常温集气站工艺设计

1、西南石油大学油气集输课程设计 -常温集气站工艺设计 设计说明书一 设计依据在学习了课程油气集输后，为了对课程有更深入全面的认识，综合利用所学知识进行工艺设计，深入理解天然气矿场集输，掌握常温集气站的工艺计算和工艺流程的设计思路和方法。根据给定的五口井的天然气的流动参数，设计天然气常温集气工艺流程，并进行相关工艺计算，选择合理工艺设备及管道管件的计算和选择，井号 产量（/d）进站压力（ ）进站温度12515.53123015.02932014.52041714.93051110.525出站压力：气体组成（%V）：90.30 8.02 0.88 0.43 0.3 0.07 凝析油含量：20/二 主

2、要设计参数干燥空气分子质量M空 =28.97 天然气分子质量M天 =17.73，相对密度=0.612天然气临界值：临界压力= 4.633 临界温度=200.7K 压缩系数Z=0.78凝析油含量：20/=22.6/ 凝析油密度885K/三 设计内容（1） 确定集气站的工艺流程；（2） 完成绘制常温集气站工艺流程图；（3） 确定主要工艺参数（压力。温度）；（4） 计算分离器的尺寸，并确定主要管线的规格（材质，壁厚，直径）四 设计原则 五口井来气都不含有，凝析油含量也不高，进站压力较高，出站压力，因此采用常温集气的设计原则，在常温下加热防冻，调压分离计量。回击后外输至用户。五. 遵循的主要标准规范国

3、家标准（GB）和石油行业标准（SY）石油天然气工程制图标准 SY/T0003-2003油气田常用阀门选用手册ANSIB31.8标准计算管子厚度GB8163-87管子系列标准六 .常温集气站工艺流程该常温集气站工艺流程可以简单的概括为：天然气进站，节流降压加热提高天然气温度防止水合物形成，分离，计量后汇集外输。五口单井来气中都不含，集气站出站压力，进站压力都高于，凝析油含量不高，可采用以下两种流程：1， 由于14井来气进站压力相差不大，5井来气压力教低。可采用14井轮换集气计量，5井单独集气计量，之后5口井汇集后外输。2， 每口井单独集气计量，之后汇集外输除此之外还有其他集气计量流程。在该设计中

4、采用第一种流程。为了使天然气满足外输，通过计算，每口井需要两次节流调压，才能满足压力要求和防止形成水合物。第一次节流膨胀降压，在不生成水合物的条件下尽可能的膨胀降压，以减轻加热炉的的热负荷并使气流流动平稳，减少压力波动。第一次节流后要校核是否在节流阀和管线中生成水合物。第一次节流后气流压力降低，根据TJ效应天然气的温度也随之降低，不能直接进行第二次节流膨胀，否则生成水合物堵塞节流阀和管线。因此在进行第二次节流降压之前必须经过加热炉加热。 七.主要设备，仪表的选择和参数1， 分离器 操作压力：6，操作温度：20, 长径比：4：1，气体进入分离器速度：15/s5号井 ： 250mm 1m的分离器计

5、量分离器： 250mm 1m的分离器生产分离器： 250mm 1m的分离器2， 阀门(1)闸阀：用于截断和导通介质流，通常是全直径通道。类型代号：Z11H(Y)25(V)型闸阀公称直径：40mm(2)节流阀：角式节流阀类型代号：J44W16P型角式节流阀公称直径：40mm，25mm和20mm结构形式：角式连接方式：法兰连接公称压力：16阀体材料：1Cr18Ni9Ti由阀体直接加工的阀座封面材料(3)安全阀：选用外螺纹弹簧封闭微启式安全阀(1)高压放空阀设计压力：16类型代号：A41Y160,公称直径：15mm, 开启压力：1316(2) 中压放空阀设计压力：13类型代号：A41Y160,公称直

6、径：15mm, 开启压力：1013 (3) 低压放空阀设计压力：10类型代号：A41H64, 公称直径： 25mm, 开启压力：< 103， 流量计天然气流量计量:标准孔板节流装置差压式流量计。4， 温度计：选用热电阻温度计代号：WZP分度号：BA1测量范围 ：-2006505， 压力表:弹簧式压力计6， 管线材料API 5LX X60等级无缝钢管尺寸：站场内管线分别有：504mm,573mm , 703mm ,833.5mm , 893.5mm 汇管:1273.5mm八：参考文献 SYJ3-91 石油工程制图标准 SY/T 0076-93 天然气脱水设计规范 林存瑛主编，天然气矿场集输

