油气储运工程毕业设计（论文）-铁北101—X1井地面集输工程.doc

分类号 单位代码 11395 密 级 学 号 学生毕业设计（论文）题 目铁北101X1井地面集输工程作 者院 (系)化学与化工学院专 业油气储运工程指导教师答辩日期2011年5月 日榆 林 学 院毕业设计（论文）诚信责任书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 论文作者签名: 年 月 日摘 要铁北101X1井地面集输工程是将分散在气田各处的气井产物加以收集后，通过采气管线输送到站场，通过加热、节流降压、分离计量后外输到铁山北1井。设计规模9.6104m3/d。本设计结合所收集到的气井和线路终点坐标、位置、气质参数、设计气量、井口压力、站场操作压力、进出口压力、地温、产水量、自然条件等资料，参照目前国际国内主要的地面集输工艺模式，采用井口注醇高压集输工艺模式进行设计。经过计算，集气管线采用L245NCS无缝钢管。铁北101X1井集气站包括八大系统，主要设备有水套加热炉、分离器、孔板计量装置、污水罐、发球筒等。在设计中，结合行业标准主要进行了线路工艺计算、主要设备选型、管材选用、壁厚计算选择、强度校核、抗震校核。设计内容主要包括：集气管线、集输工艺并绘制站场工艺流程图、线路截断阀室工艺图、铁山北1井扩建工艺图。关键词：集输工程；天然气；工艺计算；线路论文类型：工程设计ABSTRACTTie Bei 101-X1 well surface gathering project that collects the gas well products which scattered everywhere in the gas field, then transports them to the station by flow line, and then offloads to Tie Shan Bei no.1 well after heating, throttling, depressurizing and separating measurement. The design scale is 9.6 104m3/d. The present design combines with the collected gas well and the information of the line end coordinates, location, temperament parameters, design gas, wellhead pressure, station operating pressure, pressure of import and export, earth temperature, water production rate, natural conditions and so on, refers to the primary surface gathering technological model at home and abroad at present, adopts wellhead alcohol injection hi-pressure gathering technological model to design.After calculating, as for the gas gathering line, we use L245NCS seamless steel tube. Tie Bei 101-X1 well gas collection station including eight systems, the major equipment including water jacket heater, separator, meter run, sewage can, serve-ball can and so on. The design that combines with industry standards is mainly for the line process calculating, major equipment electrotyping, tube choosing, wall