储运专业联合站初步设计Word下载.docx
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联合站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。
以前联合站在设计工程中存在的一些未能考虑的问题,同时随着原油特性的改变,需要各种油气设施的最优化设计,在本此联合站设计中都有所考虑。
通过大量的计算以及论证,最终制定出了一套可行方案,基本可以实现年处理能力350万吨的生产任务,从而完成联合站设计。
由于本人知识有限,未免存在许多不足之处,恳请各位老师同学给与批
评与指正。
第1章SR联合站工程说明书
1.1概述
1.1.1简介
联合站,即集中处理站,是油田地面集输系统中重要组成部分。
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,那么油气集输则是把分散的原料集中处理,使之成为油田产品的过程。
联合站一般建在集输系统压力允许的范围内,为了不影响开发井网以及油田中后期加密井网的布置与调整,应尽量建在油田构造的边部。
联合站将来自井口的原油、伴生天然气和其他产品进行集中、运输和必要的处理、初加工,将合格的原油送往长距离输油管线首站外输,或者送往矿场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。
联合站一般包括如下的生产功能:
油气水分离、原油脱水、原油稳定、天然气脱水、轻油回收、原油储存及向矿场油库输送、污水处理、净化污水回注地层、接收计量输来的油气混合物、变配电、供热及消防等。
联合站设计是油气集输工艺设计的重要组成部分,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,做到集输先进、经济合理、生产安全可靠,保证为国家生产符合数量和质量的油田产品。
1.1.2联合站工艺系统概述
1.1.2.1油气水混合物的收集
一个区域中若干油井的井口产物经过计量后,输送到联合站进行集中处理。
在收集的过程中对于高粘度、高凝点原油要采取一定措施,使它能够在允许的压力下安全的输送到联合站而不至于凝固在管线内。
通常采用的方法有:
加热保温法;
化学降粘、降凝法;
物理降粘、降凝法。
1.1.2.2油气水的初步分离
在实际生产工程中,从油井出来的不单是原油,常常含有气、水、砂、盐、泥浆等。
为了便于输送、储存、计量和使用,必须对它们进行初步分离。
油井产物中常含有水特别在油井生产的中后期,含水量逐渐增多,利用离心重力等机械方法分离成气液两相。
有些井出砂量很高,同时还应该除去固体混合物。
油气水的初步分离主要在三相分离器中进行,在开式流程中,也在沉降罐中进行。
油和机械杂质、盐的分离一般与油水分离同时进行。
当含盐、含砂量高时,有的要用热水冲洗和降粘后再沉降分离,连同水、机械杂质和盐一起脱除。
1.1.2.3原油脱水
对轻质、中质含水原油,宜采用热沉降、化学沉降法脱水;
对中质、重质的高含水原油,先采用热化学沉降法脱水,再用电脱水,对乳化度高的高粘度、高含水原油,应先破乳再沉降脱水。
1.1.2.4原油稳定
原油中甲烷、乙烷、丙烷、丁烷(正构)在通常情况下是气体,这些轻烃从原油中挥发出来时会带走大量戊烷、己烷等成分,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的脱除出来,使原油在常温下的蒸汽压降低,这就是原油稳定。
原油稳定所采用的方法可以分为闪蒸法和分馏法两大类。
闪蒸法又分为常压闪蒸、负压闪蒸和正压闪蒸。
1.1.2.5轻烃回收
从原油中脱除的轻烃,经过回收加工是石油化工的重要原料,也是工业与民用的洁净燃料。
随着石油化学工业的飞速发展和世界性能源短缺,天然气回收液烃技术得以迅速发展,轻烃回收给国家创造了更多的财富。
轻烃回收工艺基本可以分为三种:
吸附法、油吸收法和冷凝分离法。
我国油田气轻烃回收都采用冷凝分离法,按冷冻深度不同,冷凝分离可以分为浅冷(-15℃~-25℃)和深冷(-60℃~-100℃)两种。
1.1.2.6天然气
随油井中原油一起采出的伴生气,直接输送到气体处理厂。
1.1.2.7含油污水的净化
原油经过沉降、脱水后放出来的水,还含有一定量的原油、泥砂等物质,必须经过净化才能回注或外排。
从污水中回收污油,既节约能源又保护环境,经过处理后的污水一般回注地层,保持油层压力,提高油藏采收率。