7、，石油工业出版社； 曾自强、张育芳主编，天然气集输工程，石油工业出版社，2001； 油田油气集输设计技术手册，石油工业出版社； 中国石油天然气集团公司规划设计总圆编，油气田常用阀门选用手册，石油工业出版社，2000 蔡尔辅编，石油化工管线设计，化学工业出版社，1986 阀门产品样本 第一机械工业部编辑， 机械工业出版社 安装工程概算使用数据手册 中国石化出版社 化工仪表及自动化 化学工业出版社 工艺管道安装设计手册 石油化学工业出版社设计计算书一， 天然气的相对密度： 天然气的相对密度是在相同压力和温度条件下天然气的密度与空气密度的比。 = 式中天然气的分子质量；空气的分子质量。28.97=

8、=0.903016+ 0.080230+0.008844+0.004358+ 0.00372+0.000744=17.73 =0.612 天然气压缩系数 Z：Z代表实际天然气与理想气体偏离的程度。根据研究气体的压缩系数与对比压力，对比温度有一定的函数关系：Z = （，）天然气相对密度=0.612在0.50.9范围内，由经验公式确定天然气的临界参数：临界压力：P P=4.633 Mp 临界温度：T=93+176 T=200.7K井号实际压力实际温度对比压力对比温度115.5 Mpa304K3.3461.515215.0 Mpa302K3.2381.505314.5 Mpa300K3.1301.4

9、95414.9 Mpa303K3.2161.510510.5 Mpa298K2.2261.485查图可得：Z=0.78 二， 卧式两相分离器的尺寸设计在卧式分离器中，必须保持让一个小直径的液滴从垂直运动的气流中分离出来。液体停留时间的要求，规定了直径和分离器有效长度的组合。设计使经过分离器之后最不易分离的那口井或合流的几口井的设备符合要求则其他井亦符合要求。 气体负荷： d=1.414 K 液体负荷： d=1765tQ 式中 d 分离器的内径，mm； T 分离器的操作温度，K；P 分离器的操作压力，Mp（绝）Z 气体压缩系数；Q 气体流量，m/d；K 常数，它取决于气体和液体的性质和从气体中分

10、离出来的颗粒大小；分离器内产生分离作用的有效长度，mm；t 期望的液体停留时间，min；Q 液体流量，m/d。五口井操作压力和操作温度都相等，其中：P= 6Mp，T=288K 液体流量Q=20g/ Nm=500g/d=5.64 m/d 凝析油密度 =885kg/m 相对密度 S.G=0.885 计算K： =0.01275 查图： S=0.876 K=0.265 S=0.934 K=0.255 插值法求得 K=0.263 5号井： 气体流量Q=11×10 Nm/d 气体负荷约束：d=1.414 K =1.414 ××0.263 d =152.7mm对于气体负荷约束直

11、径与长度的关系 d,mm, mL, m10 L/d3000.510.812.72500.610.863.42000.760.964.8 液体负荷约束：d=1765tQ 估算分离器筒体长度： L= + 式中L-分离器筒体长度，m ，其余符号同前。 对于不同的停留时间t，计算d和的组合： t ，mind, mm, mL, m10 L/d33000.4160.1950.6442500.2100.2801.112000.3280.4382.1822000.2190.2921.45150 0.389 0.519 3.54对于计量分离器和生产分离器可以用同样的方法计算：计量分离器以2号井为设计依据，生产分

12、离器以1，2，3口井合流数据为依据。液体负荷不起支配作用。分离器气体流量（Nm/d）d，mm10 L/d计量分离器30×104003.6生产分离器75×106503.5由以上数据可以选择所用分离器的尺寸：5号井 ： 250mm 1m的分离器计量分离器： 250mm 1m的分离器生产分离器： 250mm 1m的分离器三， 节流阀 天然气经过节流阀，发生P的压降的同时也相应的发生T的温降，天然气温度降低会导致生成水合物，堵塞阀门管线等，影响正常平稳供气。因此，必须适当控制节流阀的开启度，即达到调压的目的，又可以防止水合物的生成。设计使经过节流之后最易形成水合物的那口井或合流的几

13、口井的设备符合要求则其他井亦符合要求。 井中来气要经过两次节流降压，才能达到出站6 Mp的要求。 第一次节流降压： 1号井：P=15.5 Mp降至P=10.5 Mp p=5000 Kp 由于压降带来的温度降 t=16.2 又由于天然气中的液态烃的含量为22.6m（液烃）/Mm（气）（GPA标准），液态烃含量越高则温度降越小，也就是说计算出来的最终温度就越高；每增加5.6 m（液烃）/Mm（气）（GPA标准），就有2.8的温度降。则最终的温度降比查图所得的温度降要少5.6。 则最终的温度降t=16.2-5.6=10.6 节流后的最终温度t=31-10.6=20.4 校核在该温度下是否会生成水合物