thickness calculating and choosing, intensity calibrating, seismicity calibrating. The content of the design including: gas gathering line, gathering technological and mapping the engineering flow diagram, block valve chamber diagram, Tie Shan Bei no.1 well expansion diagram.Key words：Gathering project;Natural gas;Process calculation;LineThesis：Engineering design目录目 录1 总论11.1天然气性质11.2设计基本数据11.3设计范围21.4设计原则21.5工程设计压力32集气管线42.1集气管道管径计算42.2管道材质与强度设计42.2.1管线材质42.2.2管道材质确定52.2.3管道强度设计52.2.4线路用弯管62.2.5强度校核72.2.6抗震校核82.3线路阀室92.4管道的焊接与焊口检查102.4.1管道焊接方式102.4.2焊接技术要求102.4.3环向焊缝的检查102.4.4管道连头112.5管道清管和试压112.5.1一般要求112.5.2清管112.5.3试压112.5.4清管、试压的其他要求113集输工艺133.1集输工艺概述133.2集输工艺流程133.2.1铁北101-X1井集气站133.2.2线路截断阀室133.2.3铁山北1井扩建143.3集输工艺计算143.3.1站内管线壁厚计算143.3.2节流阀的计算153.3.3水套炉的计算153.3.4卧式分离器计算163.3.5天然气计量173.3.6安全阀173.4主要设备选型183.4.1分离设备183.4.2天然气计量183.4.3水套炉193.4.4缓蚀剂注入装置193.4.5阀门193.5站场管道的焊接与试压193.5.1管道焊接方式193.5.2焊接技术要求193.5.3焊缝的检查193.5.4试压193.5.5清管、试压的其他要求204防腐214.1原始资料214.2管道及设备防腐方案214.3管道防腐层214.3.1外防腐层选用原则214.3.2外防腐层选择214.4阴极保护234.4.1阴极保护方案比选234.4.2阴极保护工艺计算244.4.3阴极保护站设置254.4.4露空设备及管线防腐255结论26参考文献27致 谢28I铁北101X1井地面集输工程1 总论铁北101X1井地面集输工程是将分散在气田各处的气井产物加以收集后，通过采气管线输送到站场，通过加热、节流降压、分离计量后外输到铁山北1井。结合所收集到的气井和线路终点坐标、位置、气质参数、设计气量、井口压力、站场操作压力、进出口压力、地温、产水量、自然条件等资料，参照目前国际国内主要的地面集输工艺模式，本项目采用井口注醇高压集输工艺模式进行设计。1.1天然气性质铁北 101X1井天然气的物性参数见下表：表1.1 铁北101X1井天然气主要性质表构造名称铁山构造井号铁北101X1井产气层位长兴组天然气相对密度0.5885天然气临界温度(K)195.1天然气临界压力(MPa)4.712表1. 2 铁北101X1井天然气组分分析表井号组分%(V)C1C2C3H2SCO2N2HeH2铁北101X1井95.8680.1400.892.680.390.03201.2设计基本数据（1）设计压力本工程下游管网设计压力7.5 MPa，集气管道设计压力8.5MPa。（2）温度 按管道埋深处地温，平均地温取18。 （3）流量 集气管线输气能力按试采规模的1.2倍取9.6104m3 /d。 本工程设计基本参数见表1.3。表1.3 设计基本参数名 称单位参数值备注试采规模（产气量）104m3/d8设计产水量m3/d设计产油量m3/d井口流动压力MPa45井口流动温度30下游系统设计压力MPa7.5下游站场运行压力MPa6.8管道埋设处地温18井口规范MPaKQ60井口坐标， X=m3325411.2井口坐标， Y=m34644123.6线路终点坐标， X=m3308530.2线路终点坐标， Y=m34628081.37集气管线计算长度Km29.031.3设计范围本工程设计范围包括：（1）铁北101X1 井至铁山北1井集气管线； （2）线路截断阀室；（3）铁北101X1井集气站；（4）铁山北1井集气站扩建。