油气集输工艺原则 续Word文档格式.docx
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(3)振荡聚结:
在工频交流电场中,电场方向每秒改变50次,水滴内各种正负离子不断地做周期性的往复运动,使水滴两端的电荷极性发生相应的变化。
离子的往复运动使水滴界面膜不断地受到冲击,使其机械强度降低,甚至破裂,水滴相撞而聚结成大水滴,从原油中分离出来。
这种聚结方式称为振荡聚结,振荡聚结是在整个电场中进行的。
在交流电场中,原油乳状液中的水滴以偶极聚结和振荡聚结为主;
在直流电场中,水滴以电泳聚结为主,偶极聚结为辅。
值得提出的是,过高的电场强度还会使水滴发生电分散作用,即由于水滴偶极矩的增大,其变形加剧,椭球形水滴两端受电场拉力过大而导致分裂。
当电场强度大于4.8kV/cm时,将发生电分散。
电分散时的电场强度值与油水问的界面张力有关,因此任何使油水界面张力降低的因素,如脱水温度的增高、化学破乳剂的使用,均导致电场对水滴的相对作用增强,使产生电分散时的电场强度值降低。
采用电破乳方法脱水时,应充分利用化学破乳剂的作用,提高脱水效果。
由于各种原油性质不同,其形成乳状液性质也不同,因此需要选择不同品种的化学破乳剂与之相匹配,才能有较好的破乳效果。
选择破乳剂的品种和用量,应通过室内破乳剂试验和现场工业试验,根据成本和效能合理的原则确定。
2.原油电脱水要求达到的质量指标
(1)脱水原油的水含量标准,按轻质原油、中质原油、重质原油分等级。
轻质原油、中质原油:
脱水原油水含量指标应小于或等于0.5%(质量分数);
重质原油:
脱水原油水含量指标应小于或等于2.0%(质量分数)。
(2)从电脱水器脱出的污水,含油一般不大于0.5%,有条件时应力求降低。
经脱水油站隔油措施或除油系统处理后的污水,其油含量应不超过lOOmg/L。
3.设计技术参数的确定
(1)原油电脱水工艺适宜于处理含水小于30%的原油。
(2)电脱水操作温度应根据原油的粘温特性确定,宜在原油运动粘度低于50mm2/s的条件下脱水。
(3)确定电脱水操作压力时,其压力应比操作温度下的原油饱和蒸气压高0.15MPa。
(4)电脱水器的处理能力,应根据原油乳状液处理的难易程度确定其在电脱水器内的停留
(7)原油电脱水,采用直流电的脱水效果要比交流电脱水效果好,但是直流电脱出水的含油量要比交流电的多,所以原油电脱水的供电方式应优先采用交直流双重电场,但不排斥单选用直流电场或交流电场。
4.原油电脱水工艺设计要求
(1)原油电脱水工艺安装设计必须适应全站工艺流程的需要,操作方便,便于维修。
(2)应使电脱水器能满足单台投产、停产、排空、排污的要求,需要时应设置排砂设施。
(3)电脱水器的进油汇管末端和出油汇管之间应安装连通阀。
(4)电脱水器进口管线上宜安装流量计。
在流量计前、后的管线上应安装截断阀,也可以安装流量计旁通管线(图2—13)。
(5)在电脱水器进口、出口管线上的适当位置分别安装取样阀、温度计。
(6)在电脱水器出口阀门的上游管线上应安装扫线接头和压力表。
(7)在电脱水器上安装观察油水界面和污水排放情况的玻璃看窗或视镜。
(8)在电脱水器放水管线截断阀前安装封闭式安全阀和取样阀。
(9)从电脱水器底部排出的污水,应分为有压放水和无压放水。
有压放水采用回掺流程或进入污水处理站。
无压放水排人低位回收池或低位罐。
(10)电脱水器顶部必须设置放气阀。
凡在电脱水器顶部开口时,其开口接管的顶部也必须设置放气阀(图2—14)。
b.电极宜采用组合式。
c.平挂电极采用钢板网结构,钢板网应贴于电极骨架上,点焊牢固。
一片电极使用两张以上钢板网时,应在电极骨架处对接,两张钢板网各自点焊于骨架上。
d.电极不得有尖角和毛刺。
