（毕业论文）某原油脱水站工艺设计.docx

中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 摘 要根据任务书所给的处理量和工艺参数，首先确定了脱水站的工艺流程，接着初步选择了各工艺设备。完成了站内的三相分离器，外输泵，脱水泵，加热炉，电脱水器，缓冲罐，沉降罐，净化油罐的选型和校核，并进行了管路的计算。在设计的最后，绘制完成了联合站内工艺流程图和平面布置图。站内根据平面布置划分为储油罐区，气体预留区，天然气处理区，污水处理区，交配电区，消防区，预留罐区，锅炉加热区等。设计时设计了正常的脱水站工艺流程，并且考虑到了站内事故流程，设计了事故应急管路。关键词：脱水站；工艺流程；原油处理；消防系统abstractaccording to the amount of processing task book to and process parameters, first determine the process of union station, then the preliminary selection of the process equipment the process equipment. completed the selection and check the three-phase separator, the station buffer tank ,electric dehydrator, hearing furnace and a selection of tank area calculation. in the final design, drawing and completed the joint station process flow diagram.the design employs the tight flows chart, including: having pump and accident flow diagram. the oil coming from wells nearby flows through three-phase water-jacket heater, electric dehydrator, stabilization and transportation pump. the removal of part of the natural gas direct combustion process.keywords: central treating station; process flow; crude charging; firefighting中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文）目录第一章 前言11. 联合站的设计目的及意义12. 国内外研究现状23研究目标和研究内容43.1 研究目标43.2 研究内容43.3设计思路4第二章 脱水站设计说明书61. 概述62. 脱水站工艺系统概述62.1 油气水混合物的收集62.2 油气水的初步分离72.3 原油脱水72.4 消防系统73设计数据基础74 站址的选择及总平面布置84.1 平面布置84.2 一般规定84.3 罐区94.4 联合泵房94.5 消防设施94.6 流程图设计说明10第三章 脱水站工艺计算121. 基础数据计算121.1设计规模121.2原始数据122. 分离器的选用133. 外输泵，脱水泵计算143.1 外输泵计算143.2 脱水泵的选取与计算164. 加热炉的计算与选用165. 各种油罐的容量计算与选用175.1 沉降罐的计算与选用175.2 缓冲罐的容量计算与选用175.3净化油罐的容积计量与选用186. 电脱水器的计算与选用187. 站内主要工艺管线的水力计算与选择197.1 分离器前的混输管线197.2 分离器至含水油沉降罐管线207.3 含水油罐至脱水泵管线207.4 脱水泵至脱水器进油总管线207.5 脱水器出油总管线217.6 净化油罐至外输泵管线217.7 外输管线21第四章 结论22参考文献24致谢26第一章 前言1. 联合站的设计目的及意义联合站（脱水站）在油田中普遍存在。其主要任务是接收油田油井来液并进行集中处理，得到合格产品外销。其工艺流程复杂、设备设施多，主要包括油气集中处理（原油脱水，天然气净化，原油稳定，轻烃回收等），污水处理，供变电和辅助生产设施等部分。