1.4设计原则本工程设计遵循以下原则：（1）贯彻国家基本建设方针政策，以安全生产为前提，环境保护为基本点，工程质量为重点。 （2）严格执行国家和行业的有关规范、标准及法规，确保气井的安全平稳采气。 （3）工程设计规模满足设计委托书的要求，并兼顾气田的总体建设规划。 （4）合理选用设备及管材，确保长期安全、平稳生产，方便管理。 （5）尽可能节约用地，少占或不占良田好土。 （6）优化集输方案和工艺流程，尽量节省工程投资1。1.5工程设计压力本工程各管段设计压力见下表：表1.4 设计压力表序号管 段设计压力(MPa)一铁北101X1井集气站1井口节流针阀后至水套炉末端节流阀前322水套炉末端节流针阀后至原料气出站阀门8.53高压放空管线164中压放空管线6.45排污管线(分离器后排污阀至污水灌进水阀门)8.5二线路截断阀室8.5三铁山北1井扩建8.52集气管线2.1集气管道管径计算 本工程的集气管线所需管径较小，输送的是含硫未脱水天然气，因此采用GB503502005油气集输设计规范8.3.4-1式（威莫斯公式）进行计算2。威莫斯公式(Weymouth)： （2.1）式中： qv管线计算流量（P00.101325MPa，T0293K），m3/d； P1管线起点压力（绝压），MPa； P2管线终点压力（绝压），MPa； d 管线内径，cm； 气体的相对密度（对空气）； Z 气体在计算管段平均压力下的压缩因子； T 气体的平均热力学温度，K； L 管线的计算长度，km；铁北101-X1井集气站集气管线计算长度按29.03km计算； 根据上述公式，计算出不同管线铁北101-X1井集气站的出站压力见下表： 表2.1 起点压力计算成果表管线规格流量m3/d温度终点压力（MPa）起点压力（MPa）DN8096000288.156.88.42DN10096000288.156.87.29D156.87.01 由上表可知，DN80的管道总压损较大，不利于后期开采，DN150管径余量较大，相对DN100的管径不经济，从有利于气井开采，天然气输送及经济效益，以及考虑到今后产量增加及管线在运行过程中的压力变化等因素，选择DN100的管径。2.2管道材质与强度设计 2.2.1管线材质 目前广泛用于输送天然气的钢管类型有无缝钢管、直焊缝钢管和螺旋焊缝钢管。集气管道所用钢管的选择，应根据使用压力、温度、输送介质、使用地区及制管工艺等因素，经技术经济比较后确定。 （1）无缝钢管 无缝钢管的制管标准较多，用于输送天然气的无缝钢管主要有石油天然气工业输送钢管交货技术条件GB/T9711、输送流体用无缝钢管GB/T8163、高压锅炉用无缝钢管GB5310、化肥设备用高压无缝钢管GB6479 等。国内生产无缝钢管的规格热轧可至406mm，406mm以上均为热扩（热扩径轧制）。 （2）螺旋缝埋弧焊钢管 螺旋缝埋弧焊钢管（SAWH）焊缝与钢管轴线形成一螺旋角（一般约为45），其焊缝及韧性相当薄弱的焊缝热影响区避开了主应力方向，焊缝受力情况好。 其缺点为焊缝长，产生缺陷的概率大，受焊缝约束不能冷弯。目前国内螺旋缝埋弧焊钢管生产，通过在设备和技术上的不断更新和改造，规模已大上台阶，其产品质量已达到国际先进水平，螺旋缝埋弧焊钢管已广泛的使用在净化气长输管道上。目前国内生产SAWH焊管的规格为2732400。 （3）直缝高频电阻焊钢管（ERW） ERW 焊管的生产方法是将热轧卷板经连续辊式成型机成型后，在高频电流集肤效应和邻近效应基础上，利用高频电流或感生高频电流所产生的电阻热将管 坯对接边缘加热熔化，在挤压辊的作用下而熔合的工艺过程。其特点为热量高度集中、热影响区范围较小、焊接温度梯度大、易产生硬化相和较大的焊接应力、成本低。目前有许多新型的技术已应用于ERW焊管的生产过程中，使ERW焊管的制管工艺日趋完善，产品质量大幅提高，已在净化气输气管道和城镇燃气管道 中广泛使用。国内生产ERW焊管的规格为114355.6。 （4）直缝双面埋弧焊钢管（UOE）UOE焊管是单张钢板在边缘预弯后，经U成型、O成型、内焊、外焊、冷成型等工艺而成。