④处理含砂原油的电脱水器其底部应设有水力冲砂管和排砂口。
⑤电脱水器内顶部宜设防爆液位控制器。
(3)电脱水器结构。
电脱水器结构见图2—15。
(五)五合一多功能组合处理装置
为了降低原油集输处理系统的投资,方便生产管理,大庆油田设计研究院研制了多功能组合处理装置,见图2—16。
该装置简称五合一装置,具有气液分离、沉降、加热、电脱水、缓冲功能。
其主要工作原理为:
油井来气液混合物先进入分气包进行气液初步分离,分出的伴生气通过容器外部的管道进入后端的缓冲室,经二次捕雾后进入湿气管线;
分出的含水原油进入火筒罩,析出气体后,再进入火筒下部进行沉降分离脱水;
脱水后的含水原油经过水洗和火筒、烟管加热后溢过堰板进入电脱水段底部的布油槽;
再经过二次水洗,进入电场进行脱水,脱出的净化油经收油槽流入油缓冲室,然后经油调节阀进入输油管线;
脱出的污水经可调堰管溢流出口流入水室,经水调节阀进入掺水管线。
该装置常用规格为64m×
19m,日处理量为1800m3。
近几年的运行结果表明,在液含水率为20%一90%、脱水温度为60。
C的条件下,其出油含水均小于0.3%,污水含油小于1000mg/L,分离出的伴生气直接用做加热燃料,加热段运行热效率可以达到85%以上,实现了一次处理出合格油和水的设计要求。
第四节输油工艺
一输油工艺
(一)原油常规输送工艺
我国各油田所产原油按其流动性质可以分为三类:
第一类为轻质低粘原油,如青海冷湖、新疆柯参原油,其数量不多;
第二类为含蜡较多的高凝点原油,如大庆、胜利、任丘、南阳等原油;
第三类是胶质含量大的高粘度原油,通常称为稠油,如单家寺、孤岛、高升、新疆九区等原油。
第一类原油的管道输送都采用常温输送,后两类原油的管道输送大都采用加热输送。
1.加热输送的目的和特点
加热输送是通过加热炉加热原油来提高原油的温度,从而降低原油粘度,增加其流动性。
在输送过程中原油的温度逐步下降,但始终高于凝点温度。
对于易凝、高粘原油,当其凝点高于管道周围环境温度,或在环境温度下油流粘度很高时,不能直接采用常温输送。
油流过高的粘度使管道的压降剧增,难以实现常温输送,而且不经济、不安全,因此必须采用降凝降粘等措施。
加热输送是目前最常用的输送方法。
加热输送时,提高输送温度使油品粘度降低,减少摩阻损失,降低管输压力,使输油总能耗小于不加热输送,或使管内最低油温维持在凝点以上,保证安全输送。
加热的方法主要有管路沿线设置加热站和伴随加热。
在加热站,可以在油罐内加热(利用罐内的蒸汽管网或热媒换热器),也可以用加热设备,譬如用加热炉进行加热。
伴随加热即利用蒸汽伴热管或用电伴热,这种方法主要用于短管路。
在热油沿管路向前输送的过程中,由于油温远高于管路周围的环境温度,在径向温差的推动下,油流所携带的热量将不断地往管外散失,使油流在前进过程中不断地降温,即引起轴向温降。
轴向温降的存在,使油流的粘度在前进过程中不断上升,单位管长的摩阻逐渐增大,当油温降至接近凝固点时,单位管长的摩阻将急剧升高。
热油输送与常温输送的区别在于,输送过程中存在两方面的能量损失,即摩阻损失和散热损失,因此也必须从两方面给油流供应能量,由加热站供应热能,由泵站供应压力能。
这两方面的能量损失是互相联系互相影响的,其中散热损失是起决定作用的因素。
因为摩擦损失的大小决定于油品的粘度,而粘度的大小则决定于输送温度的高低。
2.热油管道沿程温降计算
油流在加热站加热到一定温度后进入管道,沿管道流动中不断向周围介质散热,使油流温度降低。
散热量及沿线油温分布受很多因素的影响,如输油量、加热温度、环境条件、管道散热条件等。
严格地讲,这些因素是随时间变化的,因此热油管道经常处于热力不稳定状态。
工程上将正常运行工况近似为热力、水力稳定状况,在此前提下进行轴向温降计算。
设计阶段根据