含油污水处理的常用方法是:
重力沉降除油法、混凝沉降法、气体浮选法、斜板除油法和过滤除油法。
1.1.2.8辅助生产系统
辅助生产系统包括给排水系统、供热系统、变配电系统、通讯系统、采暖及通风系统、道路系统等。
这些系统都是联合站的必要组成部分,是联合站正常工作的保证。
1.2设计基础数据
1.2.1设计规模及设计依据
原油处理能力:
350万吨/年
变电所一座,消防泵房一座,加热设施一套,通信设施一套。
依据:
根据中国石油大学储运教研室下发的设计任务书
1.3站址选择及总平面布置
1.3.1站址选择
本联合站东西走向,座北朝南,站内主要建筑皆面南朝北。
该站处于乡镇和居民区最小风频方向的上风侧,并且避开了窝风的地段,整体通风情况良好。
1.3.2平面布置说明
联合站各区的各种设备、建筑物油气散发量的多少、火灾危险程度、生产操作方式有很大的区别,有必要按生产操作、火灾危险程度、经营管理的特点进行分区布置,把特殊的区域进行隔离,限制闲杂人员的出入,有利于安全管理。
各区间应有道路连通,便于安装和消防工作。
1.3.2.1工艺区
工艺区是联合站的内脏,对原油的初加工就是在这里完成的。
该区经过三次分离,即在油气水三相分离器、缓冲罐和原油稳定塔进行分离。
两段脱水,即分别在油气水三相分离器和电脱水器进行,处理完是净化油外输。
该区主要设备如下:
油气水三相分离器、缓冲罐、循环泵、电脱水器、原油稳定装置、加热炉、流量计等。
该区有火源,又有危险区,所以做平面布置时应特别注意安全。
1.3.2.2原油罐区
当本站发生事故时,原油罐区可以储存原油。
本站共设三座浮顶油罐,罐区周围设有密闭的防火堤,防火堤的有效容积不应小于罐组内最大油罐容量的一半。
雨水排出口应设在堤的内侧,雨水排出管线上应装有长闭蝶阀或闸阀。
该区采用半固定式消防,锅炉和水套加热炉供水由站外供水管线完成,也可由消防水罐供水。
1.3.2.3污水处理区
污水处理在联合站内占有很重要的地位。
因为经过原油脱水后的污水里含有大量的原油和其它的物质,若污水任意排放将严重污染环境,污染大气,破坏生态平衡,给人们的生产和生活带来严重的危害。
对含油污水进行处理
和回注,变有害为有利,提高了水的利用率,保护了地下资源,因为污水一般含油在0.2%~0.8%左右,为节约原油,必须回收。
含油污水处理后避免了污水的任意排放,保证了安全生产。
污水处理标准:
对于外排的含油污水,必须做到含油不大于10:
对于回注的含油污水必须做到含油不大于30。
1.3.2.4供排水、消防系统
油田注水、油田生产用水及生活、消防用水由供水系统提供,该站注水设有注水泵,注水罐,为了保证注水水质,还有过滤间,配有压力滤罐。
站内的消防设施由消防泵和消防水罐组成。
消防水泵房和消防泡沫泵房合建。
消防车库不应与汽车库合建。
罐区采用半固定式给水消防设施。
1.3.2.5锅炉供热区
油气集输系统的站库采暖,生产及生活热负荷均由锅炉房供给。
供热能力能适应季节及远近热负荷变化的要求。
单台锅炉最低热负荷不宜低于额定热负荷的30%,一般不设备用锅炉,但当一台锅炉因故停运时,锅炉房的供热能力仍不小于最大供热能力的50%。
一个锅炉房内宜统一锅炉型号,供热参数及燃烧方式。
1.3.2.6行政管理区
设生产综合办公楼一座,内设调度室、办公室、会议室、资料室、总机室等。
站内设有花坛,绿化带等绿化场所,要求绿化面积为站场占地总面积的10%。
1.4流程及流程说明
1.4.1流程设计原则
设计工艺流程应能保证联合站处理的油气产品的质量要求,产量高,经济效益好。
在满足联合站各项生产任务的基础上,应充分采用先进技术,考虑各种能量的合理利用,采用密闭流程,避免各种蒸发损耗,工艺流程应能适应操作的变化,但又要避免烦琐,防止浪费,管线阀门要尽量少,线路要短,油气流向合理。
在原油开采至净化外输的全密闭流程,要比开式流程有多方面的优点:
(1)一般的开式流程原油损耗约为2~4%,而密闭后能降低到0.5%以下,密闭式流程不仅降低了油气损耗,而且还提高了产品的质量。
(2)密闭式流程结构简单,成本降低,有利于提高自动化工致程度和管理水平。
设计中考虑到进站原油的含水率(70%)和含气量(综合油气比为55Nm3(气)/t(油),工艺上采用油气三级分离,两段脱水。
三级分离指一级油气水三相分离,二级缓冲分离以及在稳定塔内的三级分离。
两段脱水是指一级油气水三相分离脱水和电脱水器脱水。
1.4.2本站工艺流程