其特点为成型精度高、错边量小、残余应力小。焊接时焊缝处于水平位置，焊接稳定、质量可靠性较高（在所有焊管中，质量最好）。目前国内生产UOE焊管的规格为5081118，国外进口UOE焊管的规格为406.41118。由于价格较高，在国内广泛的使用于铁路穿越、公路穿越、河流穿越等特殊地段及制作线路弯管。2.2.2管道材质确定由于本工程集气管道输送的是含硫湿天然气，集气管线设计压力8.5MPa，工作压力为7.3MPa，H2S含量为0.89，根据计算H2S分压为0.06497，PH值为4.24.4。根据天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求（SY/T05992006）规定，管材发生SSC的酸性环境位于SSC 3区3，因此本设计集气管线选用L245NCS无缝钢管,制管标准执行石油天然气工业输送钢管交货技术条件 第3部分：C 级钢管（GB/T9711.31999）4。2.2.3管道强度设计 （1）计算公式 集气管线根据 GB503502005油气集输设计规范中的 8.1.4 公式计算管道壁厚： （2.2）式中： 钢管计算壁厚，mm； P设计压力，MPa； D管道外径，mm； s钢管最低屈服强度，MPa； F设计系数； 钢管焊缝系数； t温度折减系数； C管道腐蚀裕量， mm； （2）设计参数取值及计算结果 管线按等强度设计，设计压力8.5MPa；考虑到铁北101-X1井的H2S含量较高，腐蚀裕量取2mm；管线设计系数按二级地区的设计系数 0.6 计算；最低屈服强度按材质取 245MPa。计算结果如下：表2.2 管线壁厚计算结果表管材管线外径mm屈服强度MPa设计压力MPa设计系数腐蚀裕量mm计算值mm选用壁厚mmL245NCS114.32458.50.62.05.115.6根据上表计算可知，集气管道应采用114.35.6的管线。 （3）管道的稳定性 根据 GB503502005油气集输设计规范第8.6条要求，集气管道的外径与壁厚之比 D/为 20.41，远小于 140，因此在正常的运输、铺设、埋管情况下，均不会出现圆截面失稳和刚度不足问题2。 2.2.4线路用弯管本工程集气管线根据地形、地质条件，采用弹性弯曲和工厂预制热煨弯管两种形式，以满足管道在平面和竖面上的变向要求。 考虑到本工程天然气的H2S含量较高，设计压力也较高，为便于更好的满足SY/T059997天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求的规定，本工程集气管线不采用现场冷弯弯管。 （1）弹性敷设 在地形条件允许的地区，管道可采用弹性敷设，弹性敷设的曲率半径应满足管道强度要求，且不得小于1000D，垂直面上弹性敷设管道的曲率半径还应大于管子自重作用下产生扰度的曲率半径，其计算公式如下： （2.3） 式中： R 弹性敷设管道最小弯曲曲率半径，m； D 管道的外直径，cm； 管道的转角，（）。弹性敷设管道与相邻反向弹性弯管和人工弯管之间，应采用直管段连接过渡，其直管段长度不得小于管子外径，且不小于 500mm。 （2）热煨弯管 当地形不能满足弹性敷设的条件时，采用热煨弯管适应管道转向。 考虑到硫化物应力开裂和抗氢诱发裂纹对管材的影响，弯管采用抗硫无缝钢管在工厂进行加热煨制。管线热煨弯管的曲率半径采用R5DN。弯管材质与线路管材相同。 弯管强度计算公式为： （2.4） （2.5）式中： b弯管管壁厚度（mm）； 弯管所连接的直管段管壁厚度（mm）； m弯管壁厚增大系数； R弯管的曲率半径（mm）； D弯管的外直径（mm）； 本集气管线所用弯管计算壁厚值为5.34mm。此外，弯管在加工过程中，其外弧部位会因拉伸而减薄，根据国内厂家制作经验，减薄量约为7%8%。为保证热煨弯管的壁厚达到设计壁厚要求，设计按 8%的减薄量考虑。在考虑加工减薄量和管子规格后，集气管线弯管所需壁厚5.77mm。则集气管线弯管选用114.36.3的 L245NCS 输送流体用无缝钢管制作。集气管线弯管制作所用管材应符合GB/T9711.32005石油天然气工业输送钢管交货技术条件 第 3 部分：C 级钢管。2.2.5强度校核 对于埋地管道必须进行当量应力校核。校核条件为：受约束热膨胀直管段，按最大剪切应力强度理论计算得当量应力必须满足下式要求： （2.6）式中： e 当量应力，MPa； h 管内压引起的环向应力，MPa。