联合站电脱水器课程设计

1、自控工程课程设计目录第1章 联合站及其电脱水概述11.1联合站电脱水器简介11.2 CAD流程图2第2章 联合站电脱水系统方案设计32.1联合站工艺系统概述32.2 方案及方案说明4第3章 联合站电脱水系统仪表选型及计算63.1 电脱水器的选取63.2 选型计算结果7第4章 课程设计心得12参考文献13附录14第1章 联合站及其电脱水概述1.1联合站电脱水器简介联合站，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，

2、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

3、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。从地层中开采出的原油不可避免的含有大量的水，给之后的储运、加工环节带来了很多不利影响。因此必须对采出油进行脱水处理，以保证外输前原有的含水量低于0.5%。采出油中水主要以溶解水、乳化水和悬浮水为主，其中乳化水最为稳定，特别对于重质油来说，很难利用常规的重力沉降法将其脱除。人们针对乳化液脱水进行了很多研究，如静电聚合、化学破乳、微波破乳及离心分离等，其中应用最为广泛的首推静电聚合法和化学破乳法。静电聚结主要适用于W/O型乳化液，利用电场将连续相（油）中分散相（水）聚结成尺寸较大水滴，

4、使其便于分离。电脱水技术见图。图1-1 电脱水技术1.2 CAD流程图图1-2 工艺流程图根据实际以及总平面布置原则，进行了平面布置，站内设有原油罐区、原油稳定区、工艺区、锅炉区、污水处理区、预留区、消防区、变电区、行政管理区等。在进行基础参数和热力、水力计算之后，根据流程设计原则，设计了联合站的基本流程，本站的主要流程有：1有泵密闭流程： 注破乳剂 天然气处理区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2无泵密闭流程： 注破乳剂 天然气处理区站外来油进站阀组油气水三相分离器缓冲罐 污水污水处理区 电脱水器加热炉原油稳定

5、塔（净化油罐）原油外输泵计量外输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根据原油的特性，主要进行了电脱水器的选取，同时对站内工艺管线进行了设计与校核，从而知道本次设计在理论上能满足设计任务。设计联合站电脱水方面的过程中,我参考了电脱水的设计数据以及联合站油气集输,石油库的设计规范等。结合平时的学习和实习中对联合站电脱水获得的感性认识，使我对联合站电脱水工艺环节有了全面的了解和认识。第2章 联合站电脱水系统方案设计2.1联合站工艺系统概述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

6、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。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

7、分离，连同水、机械杂质和盐一起脱除。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。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。5.轻烃回

8、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。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。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

9、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。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。2.2 方案及方案说明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

10、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24%，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。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，

11、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) 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(2)无泵流程： 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 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(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。程设计中的几

12、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）。第3章 联合站电脱水系统仪表选型及计算3.1 电脱水器的选取操作温度：52；操作

13、压力：0.3；查油田油气集输设计技术手册，选取360014000的电脱水器，其中空容积是155.7m3/台，且知道一般原油在电脱水器中的停留时间是40分钟。一级分离后，进入电脱水器的原油含水率为20%，计算单台电脱水器的含水原油的体积流量。单台电脱水器的含水原油体积流量： 式中：单台电脱水器处理的含水原油体积流量，；电脱水器的空罐容积，；选定的含水原油在电脱水器内的停留时间，。m3/(h台)则，经电脱水器处理的含水原油的体积流量为：m3/h(台)取N=4台实际的体积流量为：=185.685m3/h实际的停留时间：40min当一台检修时，即N=3单台体积流量为：247.58m3/h 且120%V

14、=1.2233.55=280.26m3/hV=247.58m3/h即选用了4台300011000的电脱水器满足要求。原油含水： 70%原油进站温度： 40C进站压力： 0.5MPa油气水三相分离器: 进口温度：40C 出口温度：55C 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：52C 操作压力：0.3MPa 出口原油含水:0.5% 稳定塔：稳定温度：不低于60C 操作压力：-0.03 Mpa大罐：储存温度：4550C原油外输温度： 60C外输距离：30km油水在三相分离器中停留时间：530分钟油水在电脱水器中停留时间：40分钟3

15、.2 选型计算结果1.原油物性计算：(1) 密度： 在20-120范围内= 780860时，=(3.083-2.63810)10 1/ (2) 动力粘度： mPas时，c=10，a=2.52101/101000mPaS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： 式中，时原油的运动粘度，厘沱； 时原油的动力粘度，mPas； 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。2.油田联合站外输天然气节流装置的口径d20计算：已知条件：工作介质：天然气 取压方式：法兰