油田脱水站在油田的油气集输系统中占据着重要位置，随着对油田脱水站的优化升级，油田脱水站将消防安全作为其整个安全控制系统的重中之重。因此不断改进油田脱水站的站内设计是极为重要的。联合站（脱水站）是油田油气资源的集散地，是高温，高压，易燃，易爆的一级要害场所，在油气集输过程中担负着重要作用，直接关系到外输原油的质量，并且其系统之间关联紧密，操作规程严格，系统在运行过程中状况复杂多变且流程多遍。通过对油田脱水站的设计有助于避免和减少安全事故的发生，为油田原油技术处理做好充足的桥梁纽带作用，更好的为工业油气集输服务，为有效的提高油田的生产率和产量，提高经济效益，促进工业化和现代化建设服务。油田脱水站设计中，既要全面考虑其在实际应用中发挥更大的功效，提高原油质量，也要为能源环保方面做出重要贡献，提高油气的利用率，减少污染，将经济效益，社会效益，环境效益有机的协调起来，从而推动工业化和现代化建设。本次脱水站设计过程中，根据实际以及总平面布置原则，进行了平面布置，确定了脱水站分离器和脱水器等设备设施的规格及布置，设计较为完善的消防流程，选择合适的储罐，根据脱水站的工艺流程设计原则，设计脱水站的基本流程。2. 国内外研究现状在控制系统方面，随着集输工艺上计量站的形成和中心处理站（简称联合站）的产生，集散控制系统（distribute control systerm , 简称dcs）开始应用于脱水站集输系统中。进入20世纪70年代，dcs的功能越来越强，工作也越来越可靠。如honewell公司的tdc3000系统，fisherrosemount公司的provox系统等数十个厂商的dcs油气处理站有所应用。国外油田dcs的应用已经开始采用一些先进控制策略。如honeywell公司的液位控制，可以更好地适应进液的波动。美国通控公司的无模型控制器可以适合滞后时的温度控制。honeywell公司的气举优化和各种多量控制，适应性模糊控制，神经网络控制也在油气集输处理站的dcs上运行，实现部分生产过程优化运行。在原油处理工艺方面，国外一些国家原油脱水只在矿场条件下进行，原油脱水所采用的工艺通常根据系统的特点，原油物性，含水率，伴生水的矿化度，油田的生产方式和开采条件及气候条件等因素决定。同时各国对净化油质量指标的要求也不尽一致。如美国洛杉矶附近的西格纳尔西油田是一高含水期开发油田，由壳牌公司开发，年产油量在50*104t,综合含水88%，其产品收集和处理工艺是：各井来油经过汇管，加入破乳剂之后，经两级分离后（第一级为预脱气，第二级为三相分离）后，进入大罐沉降（配套大罐抽气），即用大罐代替电脱水器。其工艺特点是，系统处理在一个场地配套进行(油气分离，原油脱水，污水净化及回注等)。利用罐作为末级分离器，同时具备沉降罐和成品油储罐的功能。在自然温度（21）下脱水，没有加热设备和换热器，油田生产过程完全密闭。而且，国外各石油公司在脱水工艺方面，一是注重研制并应用高效脱水破乳剂，认为依靠破乳剂来降低热耗是比较经济的。如德国的bac公司研制的分离剂28，在某过程中应用，在15条件下，经一级处理后，可把原油含水从30%降至12%；二是注重分离器等设备的功能的提高和结构优化。为提高分离效率而大量研制开发强化分离填料，目前常用的有脉动消除器，蝶形转向器，旋风进料口，迪克松雾沫捕集结构，各种形式的聚结填料等。我国大部分的油田采油联合站是在20世纪70年代建立起来的，在当时的生产水平下是能过担负起诸如测量，手工操作的具体任务的。但是，随着油田的大规模开发，生产规模的日益扩大，原有的声场系统暴露出来的问题也日益突出，如，人工监控的误差大，人工操作的不及时，动态处理过程不实时等。在原油处理方面我国国内的情况是，“七五”期间，结合中高含水期技术改造需要，开展了低耗节能油气集输配套技术研究。在原油处理方面，创造了河南江河油田高凝原油不加热一段脱水获合格净化油的新技术。工艺配套了阀组加药，管道破乳和高效沉降分离技术，研制出的hns型高效三相分离器，采用了预脱气技术，水洗破乳技术等多项新工艺，在来液温度5055，停留时间10min条件下，出口原油平均含水0.5%，达到了净化油标准。在化学破乳剂研究方面，国内存在着应用现场与研制脱节的现象，针对性的产品研制工作仅少数油田开展的较好，其它油田普遍是采用筛选应用。因此，可以这么认为，我国油田在高含水开发期脱水工艺的研究已取得较高水平的成果，今后应继续完善一段脱水工艺，进一步提高分离器对全国各油田处理的适应能力，要加大常温脱水破乳剂研制，新型聚结填料开发的力度，以适应开发后期技术改造的需要。