h=PdD/(2) 其中： Pd 设计压力，MPa； D 管子内径，mm； 管子壁厚，mm； L 内压和温度引起的轴向应力，MPa。L=h+E(t1-t2)其中： 泊桑比，=0.3； E 钢材弹性模量，E=2.01x105MPa； 钢材线膨胀系数，=1.2x10-5MPa； t1 管道下沟填回时的温度，； t2 管道的工作温度，； s管子规定的最小屈服强度，MPa。经对所采用的钢管进行强度校核，e0.9s，用管均满足强度要求。见下表：表2.3 管道强度校核计算结果表管线规格hLe0.9s114.3x5.678.2535.5342.71220.52.2.6抗震校核按照输油（气）钢质管道抗震设计规范（SY/T 04502004）的规定，对地震波在土壤中的传播及活动断层错动产生过大的轴向应变及管道长度变化而造成的破坏需要进行抗震强度校核。对地震波引起的管道最大轴向应变max与操作条件下荷载引起的轴向应变组合，应不大于管道抗地震震动下的轴向容许应变，其校核公式如下5：当max + 0时，|max + | c v 当max + 0时， max + t v式中： max 地震波引起管道的最大轴向拉、压应变； 由于内压和温度变化产生的管道轴向应变，； a 由于内压和温度变化产生的管道轴向应力（MPa），取a=L 为管道的轴向应力； E 管道材料的弹性模量(MPa)； t v 埋地管道抗振动的轴向容许拉伸应变； c v 埋地管道抗振动的轴向容许压缩应变，按下式计算： c v=；式中： 管道壁厚(m); D 管道外直径(m)。根据输气管道工程设计的规范（GB502512003），管道轴向应力L按下式计算： （2.7）式中： L 管道的轴向应力，拉力为正，压力为负（MPa）； 泊桑比，=0.3； P 管道设计内应力，8.5MPa； d 管子内径，10.31cm； n 管子的公称壁厚，0.56cm； E 钢材弹性模量，E=2.01x105MPa; 钢材的线膨胀系数，=1.2x10-5MPa;t1 管道下沟回填时的温度，；t2 管道的工作温度，。地下直埋管道在地震波下所产生的最大轴向应变按下式计算： （2.8）式中： 设计地震动峰值加速度（m/s2）,按中国地震动参数区划图（GB183062001图A2）、并参考建筑抗震设计规范（GB500112010）选取，0.1g； Tg 地震动反应谱特征周期0.40s； C 场地剪切波速，取300m/s。 计算结果见下表：表2.4 抗震校核计算表钢管规格max|maxc+|max+cvtv114.3x5.60.00017680.00010410.00028090.000072690.0196800.01000从上表可知，管径满足|maxc+|cv 的要求。maxt+值与|maxc+|一致，满足max+tv要求。从以上计算可知，本项目由于地震波引起的管道最大轴向应变与操作条件下荷载的轴向应变的组合，不大于管道抗地震震动下的轴向容许应变，直管段在地震波作用下，其强度和变形均满足抗震规范要求。2.3线路阀室线路截断阀室的设置是为了减少发生事故时天然气的损失和防止次生灾害的发生，保证安全供气和保护环境。按 GB502512003输气管道工程设计规范要求，输气管道每间隔一定的距离应设置线路截断阀室，其布置原则为： 一级地区为主的管段 32km 二级地区为主的管段 24km 三级地区为主的管段 16km 四级地区为主的管段 8km 由于本工程集气管线通过地区等级主要为一、二级地区，长度为29.03km，因此集气管线需设线路截断阀室1座。 2.4管道的焊接与焊口检查 2.4.1管道焊接方式 本工程管线焊接一般采用沟下焊接，通过“两木搭” 沟下均匀吊装、组对、焊接；对于地形较平坦，机具能够进入的地段可采用沟上焊接。本管道焊接前严禁强力组对，焊接可以采用手工焊焊 接方式。本工程所经地区地形起伏较大，交通条件不便，因此具体采用何种焊接方式应根据其地形条件，结合施工单位的设备条件确定。 2.4.2焊接技术要求 管道焊接前应按 SY/T 04522002石油天然气金属管道焊接工艺评定进行焊接工艺评定。 管道焊接应按相关工艺规程的要求进行，焊缝应按焊 接工艺要求进行硬度检查，每处焊缝必须进行一次，其结果应满足 HB235，硬度检查应包括母材、热影响区和焊缝。