pa,0.14-49600=0.091MPa.电脱水器入口处转子流量计压降为4.0m,即为0.033MPa,循环泵所提供的扬程H=0.3+0.033+0.005-0.091=0.237MPa=28.6m.2泵的台数及型号泵进口条件：0.91MPa循环泵内油：Q=m/s.选用8－10LRB49B规格Q=420.H=36.4.n=,取n=2,可选3台泵，一台备用。Q=m/s。3.8.2循环泵的性能校核将泵的允许气蚀余量=4.2m换算成泵允许吸入真空度28 联合站工艺计算，查文献[4]取由(3-10)得：由(3-11)得m由(3-9)知罐到循环泵的摩阻损失：（其长度约为120m）m所以剩余压头为H=3.42+1-2.33=2.1m故罐在最低液位时仍能保证泵的正常吸入。28 管线的选取与校核第四章管线的选取与校核4.1外来油至三相分离器之间管线的计算4.1.1游离天然气物性的计算[1]4.4.1.1游离天然气的物性计算1、天然气溶解度计算(4-1)式中：——原油中天然气的溶解度；——工程标况下天然气的相对密度；——原油的相对密度。已知：工程标况下，空气的密度，天然气的密度为∴∴管路中的气相流量：(4-2)式中：——游离天然气的流量，；——天然气的总流量，；——天然气在原油中的溶解度；——原油的流量，。将，28 管线的选取与校核代入式(3-16)得：2、天然气密度计算(4-3)式中：——原油中天然气的溶解度，；——工程标况下天然气的相对密度；——原油的相对密度。未溶解天然气的密度为：(4-4)式中：—工程标况下气油比，，。将，，，代入式(3-19)得：换算为管路条件（0.5，40℃）下，未溶解天然气的密度：2、天然气粘度的计算由式(3-6)——天然气的温度，，；——天然气在标准状况下的相对密度；28 管线的选取与校核3.3.1.2液相密度和粘度的计算液相密度：4.1.2初选管径气液混合物总流量为：m/s假设气液混合物流速为2m/s，则由(2-10)得m取的管线，则实际流速为：m/s(4-5)4.2三相分离器到缓冲罐间输油管线计算4.2.1流速计算考虑到三相分离器和管路的有效利用问题，从进站阀组到油、气、水三相分离器选用一条管线，再分到三台分离器，这样可以减小分配不均的缺陷。气液混合总流量为：假定气液混合物的流速为1.3，则管径取Φ610×5.2的管线，则实际流速为：4.2.2三相分离器到缓冲罐输油管线的计算三相分离器出口温度为55℃，原油含水率为20%左右，此时油的密度，∴则=.=2775.5.28 管线的选取与校核，选Φ426.4×6管线，则实际流速为：4.2.3管线压降的计算：三相分离器到缓冲罐的管线如图所示。局部摩阻按达西公式计算：（4-6）表3-1三相分离器到缓冲罐间的当量长度一览窗体底部管线123规格元件出油阀闸阀闸阀大小头过滤器流量计弯头弯官弯头闸阀转弯三通弯头个数12221121132441.5100摩阻4.0m28104452837.0m28 管线的选取与校核管线的计算：Q=Q=0.0401m选的管线。由(4-9)知实际流速为：V=0.812m/s计算实例：局部摩阻的计算：管线管线：管线管线的局部摩阻为：=0.031Pa管线的局部摩阻为4=0.43=3549Pa.管线的局部摩阻为0.769沿程摩阻的计算：∴，属于水力光滑区Pa28 管线的选取与校核高程压降计算：=4114.5Pa总压降为：该段管线采用地上管墩铺设，外面采用保温层，温降很小可以忽略。4.3缓冲罐到循环泵之间管线的计算此段管路中液相的物性和从三相分离器到缓冲罐间管路的物性相近，，，。选用一条Φ426.6的管线，实际流速为1.194，此段管长约为90。4.3.1局部摩阻的计算此段管线含有4个90°弯头、2个截止阀和1个过滤器。