14、：在终点压力10.5 Mp下生成的水合物的临界温度为18.9。 t18.9，则节流后不会生成水合物。 2号井：P=15 Mp降至P=10.5 Mp p=4500 Kp 由于压降带来的温度降 t=15.5 实际的温度降 t=15.5-5.6=9.6 节流后的最终温度t=26-9.6=19.4 t18.9，则节流后不会生成水合物。 3号井：P=14.5Mp降至P=10.5 Mp p=4000 Kp 由于压降带来的温度降 t=12 实际的温度降 t=12-5.6=6.4 节流后的最终温度t=27-6.4=20.6 t18.9，则节流后不会生成水合物。 4号井：P=14.9 Mp降至P=10.5 Mp

15、 p=4900 Kp 由于压降带来的温度降 t=16 实际的温度降 t=16-5.6=10.4 节流后的最终温度t=30-10.4=19.6 t18.9，则节流后不会生成水合物。 5号井：P=10.5 Mp降至P=8 Mp p=2500 Kp 由于压降带来的温度降 t=10 实际的温度降 t=10-5.6=4.4 节流后的最终温度t=25-4.4=21.6终点压力下生成的水合物的临界温度为16.78。t16.78，则节流后不会生成水合物。 为了达到出站压力为6Mp的要求，天然气应进行第二次节流降压，但是如果直接节流会导致水合物的生成，因此节流前应经过加热炉加热。 经过加热炉后二次节流降压：进入

16、分离器的压力为6Mp，该压力下不生成水合物的临界温度是14.46。 因此，取气体进入分离器的温度为15+5，即20 1号井：p=10.5 Mp降至p=6 Mp p=4500 Kp 由于压降带来的温度降 t=18 实际的温度降 t=18-5.6=12.4 节流前的初始温度 t=12.4+20=32.4，也既是加热炉的加热终温。 2号井：p=10.5 Mp降至p=6 Mp p=4500 Kp 由于压降带来的温度降 t=18 实际的温度降 t=18-5.6=12.4 节流前的初始温度 t=12.4+20=32.4，也既是加热炉的加热终温。3号井：p=10.5 Mp降至p=6 Mp p=4500 Kp

17、 由于压降带来的温度降 t=18 实际的温度降 t=18-5.6=12.4 节流前的初始温度 t=12.4+20=32.4，也既是加热炉的加热终温。 4号井：p=10Mp降至p=6 Mp p=4000 Kp 由于压降带来的温度降 t=14.8 实际的温度降 t=14.8-5.6=9.2 节流前的初始温度 t=9.2+20=29.2，也既是加热炉的加热终温。 5号井：p=8 Mp降至p=6 Mp p=2000 Kp 由于压降带来的温度降 t=8 实际的温度降 t=8-5.6=2.4 节流前的初始温度 t=2.4+20=22.4，也既是加热炉的加热终温。 因此，五口井来气的气体状态变化如下： （压

18、力Mp ，温度）1#：（15.5，31）一次节流（10.5，20.4）加热炉加热（10.5，32.4）二次节流（6，20）2#：（15.0，29）一次节流（10.5，19.6）加热炉加热（10.5，32.4）二次节流（6，20）3#：（14.5，31）一次节流（10.5，20.6）加热炉加热（10.5，32.4）二次节流（6，20）4#：（14.9，31）一次节流（10.0，19.6）加热炉加热（10.0，29.2）二次节流（6，20）5#：（10.5，25）一次节流（ 8.0，15.6）加热炉加热（ 8.0，22.4）二次节流（6，20） 根据节流前后的压降，选择节流阀： 根据阀前和阀后的压

19、力比值范围，分为两种情况：（1） 当p/p0.53，属于非临界流动，用下面公式计算节流阀的通过直径：d=×（2） 当p/p 0.53，属于临界流动，用下面公式计算节流阀的通过直径：d=× 式中 d节流阀的计算直径，mm；Q 流过节流阀的气体流量，m/d；p、p 分别为阀前、阀后的压力，Mp（绝）；S 气体的相对密度；T阀前的气体温度，K；Z气体的压缩系数。 为了满足调节的要求，节流阀的开启度宜处于半开状态，所以应将d除以（1-）并令=0.5（为阀门的开启度）这样，节流阀的通过直径 d= 5#：一次节流：p/p=10.5/15.0=0.70.53，属于非临界流动 d=

