管道及壁厚设计-方茂洲.doc

油气集输课程设计摘要天然气在离开油藏时或自地下储集层中采出的天然气及脱硫后的天然气通常含有饱和水汽，有些气还含有和，水蒸气在天然气混合气的温度和压力改变时极易形成水合物，影响天然气的输送和进一步加工和处理。另一方面，游离水与 会生成酸性气体会腐蚀管线和设备，因此必须脱除天然气中的水蒸气、和。在油气田中常规的天然气脱水工艺是吸收脱水法和吸附脱水法，目前广泛使用的是甘醇吸收脱水和分子筛吸附脱水两种方法。如果是为了保证天然气集输过程中不形成水合物，通常使用三甘醇吸收脱水工艺脱除天然气中的水。本报告根据提供的课程设计任务书，进行三甘醇天然气脱水工艺的站内工艺管道及壁厚设计。设计中我们通过气体和液体的流速、流量、压力等数据，并根据公式计算管径及壁厚，最后通过选型设计出合适的管道。关键词：天然气脱水 三甘醇（以下简称TEG） 管道设计 壁厚II油气集输课程设计目录1 绪论.1 1.1 概述.1 1.2 设计目的.1 1.3 设计内容及要求.12 三甘醇脱水工艺流程设计.3 2.1 工艺设备功能.3 2.2 工艺流程简述.3 2.3 工艺流程图.3 2.4 基本参数.4 2.5 计算过程.6 2.6 管线选材.83 分析与总结.104 附录及参考文献.12油气集输课程设计1 绪论1.1 概述 天然气是清洁、高效、方便的能源，它的使用在发展世界经济和提高环境质量中起着重要作用。全球蕴藏有相当丰富的天然气资源，目前，天然气是仅次于石油和煤炭的世界第三大能源，近年其年产量增长速度高于石油和煤炭，据预测，21世纪天然气在能源消费结构组成中的比例将超过石油，成为世界第一能源。天然气是以烷烃气体为主的各类气体与少量非烃类气体所组成的气体混合物。从地层开采出来的天然气含有游离水和气态水，对于游离水，由于它是以液态方式存在的，天然气集输过程中，通过分离器就可以实现分离；但对于气态水，由于它在天然气中以气态方式存在，运用分离器不能完成分离，而这些气态水又会在天然气管道输送过程中随着温度、压力的改变而重新凝结成液态水。液态水的存在会导致水合物的生成和液体本身堵塞管路、设备或降低它们的负荷，引发的酸液腐蚀。因此，为满足管输和用户的需求，脱除天然气中的水分是很有必要的。常用的脱水方法有直接冷却法、溶剂吸收脱水法、固体吸附脱水法，其中，综合经济性能与脱水性能的考虑，常使用溶剂吸收脱水法中的三甘醇吸收脱水。1.2 设计目的为了对油气集输工程有更加系统、全面的理解，掌握油气集输的设计思路和方法，根据课程设计任务书，进行三甘醇天然气脱水工艺设计。通过学习和查找资料，深入理解油气集输工程的基本理论和技术。绘制的工艺流程图和相关图样完整规范。充分锻炼学生的理论联系实际能力，并培养学生独立思考的能力，在查阅资料的过程中，完善自身的不足，开拓眼界。本报告根据课程设计任务书，进行三甘醇天然气脱水工艺的站内工艺管道及壁厚设计。设计中我们通过气体和液体的流速、流量、压力等数据，并根据公式计算管径及壁厚，最后通过选型设计出合适的管道。管道的设计计算和安装不当，将会影响整个系统的经济性及运行的可靠性，甚至会造成严重的破坏性事故。1.3 设计内容及要求1.3.1 设计内容1） 三甘醇脱水工艺流程设计，绘制流程图2） 三甘醇脱水工艺参数研究及选用3） 三甘醇脱水工艺设计：吸收塔过滤器（机械过滤器，活性炭过滤器）站内工艺管道及壁厚甘醇循环量再生塔重沸器甘醇泵1.3.2 设计要求设计过程中，我们主要通过气体和液体的流速、流量、压力等数据，并根据公式计算管径和壁厚，最后通过选型设计出合适的管道，从而完成工艺管道部分设计。在工艺计算和选型时，确保理论依据充分，使用的图标和公式正确无误，计算步骤简明扼要，计算结果正确可靠。2油气集输工程设计2 三甘醇脱水工艺流程设计2.1 工艺设备常见的三甘醇脱水装置主要分为吸收和再生两部分。1） 吸收塔：一般采用泡罩塔，不易发生漏液现象，操作弹性较大，在负荷变动范围较大时仍能保持较高的效率。塔顶设置除沫器。操作压力6MPa，压降为0.02MPa。2） 闪蒸罐：闪蒸出溶解在TEG溶液中的烃类，防止溶液发泡。其操作压力为0.018MPa，温度为65。3） 过滤器：除去TEG溶液中的机械杂质、和。操作压力为0.18MPa，温度为65。