焊缝还应满足 SY/T0599天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求中焊缝质量的规定。在纵向坡度地段组对应根据地质情况，对管子和施工机具采取稳固措施，其施工方法应根据地形、地势、地质情况确定。山区石方地段宜采用沟下组对，组对前应根据测量角度准备好弯头、弯管，再进行安装焊接。 焊条、焊丝选择方面，原则上采用低氢型焊条；焊接采用氩弧焊打底，手工焊填充、盖面；具体应根据焊接工艺评定后进行选择6。2.4.3环向焊缝的检查考虑到本工程集气管线所输天然气含硫量和输气压力等因素。集气管线的管道环向焊缝均应采用100的超声波探伤检查。不能进行超声波探伤部位的焊缝，进行渗透或磁探伤，无缺陷为合格。超声波探伤检查合格后，对焊缝进行15的X射线探伤复查。穿越段等线路特殊地段的管线进行100的超声波探伤和100的射线探伤复查。 无损检测按 SY/T 41092005石油天然气钢质管道无损检测执行。所有焊缝不应有裂纹、未熔合和未焊透。超声波探伤达到 SY/T 41092005 第23 条中的级为合格。X 射线检验应达到 SY/T 41092005 第14条中的级标准；用破坏性试验检验的焊缝，其取样、试验项目和方法、焊接质量要求应按国家现行标准现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范（GB5023697）执行。 2.4.4管道连头 本工程由于穿越、分段试压等造成的相邻管段必须的连头、碰死口情况，组焊时应按如下要求进行。连头处应尽量避开弯管和地形条件不良之处。连头处作业面应平整、清洁、无积水，沟底比设计深度加深 500800mm；管道转角连头时，应根据管沟开挖测量成果表中该处的实际转角角度，计算出切线长和弧长，并进行实地复测，以确保下料的准确性。下料时应考虑热胀冷缩量，连头组装焊接应尽快完成；连头时不得强行组对焊接。连头采用外对口器时，应按“焊接工艺规程”的要求装卸对口器；当相邻两施工连接（碰死口）焊接时，应将施焊时的环境温度选择在20左右，以减少温差应力。 2.5管道清管和试压 2.5.1一般要求 管道投产前应进行清管和试压。清管、试压应根据地形穿越等情况分段进行。清管排放口不得设置于人口密集区。试压设备和管线 50m 范围内在升压过程中为试压禁区，试压时应对试压禁区内的人员进行疏散并设专人看守。 2.5.2清管 集气管线应采用清管器（球）进行清管，并不少于两次。清管扫线应设置清管器（球）临时收、发设施和放空口，不得使用站内设施。 2.5.3试压 本工程集气管道强度试验介质以洁净水为宜，但考虑到施工地形条件限制，因此采用压缩空气作为试验介质。严密性试验也以压缩空气为试验介质。 根据石油天然气建设工程施工质量验收规范输油输气管道线路工程（SY 42082008）中11.3.1.3条规定，二级地区输气管道强度试验压力应达到1.25倍设计压力，即10.625MPa。稳压不小于4h，管道无变形、不破裂、无渗漏，压降为合格。 管道强度试压合格后方可进行严密性试压。试验压力为设计压力即8.5MPa。稳压 24h，以管道无渗漏，压降为合格7。 2.5.4清管、试压的其他要求 清管、试压的排放口不得设在人口稠密区、公共设施 集中区。清管排放应符合环保要求。清管排放口必须设安全的排水通道，避免淹没排水口周围场地，排水口要高于周围地面，避免积水倒灌。 管道强度试验应缓慢进行，压力分别升至试验压力的30和60，各稳压30min，检查管道无问题后，继续升压至强度试验压力，稳压不小于4h。巡线检查的重点部位为弯头、绝缘接头、穿跨越管道等部位。 试压合格后，两端连头处的焊口可不再进行试压。但连头所用短节直管必须是经压力试验合格的管段，否则，不能使用在连头上。连头处的焊口必须进行 100%的超声波探伤检查和 100的 X 射线探伤复查7。 3集输工艺3.1集输工艺概述 铁山气田是一个含硫气田，目前国外技术现状是自20世纪50年代以来，世界各国高含硫地面集输系统工艺技术不断发展，形成了不同区域环境、不同气质条件的、有着各自特色的集输工艺技术。主要表现在：含硫天然气脱水技术、气液混输技术、系统防腐技术、系统防硫堵技术、防止水合物技术等等。