如果以不同的粘温方程代人(2—15)式,可以导出不同的△f计算式。
由于油品的粘温关系式是在实测数据基础上总结的经验公式,因此只适用于一定温度范围,否则误差较大。
计算中用到幂积分函数,应用不方便,故工程设计中很少采用。
但该计算式对分析各种参数对热油管道摩阻的影响是很有用的。
(二)油气水混输工艺
油井产物大多含水,随着油田开采时间的增长,油井产物的含水率逐渐升高。
在输送时,按常规模式需要建两条管线,在站内需要建油气水分离设备、输油泵、天然气除油干燥器等。
这样不仅投资高,而且管理点较多。
因此在输油管路中形成并采用了油气水三相混输工艺。
研究油气水多相流的流动规律,包括流动形态、压降和持液率的规律,具有重大的理论价值。
工程上常把油水当作单一的液相。
当水以游离水存在时,常以油水的质量平均性质作为液相的物性。
事实上,油气水沿管路共流的过程中,特别是经油嘴、阀门、管件时,受到剧烈扰动,混输管路的液相大都是原油乳状液。
因此,常以乳状液的物性作为混输管路液相的物性。
1.油气水三相混输管路的特点
在油气水三相混输管路中,油水液相以油水乳状液的形态存在,气相和油水乳状液混输,其主要特点为:
(1)流型变化多且随油气水三相的流量而异。
(2)相态间能量损失大。
(3)流动不稳定。
2.多相流动形态规律
在多相流动中,由于流量、压力、流动介质的物性和管道几何形状的不同,会形成各种不同的流动形态。
由于不同流动形态具有不同的流体动力学特性,尤其相问的滑脱规律差别较大因此掌握和研究流动形态规律是非常重要的,是研究多相流的基础。
多相流动的形态多种多样,界限也不十分清晰,严格说来很难区分。
但是在处理两相流体力学问题时,在一定精度要求下,可以人为地分为几种流动形态,并且认为在每种流动形态范围内,其流体力学特性是基本相同的。
目前有两类常用的流动形态划分方法。
(1)根据两相介质的外形划分流动形态:
一般情况下多相流动的过程可以呈现出七种流动形态,即泡状流、团状流、层状流、波状流、段塞流、环状流和雾状流。
但由于多相流管路的倾斜角度不同,其相间重力差规律不同,在一定倾斜管路下,仅出现其中的几种流动形态,如垂直多相流动中只有气泡流、段塞流、环状流和雾状流。
(2)根据两相流的数学模型划分流动形态:
为了在多相流动研究中便于进行数学处理,按照流动的数学模型将多相流动划分为分散流、间歇流和分离流三种。
上述两类流动形态的划分方法所划分的结果具有确定的对应关系:
(1)分散流,包括泡状流、雾状流。
(2)分离流,包括层状流、波状流和环状流。
(3)间隙流,包括团状流和段塞流。
3.多相流动参数在进行多相流动计算时,除了要引用单相流动的动力学参数和运动学参数外,还要使用一些多相流动所特有的参数。
(1)油水乳状液的粘度。
二、输油泵
在石油的储存和运输中,泵是最常用的流体机械,用它来增加流体的能量,克服流动阻力,达到沿管路输送的目的。
泵的种类很多,按工作原理、结构就可以分为离心泵、螺杆泵、旋涡泵、往复泵、齿轮泵等。
由于离心泵具有结构简单、体积小、重量轻、操作平稳、流量稳定、性能参数范围广、易于制造、便于维修等优点,因此在石油储运生产中被大量应用。
为了节省投资,方便管理,多相混输泵在油田生产中也被广泛使用。
(一)离心泵
1.离心泵的结构及工作原理
(1)结构:
离心泵主要由叶轮、泵体、机械密封装置、平衡装置和传动装置组成,其中主要部件为叶轮。
(2)工作原理:
在泵体内的泵轴上装有可以回转的叶轮,当泵内灌满液体后,叶轮在原动机带动下高速旋转,叶轮之间的液体被迫作离心运动,以很高的速度和压力从叶轮进口向出口甩去,汇集在泵体内,成为具有一定压力和速度的液流,从泵的排液口流出。
同时,由于叶轮内液体被甩出去,在叶轮的中心部位的吸入口形成负压,水池或大罐内的液体在液面大气压力的作用下,沿进口管路及泵的吸入室流入叶轮。