该站除正常的生产流程外,还有站内循环以满足原油不需外输时的要求,还有原油罐区用以事故(如停电)发生后储存油品,等来电后,再进入正常工作,避免因联合站或外输管线的突发事故而影响油田生产。
原油在联合站内处理的工艺流程如下:
1.4.2.1正常流程:
注破乳剂气计量→气站
站外来油→进站阀组→油气水三相分离器→缓冲罐→循环泵→
污水→污水处理区
电脱水器→加热炉→原油稳定塔→(净化油罐)→原油外输泵→计量→外输
1.4.2.2无泵流程:
站外来油→进站阀组→油气水三相分离器→缓冲罐→
1.4.2.3停电流程:
进站来油→进站阀组→油气水三相分离器→缓冲罐→事故罐→循环泵后的正常流程
进站总阀组和电脱水器都设有加药装置,可以加入破乳剂,以利于油气水在分离器中的分离和电脱水器的脱水。
1.4.2.4程设计中的几点说明:
(1)各作业区,装置的布置应与平面布置相符,应标明各工艺管线尺寸、安装高度、介质的流向、管线线型及管件应符合的规定,尺寸不按比例。
(2)凡是由于偶然事件(着火停电)或操作失去可能使压力升高而造成事故之处(如分离器、加热炉、油罐、轻油罐等常压容器及往复泵、齿轮泵出口),都装备有安全阀或呼吸阀。
(3)凡是不允许液体倒流之处(如离心泵的出口、有压进罐管线、药剂线进电脱水器入口等)都装上了止回阀。
(4)为防止爆炸、火灾等恶性事故蔓延,流程设计必须要有切断油气源的措施(如压力越站、紧急放空、自动关闭油罐进出口阀门)。
1.5管线的安装说明
(1)在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、电信线路应尽量缩短长度,在满足水力、热力要求下,线路布置力求整齐、美观。
(2)场区内各种地上、地下线路和供电、通信线路集中布置在场区道路的两侧,应避免地上管线和电力、电信线包围工艺装置和独立的建筑物,并减少和场区道路的交叉,交叉时采用直交。
(3)主要的油管线均采用伴热管线。
(4)场区管线的敷设方式,根据场区土壤性质和地下水分布情况确定。
带压的油、气、水、风管线一般采用地上架空敷设;
罐区至泵房的管线采用管墩地面敷设,管道水平间距大于0.2m,并做好埋地钢管的防腐工作。
(5)管线架空敷设时,管底距地面为2.2m;
当架空管线下面安装有泵、换热器或其他设备时,管底距地面高度应满足安装和检修时起吊要求;
敷设于管墩的地面管线,管底距地面0.3~0.5m,与人行道交叉时应加设过桥。
(6)管线跨越道路时,其底管高度要求:
距主要道路路面不小于4.5m,距人行道路面不小于2.2m。
1.6选取的设备表
油气水三相分离器 Φ4000×
16800 5台
原油卧式缓冲罐 Φ4000×
17600 2台
电脱水器 Φ3600×
14000 4台
水套加热炉 HJ1250-H/2.5-Q 4台
外输泵DY
155-303台
循环泵
Y200-150-250B3台
钢制浮顶罐 10000 5座
第2章联合站工艺计算书
2.1有关参数的计算
2.1.1规模设计
2.1.1.1原油处理能力(年工作日:
365天)
350万吨/年=9589.0411吨/天=399.5434吨/小时
考虑油田生产不稳定性,取不稳定系数1.2
则原油处理能力为:
9589.0411×
1.2=11506.8493吨/天
399.5433×
1.2=479.4520吨/小时
2.1.1.2天然气处理能力
已知来油综合气油比为:
55Nm(气)/t(油)
则气体处理能力为:
11506.8493×
55=632876.7115Nm/d
2.1.2油气物性计算
2.1.2.1原始数据
(1)原油密度:
kg/m
(2)原油粘度:
厘沱
(3)原油凝点:
30℃
(4)原油比热:
0.5kcal/(kg·
℃)
(5)原油含蜡:
17.46%
(6)天然气密度:
0.96kg/m
2.1.2.2原油物性参数计算
(1)密度
由《油气集输》式(4-42),在20℃-120℃范围内
=(2-1)
780
860时,=(3.083-2.638×
10)×
101/℃
(2)动力粘度
由《油气集输》式(4-44)
(2-2)
mPa·
s时,c=10,a=2.52×
101/℃
10
1000mPaS时,c=100,a1/℃
10mPaS时,C=1000,a1/℃
式中,,—温度为(℃)和(℃)时原油的粘度,毫帕·
秒;
c,a—系数。
(3)运动粘度:
(2-3)
式中,—℃时原油的运动粘度,厘沱;
—℃时原油的动力粘度,mPa·
s;
—℃时原油的密度,kg/m。