3. 研究目标和研究内容3.1 研究目标本次设计的目标是在油田脱水站外站采出液基础上，结合该站的原油物性等资料，以设计一个最优脱水站为目的，展开该课题的研究工作。3.2 研究内容1）确定脱水站的工艺流程；2）分离器的计算与选用；3）外输泵，脱水泵的计算与选用；4）加热炉计算与选用；5）各种油罐容量计算与选用；6）脱水器计算与选用；7）站内主要工艺管线的水力计算与选用。分离器前的混输管线。分离器至含水油沉降罐管线。含水油罐至脱水泵管线。脱水泵至脱水器进油总管线。脱水器出油总管线。净化油罐至外输泵管线。外输管线。3.3设计思路根据任务书要求，进行脱水站设计规模，原油物性的计算。进行设备的初选。对脱水站内设备（如分离器，电脱水器，加热炉，泵等）的选型计算及数量的确定，完成工艺计算书的编制。完成站内各个流程的设计。完成设计说明书与工艺计算书的编制。完成工艺流程图。 第二章 脱水站设计说明书1. 概述联合站（脱水站）在油田中普遍存在。其原称为油气集中处理联合站作业站。主要包括油气集中处理（原油脱水。天然气净化，原有稳定等），油田注水，污水处理，供变电和辅助生产设施等部分。如果说油藏勘察是寻找原油，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（脱水站）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（脱水站）的功能有：油气水分离，原油脱水，轻烃回收，天然气净化以及采出水处理和回注等。联合站（脱水站）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战外输，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战。联合站（脱水站）的主要设备及设施有：原油分离设备，加热设备，脱水设备，原油稳定设备，储油设备，缓冲设备，输油，泵机组等。联合站（脱水站）设计是油气集输工艺设计的重要组成部分，为了使其最大限度的满足油田开发和油气开采的要求，设计时应该做到技术先进，经济合理，生产安全可靠，保证为国家生产符合质量要求的合格油田产品。2. 脱水站工艺系统概述2.1 油气水混合物的收集油井的井口产物经过计量后，输送到脱水站进行集中处理。在对油气混合物收集过程中，需要对原油进行处理，使高粘度和凝点的原油在允许压力下输送到脱水站而不凝固在管道中。在这个过程中需要采用的方法有：加热保温法，化学降粘，降凝法，物理降粘。2.2 油气水的初步分离在实际生产工程中，从油井中产出的原油，常常含有气，水，盐，砂，泥浆等杂质。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必须通过分离器将其分离成油气两相。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。2.3 原油脱水在脱水过程中，宜采用热沉降或化学沉降的方法对轻质，重质含水原油脱水。对重质原油的高含水原油，先采用热化学沉降脱水，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。2.4 消防系统消防水系统柴油发动机驱动的消防泵和电机驱动稳压泵和若干消防栓组成，为联合站提供消防水系统。泡沫系统由泡沫罐提供保护。火灾报警系统为油罐区和泵房提供火灾报警保护。3. 设计数据基础设计过程中参考相关设计规范1）油田油气集输设计技术手册2）油田建设设计防火规范3）油气田管道设计制图标准4）油田油气集输设计规范5）油气分离规范6）原油稳定设计规范7）石油库设计规范8）输油管道工程设计规范4. 站址的选择及总平面布置4.1 平面布置 站场内道路与围墙的距离不应小于 1.5m。油气集输处理站内甲、乙类设备、容器、建（构）筑物与围墙的距离：一、二级不宜小于 10m，三级站不宜小于7m。一、二级油气集输处理站宜设两个出入口。站场的平面布置应符合下列要求：a.散发可燃气体和可燃蒸气的设备、容器宜布置在有明火或散发火花地点的最小风频风向的上风侧； b.加热炉、锅炉、装卸油设施宜布置在边部；c.装卸油设施宜设单独通道。散发可燃气体和可燃蒸气的甲、乙类厂房及油气密闭工艺设备距一、二级油气集输处理站主干道不宜小于10m，距其它道路不宜小于5m。4.2 一般规定.甲、乙类生产的建筑物耐火等级不应低于二级，丙类生产的建筑物耐火等级不应低于三级。.