叶轮在旋转过程中不断地吸人和排出液体,离心泵就是这样工作的。
2.离心泵的分类
(1)按工作叶轮数目分类。
单级泵:
在泵轴上只有一个叶轮。
多级泵:
在泵轴上有两个或两个以上的叶轮,这时泵的总扬程为n个叶轮产生的扬程之和。
(2)按工作压力分类。
低压泵:
压力低于lOOm水柱(13.33MPa)。
中压泵:
压力在100—650m水柱(13.33~86.66MPa)之间。
高压泵:
压力高于650m水柱(86.66MPa)。
(3)按叶轮进水方式分类。
单侧进水式泵:
又叫单吸泵,即叶轮上只有一个进水口。
双侧进水式泵:
又叫双吸泵,即叶轮两侧都有一个进水口。
它的流量比单吸式泵大一倍,可以近似看作是两个单吸泵叶轮背靠背地放在了一起。
(4)按泵壳结合缝形式分类。
水平中开式泵:
在通过轴心线的水平面上开有结合缝。
垂直结合面泵:
结合面与轴心线相垂直。
(5)按泵轴位置分类。
卧式泵:
泵轴与地面成水平安装。
立式泵:
泵轴垂直于地面安装。
(6)按叶轮出来的水引向压出室的方式分类。
蜗壳泵:
水从叶轮出来后,直接进入具有螺旋线形状的泵壳。
导叶泵:
水从叶轮出来后,进入设置在外面的导叶,之后进入下一级或流入出口管。
3.离心泵的基本性能参数
离心泵性能通常用流量和扬程这两个主要参数来表示。
流量是离心泵在单位时间内排出液体的体积。
一台离心泵的流量大小取决于泵的结构尺寸(主要是叶轮的直径和宽度)和转速。
扬程又称压头,它是指离心泵对单位质量的液体所提供的能量,即液体在泵出口和入口的总压头差。
此能量用于补充液体在输送过程中因位置、压力、流动速度的变化及管前摩擦阻力损失所消耗的能量,通常以被输送液体的液柱高度表示。
(二)螺杆泵
螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排液体的。
中间螺杆为主动螺杆,由原动机带动回转,两边的螺杆为从动螺杆,随主动螺杆作反向旋转。
主、从动螺杆的螺纹均为双头螺纹。
由于各螺杆的相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合,在泵的吸入口和排出口之间就会被分隔成一个或多个密封空间。
随着螺杆的转动和啮合,这些密封空间在泵的吸人端不断形成,将吸入室中的液体封入其中,并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端,将封闭在各空间中的液体不断排出,犹如一螺母在螺纹回转时被不断向前推进的情形那样,这就是螺杆泵的基本工作原理。
螺杆泵的工作特点:
(1)流量均匀。
当螺杆旋转时,密封腔连续向前推进,各瞬时排出量相同,因此,它的流量比往复泵、齿轮泵要均匀。
(2)受力情况良好。
多数螺杆泵的主动螺杆不受径向力的作用,所有从动螺杆不受扭转力矩的作用。
因此,泵的使用寿命较长。
有些泵做成双吸结构,还可以平衡轴向力。
(3)运转平稳,噪声小,被输送液体不受搅拌作用。
螺杆泵密封腔空间较大,有少量杂质颗粒也不妨碍工作。
(4)具有良好的自吸能力。
由于螺杆密封性好,凶此可以排送气体,启动时可以不用灌泵,可以进行气液混相输送,可以在较高压力下工作,压力可达30MPa。
(三)混输泵混
输泵是目前油田油气集转输系统中较先进的使用设备,主要用于油田的油气水混输。
在计量站、转油站内安装混输泵可以大大降低计量站和油井回压以及干线输差,减少管理的难度和强度。
混输系统的关键设备就是混输泵,由于所输介质是气液混合物,而且气相和液体含量往往超过常规泵和压缩机的工作范围,因此要求兼有泵和压缩机的性能。
目前可用于混输的泵主要是以螺旋轴流泵为代表的旋转动力式混输泵和以双螺杆泵为代表的容积式混输泵。