而国内工艺技术现状是还没有相配套的规范和技术标准，在工程设计中借鉴和采用国际先进标准，开展气田集输工艺设计、材质评选、腐蚀控制等方面的工作 8。本项目的设计是采用先进的材料来适应气田的开发需要。采用符合ISO 31833石油天然气工业输送钢管交货技术条件第3部分：C级钢管等国际标准的优质碳钢。从经济角度出发，采用含硫湿气输送方案。3.2集输工艺流程 3.2.1铁北101-X1井集气站 本工程考虑节能和简化地面工艺流程，在井口加节流装置。铁北101-X1 井所产天然气通过节流装置节流后，井口压力约30MPa，井口温度约 25，再通过两次加热、两次节流降压至7.3MPa，温度20，经分离计量后外输至铁山北1井。从分离器内分离出的少量气田水，排放到污水罐，定期装入罐车拉走，集中处理后回注。 站内在各级压力级制设有安全泄压和放空装置。 为了减缓气井井下油套管、站场设备和集气管线的腐蚀，在铁北101-X1井口设置缓蚀剂注入装置。缓蚀剂用柱塞计量泵增压，将缓蚀剂注入铁北101-X1井井口套管和出井场的集气管线中。 为保证管线和设备的安全，在铁北101-X1井井口节流阀前设置井口地面安全截断系统。在管线发生事故时，井口地面安全截断系统能自动关闭井口。 当井口温度太低（15）时，管线中有可能形成水合物，则可利用柱塞计量泵向气井和集气管线内注入抑制剂（防冻剂），防止管内形成水合物堵塞管道。 在铁北101-X1井站附近建放空区，设置放空立管，采用电子点火和手动点火。工艺流程图见：DWG-0101储01-01-010。3.2.2线路截断阀室线路截断阀室主要设置抗硫球阀，目的是为了减少发生事故时天然气的损失和防止次生灾害的发生，方便管理及维修，保证安全供气和保护环境。设置安全泄放系统，在附近建1座放空区，设置放空立管，采用电子和手动点火放空。工艺流程图见：DWG-0101储01-02-010。3.2.3铁山北1井扩建铁山北1井进站压力为6.8MPa，本工程在铁山北1井站设清管装置，并设放空管线接入该井站现有放空系统。工艺流程图见：DWG-0101储01-03-010。3.3集输工艺计算3.3.1站内管线壁厚计算 根据 GB 503502005油气集输设计规范中的 8.1.4 公式和8.3.7 条，站内管线强度设计系数F按GB 502512003输气管道设计规范第4.2.4条的二级地区站内管道强度设计系数取0.59。 （3.1） 式中：钢管计算壁厚，mm； P设计压力，MPa； D管道外径，mm； s钢管最低屈服强度，MPa； F设计系数； 钢管焊缝系数； t温度折减系数； C管道腐蚀裕量，mm； 集气站内管线腐蚀裕量取 2mm；最低屈服强度按材质取245MPa。 计算结果如下：表3.1 管线壁厚计算结果表管 材管线外径（mm）屈服强度（MPa）设计压力（MPa）设计系数腐蚀裕量（mm）计算值（mm）选用壁厚（mm）站内管线L245NCS88.92458.50.525.085.6114.32458.50.525.976.3采气管线20G76245540.5215.9616高压放空L245NCS88.9245160.527.818中压放空L245NCS114.32456.40.524.995.6排污管线L245NCS88.92458.50.525.085.63.3.2节流阀的计算 根据天然气集输工程6.3.4中节流阀的计算和选择，在节流中，根据阀后和阀前的压力比值范围，分为两种情况10：（1）p2/p10.55时，属于非临界流动，用下面公式来计算节流阀的通过直径： （3.2）（2）p2/p10.55时，属于临界流动，用下面公式来计算节流阀的通过直径： （3.3） 式中： d计节流阀的计算直径，mm； Q0 流过节流阀的气体流量，8104m3/d;P1 、P2 分别为节流阀前、后的压力。MPa；S 气体的相对密度,0.5885；T 阀前的气体温度；Z 气体的压缩系数。为了满足调节的要求，即节流阀的通过直径d=2d计。节流阀的计算结果如下： 表3.2 节流阀直径计算表阀前压力MPa）阀后压力MPap2/p1与0.55的关系温度K压缩系数计算直径mm通过直径mm4530大于2980.266582.95.83014小于3160.4054619.739.39147.3小于314.50.6312221.8543.72根据上表可知，选取DN45节流阀三台。