在使用或产生液化石油气的场所，仪表控制室室内地坪比室外地坪高0.6m。.建筑物的疏散门应向外开启，面积大于100的甲、乙类生产厂房，安全疏散门不得少于两樘。.站场内消防应符合下列要求：a.一、二级站场油罐区宜设环行消防道，在困难条件下也可在罐区不同周边设两条有回车场的尽头式道路；任何油罐中心至不同周边的两条消防道的距离不应大于120m；b.消防道的净空高度不应小于4.5m,消防道的转弯半径不应小于12m; c.消防道宜为公路型单车道，但路基宽度必须能错车；d.油灌区消防道与防火堤基脚线的间距不应小于3m。4.3 罐区.油罐组内油罐的布置不多于两排，且油罐个数不大于12个。本设计需要油罐3个，设为一排。.地上油罐之间的防火间距不小于0.6倍罐径，本设计取15m。.油罐组的防火堤应是闭合的，隔堤与防火堤也应是闭合的。相邻油罐组防火堤的外侧基脚线之间应留有宽度不小于7m的消防空地。.防火堤及隔堤必须用非燃烧材料建造，宜为土堤，其顶宽不小于0.5m，本设计取为0.5m。实际高度比计算高度高出0.2m，宜为11.6m，取高度为1.33m。.每组油罐的防火堤在不同方向的周边上至少设置两个踏步，每道隔堤均设置踏步。防火堤内侧基脚线至油罐外壁的的间距不小于油罐壁高度的一半。本设计油罐距防火堤内侧基脚线之间的距离设为7m。4.4 联合泵房 泵房和值班室的隔墙上设置便于监视的玻璃窗，但不可设门； 联合泵房与加热炉之间间隔至少20m，与辅助性生产建筑物之间间隔15m。4.5 消防设施 消防水罐的单罐容积大于1000m时，采用固定式冷却给水和固定式泡沫灭火，当油罐直径等于或小于16m时，可采用烟雾灭火装置； 消防储水罐（池）符合下列要求：a.消防有效储水量不小于扑灭一次最大火灾计算用水量，设计消防水罐（池）容积时可计入灭火及冷却时间内连续补充的水量；b.当消防储水罐（池）与供注水罐合罐时，有确保消防储水量不作他用的技术措施。专用的消防储水罐（池）应有防冻措施；c.消防储水罐（池）的容积如超过1000m,分设成两座，消防储水的补充时间不应超过96小时；d.专供消防车直接吸水就地灭火的消防储水罐（池）距各消防对象不宜大于120m。消防泵房设在油罐区最小风频风向的上风侧，其防火间距满足下列要求：a.与油气密闭工艺设备间距为20m;b.与联合泵房间距15m，与锅炉房间距25m。4.6 流程图设计说明4.6.1 正常流程 油气混合物总机关（即阀组）分离器含水油沉降罐（或压力沉降罐）含水油罐（或含水油缓冲罐）脱水泵加热炉电脱水器净化油罐（或净化油缓冲罐）外输油泵流量计首站4.6.2 事故及检修流程脱水器、外输泵、外输管线短期停产，含水油和净化油可分别进含水油罐和净化油罐。紧急停电流程：井排来油由分离器直接经加热炉进入含水油罐，保证加热炉不因紧急停电而损坏。脱水检修流程：脱水器检修时，能单独停产或投产，个别脱水器需要净化油启动时，能用抽空管线压入其它脱水器出口的净化油。 脱水器净化油不合格流程：脱水器出口净化油不合格时，不合格净化油能进含水油罐。4.6.3 计量流程 各台脱水器进油量计量； 外输原油用罗茨流量计计量。 4.6.4 管线设计为了减少油温散失和管线腐蚀，钢管外壁除锈后，刷防锈底漆，包沥青玻璃棉毡保温材料，用沥青油毡纸做防潮层，玻璃丝布做保护层。第三章 脱水站工艺计算1. 基础数据计算1.1设计规模本脱水站处理量为100万吨/年。原油处理能力（年工作日；350天）100万吨/年=33.06/s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：33.061.2=39.672/s1.2原始数据本次脱水站设计的外站来油物性参数如表3-1，表3-2，表3-3。表3-1 原油物性参数物性数值原有密度0.9*103kg/m3原油粘度120ms2/s原油含蜡量20%原油凝固点20原油闪点71原油热值41868kj/kg原油比热2.0934kj/.kg表3-2 天然气物性参数物性数值相对密度0.7天然气密度0.945kg/m3(20，0.1mpa）天然气粘度15.2m2/s数值进站油气温度40脱水温度65脱水压力0.30.4mpa分离压力0.20.25mpa外输温度65进站油气比20m3/t冬季设计大气温度-10极端最低温度-19设计地温0冻土深度500mm地耐力812t/m3主导风向冬季：西北风；夏季：东南。表3-3 其他参考数据2. 