由上面的公式,可以计算出各温度下原油的密度、运动粘度、动力粘度,结果如表2-1所示:
表2-1原油的密度、运动粘度、动力粘度
温度(º
c)
密度(kg/m3)
运动粘度(cst)
动力粘度(mpa.s)
40
815.4
10.0908
8.228
45
811.9
8.8796
7.029
47.5
810.1
7.3481
5.952
50
808.3
7.8448
6.341
52
806.9
7.4729
6.030
55
804.8
6.9552
5.598
60
801.4
6.1877
4.959
计算示例,取t=40℃
(1)密度:
由式(2-1)
(1/℃)
则Kg/m
(2)动力粘度:
由式(2-2)
=7.8448cst=m2\s
==7.8448×
10-6×
808.3=6.341mPa·
s
取C=1000,a
=8.228mPa·
10mPa·
s
(2)运动粘度:
由式(2-3)
==10.0908cst
2.1.2.3天然气的物性参数
标准状况下天然气的密度为=0.9408,则
天然气的相对密度为:
当时
临界压力:
=(55.3-10.4)×
=4.61
临界温度:
=12+238=12+238×
0.78010.5=215.01K
2.1.3有关设计参数的确定
2.1.3.1设计参数的确定
原油含水:
70%
原油进站温度:
40º
C
进站压力:
0.5MPa
油气水三相分离器:
进口温度:
40º
出口温度:
55º
控制压力:
0.5MPa(0.4MPa)
出口原油含水:
缓冲罐控制压力:
0.15MPa
电脱水器:
脱水温度:
52º
操作压力:
0.3MPa
出口原油含水:
<
0.5%
稳定塔:
稳定温度:
不低于60º
-0.03Mpa
大罐:
储存温度:
45~50º
原油外输温度:
60º
外输距离:
30km
油水在三相分离器中停留时间:
5~30分钟
油水在电脱水器中停留时间:
40分钟
2.2主要设备的选择
2.2.1三相分离器的选择
工作条件:
进口温度:
C出口温度:
0.4MPa
2.2.1.1三相分离器的选取
由《油气分离器规范》表1选取卧式三相分离器,有效长度
m,根据《油田油气集输设计手册》可知,工作页面在2/3~3/4之间,则取h=2/3D=2.67m
由《油气集输式》式(3-80),
计算集液部分弓形面积为:
=8.9090
集液部分的体积:
V=f·
=8.9090×
13.440=119.737
由《油田油气集输设计手册》知,三相分离器的设计停留时间一般为5~30分钟,设液体在三相分离器内停留时间为12分钟
则单台三相分离器的处理量由公式
=1440(2-4)
式中,—原油处理量,;
—载波系数,取=1.4;
—原油停留时间,按12分钟计算;
—分离器集油部分的体积,。
由式(2-4)单台分离器的原油处理量:
=1440×
=10263.17
=47.5℃,=810.1
需要处理的原油总量为:
=
=14110.848
处理的液体总量为
则所需分离器的台数为:
∴取N=5,则液体在分离器内的停留时间为:
13.09min
因分离器不设备用,当其中一台检修时,原油在其他分离器内的停留时间为:
10.47min>
10min
基本满足要求
2.2.1.2校核气体处理量
标准状况下天然气的密度为:
=0.9408,则
由《油气集输》式(4-69),求天然气的临界参数
0.78010.5=215.01k
对比压力:
对比温度:
由《油气集输》,满足0,1.25时,天然气的压缩因子可用下述简便方法计算:
==0.9912
分离条件下气体密度:
kg/m
分离条件下的气体粘度:
∴
=1.15
10Pa·
阿基米德准数:
=231.46
查《油气集输》表(3-11)知,油滴沉降流态处于过渡流,则雷诺数:
计算油滴均匀沉降速度:
由《油气集输》式(3-46)知:
得m/s
由《油气集输》式(3-61)
m/s
标况下,卧式分离器的气体处理能力:
由《油气集输》式(3-68)计算,取载荷波动系数
=49.612m3/s
=4.2864
106Nm3/d6.329
10Nm3/d
∴选用5台卧式三相分离器,完全能够满足生产要求。
2.2.1.3液体升温所需热量计算
流体由管线进入三相分离器,温度由40℃上升到55℃,升温所需要的热量,由于气相质量较小,略去。
下面计算每台分离器所需的热量
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