4） 贫富液换热器：控制进再生塔的富液温度，使富液升至148左右再进再生塔，以减轻重沸器的热负荷。多采用板式换热器。5） 再生塔和重沸器：蒸出富液中的水分，使三甘醇溶液被提浓，辅助使用汽提再生。重沸器内压力0.18MPa，温度为193。6） 三甘醇循环泵：对已提浓的三甘醇贫液加压，泵入吸收塔。2.2 工艺流程简述被水汽所饱和的天然气（6MPa，38）从吸收塔底部进入，自下而上流经各塔板，三甘醇贫液（6MPa，45）从塔顶自上而下与天然气接触，并进行逆流传质。脱水后的天然气（5,98MPa，40）从塔顶流出，在干气-贫甘醇换热器中升温（5.98MPa，42），经过节流阀降压降温，干天然气（2MPa，21）输出。吸水后的三甘醇富液经液位控制阀调控，以0.18MPa，30从吸收塔底部流出，进入精馏柱顶端，升温至65进入闪蒸罐。从闪蒸罐闪蒸出轻烃后，三甘醇富液（0.18MPa，65）依次经过机械过滤器，活性炭过滤器，流径贫富液换热器，与热的三甘醇贫液换热，进入缓冲罐和再生塔，结合常压再生和汽提再生的方法对三甘醇溶液加热，使高粘度三甘醇溶液中的水汽逸出，三甘醇贫液再经过缓冲罐流出，完成再生过程。经过贫富液换热器后，由三甘醇循环泵对三甘醇加压（6MPa，80）泵入吸收塔顶部，完成一次循环。2.3 工艺流程图见设计图92.4 基本参数根据个人课程设计任务书，主要是对站内工艺管道及壁厚进行计算和选型。设计中所选设备及管线材质（特殊条件除外）均采用20号优质碳素钢，屈服强度。根据我们所学的计算公式，依据油田油气集输设计技术手册等，可以通过压力、密度来确定经济流速，然后再根据流量和经济流速来确定管径、壁厚，最后根据管径和壁厚选型设计出适合的管道。2.4.1 天然气组成表2.1 天然气组成组成体积分数（%）97.8160.5690.1110.0220.0340.0150.0150.0380.9760.0060.0150.0870.0000.296合计100.002.4.2 原料气参数表2.2 原料气参数表原料气处理量原料气露点原料气压力相对分子量相对密度拟临界压力拟临界温度压缩因子2.4.3 产品气参数表2.3 产品气参数表产品气温度产品气压力含量总硫含量（以硫记）含量水露点2.4.4 管线编号及参数表2.4 管线参数表管线编号输送介质流动介质压力（）流量（）流速1#湿天然气湿气6277.778102#节流前干气干气5.98276.875103#节流后干气干气2276.875104#富甘醇富甘醇0.18073715#泵加压前贫液贫甘醇0.180.71616#泵加压后贫液贫甘醇60.71612.5 计算过程 气体速度均取10m/s液体速度均取1m/s管线内径： (2.51) 式中，-管子内径，m -管内气(液)体流速，气体流速取10m/s 液体流速取1m/s -操作条件下的气（液）体流量，m/s 壁厚： (2.52)外径： (2.53) 式中，-管线壁厚，mm -管线的设计工作压力， -管线内径，mm -焊缝系数，无缝钢管：=1； 直缝管和螺旋焊缝钢管（符号API-5LS）：=1 螺旋埋弧焊管（符号SY 5036-83）：=0.9 -钢材屈服极限，MPa，常用钢管钢材见表2.5.1 -设计系数，视管线的工作条件按表2.5.2取值 -腐蚀余量，根据所输介质腐蚀性的大小取值，当所输油、气中不含腐 蚀性物质时，当油气中含有腐蚀性物质时 表2.5 常见钢管材屈服极限钢管材质优质碳素钢碳素钢低合金钢16MnAPIS.5L1020X52X60X65X70，MPa205245235353358413448482表2.6 设计系数F取值管线野外地区居住区、油气田站场内部、穿跨越铁路、公路、小河渠等地区输油管线0.720.60输气管线0.600.50 1#管线：管线内径：由公式2.51 壁厚：由公式2.52 外径：由公式2.53 2#管线： 管线内径：由公式2.51 壁厚：由公式2.52 管线外径：由公式2.533#管线： 管线内径：由公式2.51 壁厚：由公式2.52 管线外径：由公式2.534#管线： 管线内径：由公式2.51 壁厚：由公式2.52 管线外径：由公式2.53 5#管线： 管线内径：由公式2.51 壁厚：由公式2.52 