4.3.2沿程摩阻的计算m=3216Pa取缓冲罐液位于循环泵入口高差为2，则高程差压降为：所以，4.4循环泵到电脱水器之间管线的计算选管径Φ426×6，取管线长为70，则沿程摩阻为：局部摩阻主要考虑转子流量计，取取电脱水器和缓冲罐的液位大致相等，所以高程压差为2：28 管线的选取与校核所以此段管路总压降为4.5电脱水器到加热炉之间管线的计算从电脱水器出来的原油为纯净原油，含水≤0.5%，（按0.5%计算）此条件下，∴油品的密度：选Φ406.4×4.4的管线，则实际流速为：4.5.1压降计算∴，属于水力光滑区取，4.5.2局部摩阻计算，取当量长度，∴4.6加热炉到稳定区之间管线的计算，，∴选Φ406.4×4.4的管线，则实际流速为：28 管线的选取与校核∴，属于水力光滑区取，高差为18，∴设此段中局部摩阻为沿程摩阻的20%，则∴总压降为4.7稳定区到外输泵之间的管线计算取原油稳定塔内稳定液位为16m选的管线，长度约为130m，稳定塔出口压力为：mPa沿程摩阻为：取当量长度0.11mPa4.8事故罐到循环泵之间管线的计算选Φ426.4×6的管线，长度取800，属于水力光滑区，∴沿程摩阻损失：取局部摩阻为沿程摩阻的20%，则∴总压降为28 管线的选取与校核28 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）结论经过设计与计算该联合站主要布置为储罐区、生产工艺区、消防区、污水处理区、气体处理区和辅助生产区。站内主要工艺流程包括：有泵密闭流程、无泵密闭流程和停电流程（事故流程）。在设计中，首先根据任务书和当地的实际情况进行了站址的选择和设计方案的确定，然后在基本参数及热力和水力计算之后进行了站内设备、设施及管线管径的选取，本站共选了四台三相分离器、两台缓冲罐、四台电脱水器、两台加热炉、三台循环泵、两台外输泵、一台污油泵、四座原油储罐。在此基础上设计并完成了总平面布置图；根据总平面布置图进行了水力校核计算，设计了合理的工艺流程并绘制了工艺流程图，同时设计了泵房的工艺安装图28 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）致谢通过近半个学期的毕业设计，我更深地体会到了知识的活学活用。我们组的老师，王海琴老师在这次毕业设计的整个过程中，总是严格要求我们，指出我们的错误和不足。知识没有半点虚假，在整个过程中，她提醒我们每组数据务求有据可依，不仅自己要清楚，也要保证其他人在看设计的时候能够一目了然。无疑这将会对我以后的生活、工作将会产生深远的影响。在此对王海琴老师表示诚挚的感谢！除此之外，我还要向与我在同一个教室一起做毕业设计的同学及老师表达我的感激之情。平时，曹学文、寇杰、李琦瑰等老师也常常指导我们，帮助我们，我们有问题的想他们提问的时候他们总是耐心讲解。无疑，身边同学的帮助也是对我帮助很大，王刚、赵云磊、王晖，赵庆兵对我帮助也很大，在此同样对他们表示衷心的感谢！由于我水平和知识有限，涉及中错误在所难免，希望老师们和同学们给与批评和指正。28 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）参考文献[1]冯书初、郭揆常、王学敏.《油气集输》.第一版.石油大学出版社.1988[2]郭光臣、董文兰、张志廉编.《油库设计与管理》.第一版.石油大学出版社.1991[3]苗成武、江士昂等编.《油田油气集输设计手册》.第一版.石油工业出版社.1994[4]王锁琴、王国轩等编.《泵产样品》第一版.机械工业出版社.1997[5]杨筱衡、张国忠编著.《管道设计与管理》.第一版.石油大学出版社.1996[6]大庆油田科学设计院编.《油气集输储运设计手册》大庆油田科学设计院.1975[7]中国石油天然气总公司规划设计院.《原油和天然气工程建设站（厂）场总图设计规范》SYJ48-91.石油工业出版社.1992[8]中华人民共和国石油天然气行业标准.《石油工程制图标准》SYJ3-91.石油工业出版社.1992[9]Wylie.FluidTransients.Ann.Arbor.Michigan.1983[10]G..Zwatter,AnalysisandControlofunteady.FlowinPipelineButterworth,Publisher.198428'