20、5; =× =8.99mm d=2d=17.98mm 二次节流：p/p=6/8=0.750.53，属于非临界流动 d=× =× = 9.60mm d=2d=19.20mm 计量分离器与各井之间的节流阀以2号井数据为依据 生产分离器与各井之间的节流阀以1，2，3，号井合流数据为依据。 计量分离器：一次节流d =23.6mm ,二次节流 d = 25.68mm 生产分离器：一次节流d =37.28mm , 二次节流 d = 42.60mm 根据油气田常用阀门选用手册选择合适的节流阀： 选用J44W-16P型角式节流阀： 公称直径：20mm , 25mm ,40mm 接

21、连方式：法兰连接 结构形式：角式 公称压力：16 Mp 阀体材料：1Cr18Ni9Ti由阀体直接加工的阀座封面材料四， 管道 确定管线尺寸和壁厚，必须考虑压力降和流动速度两个因素。管线需要有足够大的直径以便有效的压力能驱动流体通过管线。在该问题中压力降不是起支配作用的，因为压力降大部分发生在通过控制阀门的地方。 管线直径必须依据最大速度和最小速度来估算其尺寸。气体必须保持某个低于最大速度的速度以防止诸如侵蚀、噪音和水击等问题。同时，流体也必须有高于某个最小速度的速度，以减小波动，能携走砂子和其他固体。 气体管线中，推荐最小速度为34.5m/s之间，以便尽量减少液体在低的地点沉降。同时，气体速度

22、通常保持在1824m/s以下，以便尽量减少噪音的影响和对侵蚀的抑制。 在本课题中，CO含量为7%，管线内气体速度应该限制在15m/s以下。气体中由于少量液体存在而导致侵蚀的速度，可以如下来计算： v=0.021 式中 v 侵蚀速度，m/s； C 侵蚀流动的常数，对于连续工作，C=100； T 气体温度，K； P 气体压力，Mp S 气体的相对密度。 表示为矿场实用单位的气体实际速度，可由下式来确定： v=5.1×10Q 式中 Q 气体流量，m/d； T 气体温度，K； P 气体压力，Mp（绝） Z 气体的压缩系数； d 管子内径，mm； v 气体速度，m/s。 在选定了适宜的管径之后

23、，就要选择具有足够的厚度的管子以承受内压力，在该气体管线的设计中，采用ANSI B31.8标准计算管子厚度。 t= 式中 t 需要的壁厚 ，mm ，按管子系列来规定 ； p 管内压力 ，Mp（N/mm）； d 管子外径 ，mm； S 管子的最低屈服极限，Mp（N/mm）； T 温度降级因子； E 纵向焊缝系数；对于无缝管，电阻焊和闪光焊管子，E=1.0；对于炉热塔接焊和电弧熔焊管子，E=0.80；对于炉热对焊管子，E=0.60； F 结构类型设计因子，结构类型： A ，F=0.72。（1） 气体进站管线 侵蚀速度： v=0.021C=100；S=0.612 由侵蚀速度的计算公式分别计算五口井气

24、体流动的侵蚀速度：井号进站压力Mpa流动温度侵蚀速度Ve，m/s115.530411.89215.030212.04314.530012.21414.930312.10510.529814.30 所以，气体进站实际流动速度取为11m/s，并用矿场实用计算公式计算气体管线的内径d： d=5.1×10Q井号气体流量Nm/d管内径 d ，mm125×1042.1230×1046.74320×1038.68417×1035.36511×1033.6 1，2，3口井合流通往生产分离器的气体流量75Nm/d 计算管内径为75.4mm 计量分离器之

25、前的管径以2号井数据为依据。 根据GB8163-87 选用50×4mm和83×3.5mm的管子。 选用API 5LX X60等级无缝钢管，最低屈服极限S=415Mpa。 对于选定的管子 再在ANSI B31.8计算壁厚： t=1.3mmt= = 2.22mm 因此，对于选定的管子是合理的。 校核该管子是否能用于节流后和分离器之前：管道一次节流后v加热后v二次节流后v5号井50×4mm8.859.0211.7计量分离器50×4mm18.519.332.5生产分离器83×3.5mm14.514.724.8 气流速度过大影响节流和分离的效果。为了降低气体流速，可选用较大的管径以满足要求。 5#：选用50×4mm管子一次节流后 速度v=8.95m/s 加热后，速度v=9.01m/s 二次节流后，速度v=11.9m/s 可以不必更换管子就能达到工艺要求。计量分离器：一次节流后选用57×3mm 速度v=12.8m/s，满足工艺要求。 加热后选用57×3mm 速度v=13.13m/s，满足工艺要求。 二次节流后