16、取压操作温度：30 工况密度：=1.9678kg/Nm3标况密度：=0.97kg/Nm3 工作压力：P1=215600Pa操作状态下粘度：=0.0112cP 最大压差：p=9800Pa管道内径：D20=363mm 体积流量：Qmax=8300Nm3/h等熵指数：k=1.315 相对湿度：=100%孔板材质线膨胀系数：d=0.000012 mm/mm管道材质线膨胀系数：D=0.000011mm/mm孔板孔径d20的设计计算（1）求工况下管道直径：D= D20 1+d (t-20)=0.3631+0.000012(30-20)=0.36304356(m)（2）求雷诺数Red=4p/D=4*8300

17、/3600*1.9678/(3.14*0.36304356*0.0112)=1421.38085（3）求A2A2=Red/D20 (2p)=0.0112Red/0.360* 38568.88=0.225（4）设C=0.6060 =1（5）据Xn=A2/C（n-1）（n-1） n=Xn2/(1+ Xn2)0.25 Cn=0.5959+0.312N2.1-0.18 当n=4时，求得E4=3.46*10-105*10-10 =4=0.5983 C=C4=0.60498（6）求d d=D=0.36304356*0.5983=0.217208961948(m) =21.7208961948(mm)（7）

18、求d20 d20=d/1+d(t-20) =0.217208961948/1+0.000012(30-20) =0.2171829(m) =21.71829(mm)最后得到d20=21.71829(mm)。3.油田联合站电脱水器油水界面控制中的调节阀口径计算：已知条件：工作介质：污水 工作温度： 阀前绝压：= 阀后绝压：= 操作密度： 最大流量： 管道直径： 介质临界压力；阀入口温度下介质饱和蒸气压力；求调节阀的口径：利用调节阀的流量系数Cv，可以简化调节阀口径计算的问题，调节阀流量系数Cv定义： 阀处于全开状态，阀端压差为1磅英寸0.07kgfCm的条件下，60F156的清水，每分钟通过阀的

19、美加仑数。决定调节阀口径根据已知的流体条件，先计算出所要求的Cv，再从Cv表上，选取合适的调节阀口径。（1）求调节阀流量系数Cv Cv=1.17*Q*G/(P1-P2)1/2 式中：Q-最大流量 m3/hG-比重 P1-进口压力 Kgf/cm2P2-出口压力 Kgf/cm2 得：Cv=1.17*19.8*1*10-3/(0.343-0.314)1/2=51.802（2）求调节阀口径d d=(4 Cv/3600v)*1000 v=4Wnax/D2=10.7735m/s d=73.0926mm因调解阀为联合站电脱水器油水界面控制，需有调解、切断、克服P、防堵的特点，故选用蝶形调解阀。该阀结构简单、

20、重量轻、体积小、成本低，流通能力大，适用于低压差、大流量的场合。普通蝶阀泄漏量较大，但采用台阶式密封和聚四氟乙烯阀座或橡胶阀座面可提高阀的密封性能。目前国外高性能蝶阀均采用双向密封，其密封性能很强。力矩小，配备执行机构小，填料和密封装置耐用。适用于公称压力比较低的场合。4.循环泵到电脱水器之间管线的计算：（1） 沿程摩阻的计算：取经济流速2.0m/s,管线长约为60m选管径为3777的无缝钢管，则实际流速为：2.0m/s 取e=0.1 3000ReRe1，处于水力光滑区水力摩阻系数：则沿程摩阻为：（2） 局部摩阻的计算：表3-1 管线上的阀件 名称 单向阀 90弯头 转弯三通 通过三通 闸阀

21、数量1425 2 34060404.54设备安装高度取0.8m,高程差取3m：所以此段管路总压降为5.电脱水器到加热炉之间管线的计算：（1） 管径的选择从电脱水器出来的原油为纯净原油，含水0.5%，（按0.5%计算）此条件下，油品的密度： 选3777的管线则实际流速为：（2）沿程摩阻计算 ，属于水力光滑区取，（3）局部摩阻计算，总压降表3-2 管线上的阀件名称90弯头转弯三通闸阀数量22360404第4章 课程设计心得通过老师的讲解、阅读指导书和上网搜集资料，我完成了本次课程设计，通过本次课程设计，我深感自己实践能力的欠缺，以后我应加强培养自己的自控工程设计能力。自控工程课程设计是“过程控制”

22、、“自动检测技术”等课程非常有益的课外实践补充，通过本门课程的学习，使我们获得自控工程设计的基础知识，掌握工程设计方法及CAD制图方法和Office办公软件使用方法，掌握利用计算机辅助设计来完成节流装置的选型及计算、调节阀的选型及口径计算。标准节流装置计算和调节阀计算繁琐，只有借助编程软件才能顺利完成，由此可见熟练掌握一门编程语言的必要性与重要性，日后我要加强这方面的学习，多做编程练习。在查阅资料中，我了解到加热炉是将物料或工件加热的设备。按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。本次课程设计培养了我们理论与实践相结合的能力，工程设计能力及创新能力，为我们今