管线外径：由公式2.536#管线： 管线内径：由公式2.51 壁厚：由公式2.52 管线外径：由公式2.532.6 管线选材表2.7 管线选材表管线编号输送介质流量（m/h）计算内径（mm）计算外径（mm）计算壁厚（mm）标准管道1#湿气277.77899.143104.9893.0232#干气276.87598.981103.0072.0133#干气276.87598.981100.3271.3734#富甘醇0.5333413.73813.7540.7085#贫甘醇0.5166713.52113.5370.5086#贫甘醇0.5166713.52114.0730.776油气集输工程设计3 分析与总结在这次为期两周的课程设计中，我们首先通过讨论初步确定初步确定总工艺流程，然后与组内的同学们进行交流有关流程设计以及涉及到的各个部分的基本参数，如温度、压力、流量等，最后结合其他组员的计算结果，特别是计算三甘醇循环量的步骤，以及基础参数最后完成了自己的课程设计实验报告。每一个步骤，我们都学到了很多东西，这次的课程设计是我基本掌握了如何进行工艺管道设计，以及运用管道设计与工艺设计中其他部分的关联，体现出了自己综合运用知识的能力，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。通过本次油气技术课程设计，我收获了很多，一方面，重新温习回顾了学过的专业知识，另一方面，提高了自己动手查阅相关资料的能力，这次的课程设计，有了很多收获，也是很可贵的。在这一次的设计中，我得到了许多同学们的帮助，我发现，在一个学习氛围浓郁的团队中更容易培养自己的团队精神，每个人都很积极的参与其中，踊跃的查资料，做计算分析，考虑参数取值的合理性与可行性，从他们身上我学到了很多，比如用更加积极的态度做任务，在讨论的过程中完善自己，同时也可以发现自己在想法上的不足，可以在日后积极改进：1、 继续学习，不断提升理论基础。这次在设计三甘醇脱水工艺时，用到了很多之前在课本上很难记牢的多组数字，比如三甘醇的多组参数取值，经过大家的反复探讨，终于确定下来正确的一组数据，加深了我的理解与认识，甚至可以把这些参数完整的背下来，因为在脑海里有了和图像相结合的认知。在信息时代，学习是不断提升理论涵养、汲取新信息、获取事业进步的动力，而作为一名学子，我更应该把学习作为保持工作积极性的重要途径。为了将来走上工作岗位后，我可以更加积极的响应单位号召，结合工作实际，不断学习理论知识、业务知识和社会知识，用先进的理论武装头脑，用精良的业务知识提升个人能力，以广博的社会知识拓展视野。2、 努力将理论知识投身于实践。虽然之前我们认真学习过油气技术课程，并初步掌握了三甘醇的吸收再生原理，但是本次课程设计，通过对各种参数的讨论，让我们更加深刻的了解了当时的课程含义，只有将理论付诸实践才能实现理论自身的价值，也只有将理论付诸于实践才能使理论得以检验。同样，一个人的价值也是通过实践活动来实现的，也只有通过实践才能锻炼一个人的品质，彰显一个人的意志。必须在实际工作和生活中潜心体会，自觉地进行角色转换。3、 提高工作积极性和主动性。这次在团队中进行课程设计，大家的氛围真的特别好，每个人都很专心的在做事情，特别积极的问老师、同学问题，而在不断地提问、解答过程中，我们也确实学到了很多，比如之前不注意的小细节，对于节流阀节流前后温度的修正，现在都会去提前思考。做事情不能存在被拦的心态，要学会积极向上的心态去面对。课程设计是一个必备的教学环节通过课程设计是我们了解到一些实际与理论的差距。通过课程设计不仅可以巩固专业知识，为以后的工作打下坚实的基础，而且还培养了查阅资料，使用工具书的能力。把我们的所学和实践联系起来。起到了温故而知新的作用。课程设计是一门专业课，给我许多专业知识和专业技能的提升同时使我感触良多。使我对抽象的理论有了直观的认识。总之，这次课程设计使我收获很多，学会很多，做事情比以前耐心很多。感谢学校和老师给了我们这次课程设计的机会。在设计过程中，老师的精心辅导和不厌其烦的态度才使得我们完成这次的课程设计。激发了我们对学习的热爱，以及对知识的追求及渴望。11油气集输工程设计4 附录及参考文献1石油工业出版社,油田油气集输设计技术手册，1994-122SY