分离器的选用外输原油的总质量流量g=33.06/s根据外来油中的含水量是70%得站外来油中油的流量 （3-1）水的流量 （3-2）分离器的处理能力 （3-3）试算直径 （3-4）则分离器长度l （3-5）所以选d=2400mm,l=7200mm的三相分离器。校核：液滴沉降速度 （3-6）气体的上升速度 （3-7） 分离器允许处理量 （3-8） 实际含气量 （3-9） ，所以所选分离器满足要求。3. 外输泵，脱水泵计算3.1 外输泵计算根据油品的物性选取传热系数k=2.9，粘温指数进站温度 （3-10） 平均温度 （3-11） 平均温度下的粘度 （3-12） 外输管路的选取 管路直径根据流量公式 （3-13） 所以选取的管路为此时的流速为 （3-14） 雷诺数为 （3-15） 所以处于水力光滑区得摩阻系数 （3-16）则摩阻损失为 （3-17）所以选取泵型号为is125-100-315。3.2 脱水泵的选取与计算已知泵的扬程为,油的流量为根据此时原油中水的含量为20%得水的流量为 （3-18）总的流量为根据能量公式得安装高度 （3-19）更具要求选取利用系数为1.2所以地泵的真实扬程为 （3-20）所以选取的泵的型号为is125-100-200b。4. 加热炉的计算与选用加热油品所需要的热量 （3-21） 根据要求选取加热炉的利用系数为0.75则实际加热炉的功率为 （3-22）选两台加热炉则一台加热炉的功率为 （3-23）所以选功率为1600kw的加热炉。5. 各种油罐的容量计算与选用根据要求选取罐的利用系数为0.85。5.1 沉降罐的计算与选用根据要求选取沉降罐内油品的停留时间为8h。油的质量流量 水的质量流量 （3-24） 水的体积 （3-25）总的体积 （3-26）油罐的容积 （3-27） 所以选取容积为5000的沉降罐一个。5.2 缓冲罐的容量计算与选用油品在缓冲罐的停留时间选取为1h。油的质量流量水的质量 （3-28）油的体积流量 （3-29） 水的体积流量 （3-30）总的体积流量 （3-31）缓冲罐的体积为 (3-32）选取容积为193.80m的缓冲罐一个，其尺寸为。5.3净化油罐的容积计量与选用根据要求选取油品在净化油罐中的停留时间为5天。油品的质量流量 （3-33）所需油罐的体积 （3-34）所以选取容积为10000m的净化油罐两个。6. 电脱水器的计算与选用根据要求选取3台，停留时间为50min。油的流量 （3-35）水的流量 （3-36） 总的流量 （3-37） 单台电脱水器处理的油品的流量 （3-38）电脱水器容积 （3-39）所以选取容积是47.6m的电脱水器。7. 站内主要工艺管线的水力计算与选择根据要求选取7.1 分离器前的混输管线水的流量 （3-40） 油的流量 （3-41）管线内油品的流量 （3-42）根据流量公式得 （3-43）所以选取管径为7.2 分离器至含水油沉降罐管线管线内油品的流量（3-44）根据流量公式得 （3-45）所以选取管径为7.3 含水油罐至脱水泵管线管线内油品的流量（3-46）根据流量公式得 （3-47）所以选取管径为7.4 脱水泵至脱水器进油总管线管内油品流量 （3-48）根据流量公式得 （3-49）所以选取管径为。7.5 脱水器出油总管线管线内油品的流量 根据流量公式得 （3-50）所以取管径为7.6 净化油罐至外输泵管线管线内油品的流量 根据流量公式得 （3-51）所以取管径为。7.7 外输管线管线内油品的流量 根据流量公式得 （3-52）所以取管径为。第四章 结论为满足工艺和油田生产要求，本脱水站在设计过程中采用密闭流程以降低油气损耗。考虑原油含水率高，采用加热流程和脱水工艺。并在原油外输时，对其加热使其达到外输温度要求。根据实际以及总平面布置原则，进行平面布置，站内设有原油罐区，锅炉区，变电区等，在进行基础参数和热力，水力计算之后，根据流程设计原则，设计了脱水站的基本流程，本站的主要流程有：1.密闭正常流程：油气混合物总机关（即阀组）分离器含水油沉降罐（或压力沉降罐）含水油罐（或含水油缓冲罐）脱水泵加热炉电脱水器净化油罐（或净化油缓冲罐）外输油泵流量计首站。 事故及检修流程 脱水器、外输泵、外输管线短期停产，含水油和净化油可分别进含水油罐和净化油罐。 紧急停电流程：井排来油由分离器直接经加热炉进入含水油罐，保证加热炉不因紧急停电而损坏。 脱水检修流程：脱水器检修时，能单独停产或投产，个别脱水器需要净化油启动时，能用抽空管线压入其它脱水器出口的净化油。 脱水器净化油不合格：脱水器出口净化油不合格时，不合格净化油能进含水油罐。通过本次