3.3.3水套炉的计算铁北101X1井天然气经井口流动压力为45MPa，经井口节流降压至30MPa后进入水套炉。水套炉内采用两级加热、两级节流降压来防止水合物的形成，并将压力降到铁北101X1井站的运行压力7.3MPa。加热天然气所需热量采用如下公式计算： （3.4）式中： Q 加热天然气所需热量，kJ/h；qv 天然气流量（p=0.101325MPa，t=20），m3 /h；G 天然气密度，kg/m；cp 天然气在c1和tcp条件下的定压比热容，kJ/（kg）；tcp 天然气加热前后的平均温度，。 （3.5） 式中： t，t1 天然气加热前和加热后的温度，。铁北101X1井站气体流量： qv=3333.3m3/h；天然气密度：G=0.709kg/m；表3.3 加热天然气所需热量表流量（m3/h）定压比热容（KJ/（kg）加热前温度（）加热后温度（）加热天然气所需热量（KJ/h）3333.32.204254393776.073333.32.2042341.596380.96合计需要的加热量为190157KJ/h，即功率为52.82kw。考虑到气井产量和温度变化的不确定性，选用1台双进双出功率为60kw的水套加热炉11。3.3.4卧式分离器计算 卧式重力分离器的直径采用下列公式进行计算： （3.6）式中： D分离器内径，m； qv标准参比条件下气体流量，m3 /h； T操作温度，K； Z气体压缩因子； P操作压力（绝压），MPa； W0液滴沉降速度，m/s； K2气体空间占有的空间面积分率； K3气体空间占有的高度分率； K4长径比； 计算的参数确定如下： 铁北 101-X1 井站气体流量：取9.6104m3/d； 铁北 101-X1 井站操作压力：最低取 6.0MPa； 长径比：P3.5MPa 时，取5.0； 液滴直径：按 8010-6 m 计算； K2、K3：按油气集输设计规范GB503502005规定，取0.932和0.88；经计算，铁北101井站分离器所需内径为D=202.7mm，选用DN600卧式气液分离器1台2。 3.3.5天然气计量根据用标准孔板流量计测量天然气流量GB/T214462008的相关内容，本项目的天然气计量采用孔板开孔直径设计的方式进行计量12。已知条件：（1）测量管内径：D=77.7mm。（2）气体流量：qVndcom =8x104m3/d，最小流量： qVndmin =4x104m3/d， 最大流量：qVndmax =11x104m3/d 。（3）气流常用温度：t=20 。（4）气流常用差压：P=12500Pa 。（5）气流常用表静压：p1=7.3MPa 。（6）当地常用大气压：pa=0.1MPa 。（7）天然气组分（见下表）。表3.4 天然气组分组分摩尔分数，102甲烷95.868乙烷0.14硫化氢0.89二氧化碳2.68氮0.39氦0.032计算结果见下表：计量名称天然气流量(104m3/d)设计压力 MPa操作压力 MPa公称直径 mm差压量程 kPa孔板孔径d(mm)铁北101X1井887.3802532.24表3.5 孔板流量计计算成果表根据上表，选取孔板流量计内径为d=32.24mm。3.3.6安全阀按GB122412005安全阀的一般要求排量计算公式13： （3.7）式中： A 流道面积（mm2）；Wr 额定排量（kg/h）; Wr=YNxQN其中：YN 天然气密度，0.709kg/m3；QN 天然气流量，（m3/h）；Kdr 额定排量系数，取0.8；C 气体特性系数； （3.8）其中：K=1.3Pdr 绝对排气压力，8.13MPa；M 气体分子量（kg/kmol），17.015;T 排放时阀进口绝对温度（K） ，20；Z 气体压缩系数 ，0.998。根据安全阀的设定值及计算所得数据，选用等于或大于计算值的通道截面积的安全阀。安全阀选用见下表：表3.6 安全阀计算结果及选用表计算阀芯直径 mm选用规格备注8.98DN503.4主要设备选型 3.4.1分离设备 根据本工程的气质情况，分离设备选用DN600 的卧式气液分离器。这种分离器具有结构先进，处理量大，分离效果好，操作维护方便的特点，尤其对含水、含机械杂质的天然气有很好的分离效果。 3.4.2天然气计量 天然气的计量采用标准孔板计量方法。选用高级阀式孔板节流装置，配压力、差压和温度变送器，用微机计算天