由于双螺杆泵对多相介质具有良好的增压效果,可靠性高,所以世界各国纷纷投入巨资进行双螺杆混输泵的研制开发。
1.双螺杆混输泵的工作原理及结构
双螺杆多相混输泵是在输送高粘度原油的普通螺杆泵基础上发展起来的,依靠螺杆相互啮合容积的周期性变化来输送流体。
当螺杆转动时,吸人腔一端的密封线连续地向排出端移动,使吸入腔的容积增大,压力降低,液体在压差作用下进入吸入腔,随着螺杆的转动,密封腔内的流体连续而均匀地移向排出腔,从而将流体排出。
泵的工作原理如图2—18所示。
典型双螺杆混输泵的轴承为外置式,与介质不接触,润滑条件好。
流体由两端吸入从中间排出,密封螺杆两端处于同一压力下,因而可以自行平衡螺杆轴向力。
主螺杆依靠同步齿轮驱动从螺杆,螺杆间能保持一定间隙,避免两齿轮的接触,既减少磨损又能使非润滑介质通过。
另外,流体从泵侧进入泵体,从上部流出,使泵体内存有定量流体,从而具有抗干运行能力。
2.双螺杆混输泵的工作性能及应用
在双螺杆混输泵设计上,利用气体的可压缩性降低回流损失,提高泵的容积效率。
在输送多相流体时采用气体压力渐进升高的方式,进口处压力升高缓慢,出口处压力升高较快,因而进口处回流损失较小。
这种泵对高含气率、高凝固点、高粘度的混合物有较好的增压效果。
大庆油田第九采油厂英51区块的}昆输工艺就采用了双螺杆混输泵。
站内工艺流程见图2—19。
采用双螺杆混输泵进行油气混输后,集油半径扩大到25.6kin,取消了转油站,实现了一级半布站,减少了排污口,充分利用了伴生气资源,减少了设备及维护费用,缩小了整个站的占地面积,同时少建一条23.6km的外输气管线。
双螺杆混输泵的主要特点:
运转平稳,能耗小,效率高;
不灌引水,自吸能力强;
不怕砂和杂质;
提高了系统的输送压力,降低了管压;
能更好地使用现有的管路和设备,减少了设备的投资等。
双螺杆混输泵还可以应用于自然条件恶劣的沙漠油田、滩海油田和边际油田,解决远距离混输问题。
另外,以多相混输泵为核心的水下多相油气自动开采技术的应用,意味着可以用海底增压泵站代替造价高的海上平台,大大减少了开采成本和管理费用。
到目前为止,国外多相泵已成功地应用于近海油田和浅海平台油田,水下多相混输系统也发展到验收鉴定阶段。
由于双螺杆多相混输泵在多相混输方面的理想特性,国外阿吉普(AGIP)、英国石油、壳牌、德士古、道达尔等石油公司均看好双螺杆混输泵,都积极参与开发和油田实验工作。
新比隆(NuovePignone)、雷斯特利滋(Leistritz)、伟亚和鲍曼(BORNEMANN)等公司均生产双螺杆多相混输泵,其中以鲍曼和雷斯特利滋两公司生产的双螺杆泵最具代表性。
鲍曼公司在20世纪80年代中期开始研制多相泵,1988--1992年在突尼斯试制成功,1992年开始市场销售,作为陆上泵已被广泛采用,特别适合于近海油田的海上平台。
雷斯特利滋公司的第一台多相泵于1993年应用于墨西哥湾,现在可以提供转子直径96~365mm、最大排量为1650m3/h、含气率最高可达100%的双螺杆泵,这种泵已在中国、美国、加拿大等国得到成功应用。
三、加热设备
根据结构的不同可以将加热炉分为圆筒形直接式加热炉和卧式方箱形直接加热炉两大类;
按形式可以分为管式、火筒式、水套炉式三种加热炉。
下面分别介绍二合一加热炉、火筒炉、水套炉和真空炉。
(一)二合一加热炉
1.工作原理二合一加热炉(图2—20)工作主要有三个过程:
(1)燃料燃烧过程:
燃料在炉内燃烧和放出热量。
(2)传热过程:
加热炉的火管、烟管或辐射管、对流管将烟气的热量传给炉内介质(或管内介质)使其温度达到工艺所要求的数值。
(3)烟气通过烟箱(或烟道)进入烟囱排到大气的过程。
未完待续~~
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