【油气集输方案中的陆地终端工艺设计计算案例8200字】

32油气集输方案中的陆地终端工艺设计计算案例综述目录TOC\o"1-3"\h\u21334油气集输方案中的陆地终端工艺设计计算案例综述 127089工艺流程简述 19482天然气处理工艺 126067预处理单元 216583脱酸系统 414828轻烃回收 519116脱水系统 65460站内主要设备选型计算 810839塔设备 82381站内汇管设计 1023450分离器选型计算 1231640安全阀的选型计算 1327038流量计 1415739清管装置 144175给排水系统 1529697站内防腐 16工艺流程简述自平台来气进入分离器进行油、气、水三相分离，随后进入水套加热炉进行加热稳定，加热后的天然气脱酸处理，随后进入脱水器，分离出的凝析油进行凝液的回收，污水进入污水处理。处理后的天然气通过增压输往城市门站，预留配套相应的辅助生产设施，同时具有清管器发送功能。在以上流程中，流程中所分离出的气体一部分进入天然气处理系统进行涤气净化操作，净化天然气作为燃料气储存，供给给锅炉房及加热炉，另一部分运往城市门站。天然气的净化过程示意图：图7.1终端天然气净化过程示意图天然气处理工艺预处理单元陆地处理终端接收来自海上气田的天然气和凝析油，进站压力为2MPa。海上来天然气最开始进入段塞流捕集器将凝析油分离出来，分离出的气体经过调压阀稳压后进入三相分离器。段塞流捕集器段塞流捕集器选型设计国内外油气田集输工艺中，常见的段塞流捕集器一般可分为容器式和多管式（指式）段塞流捕集器。段塞流捕集器选型国际上通常推荐段塞流在100m3以下选用容器式段塞流捕集器，而对于较大段塞量情况，多选用管式段塞流捕集器，实际工程中通常从工作性能、设备投资、运输及安装、技术风险等方面进行综合考虑。具体见表7.1：表7.1段塞流捕集器比较项目容积式段塞流捕集器多管式段塞流捕集器工作性能气液分离效率较高，一般处理小段塞量气液分离效率较低，能处理数千万的段塞两设备投资投资较高，占地面积较小投资相对便宜，占地面积较大运输及安装运费较高，节省工程耗时可现场焊接施工技术风险较为成熟较为成熟在本设计中，立管选择DN530，外径为530mm，管道壁厚为10mm，立管长度为30m，所以立管体积：V=所以由于段塞而引起波动的波动体积为：V综上所述，本方案选用容积式段塞流捕集器。凝析油稳定工艺聚结材料常用的聚结材料包括：板类介质、编织类介质、非编织类介质。表7.2聚结材料对比主要材料特点及适用性板类介质聚氯乙烯、聚丙烯、玻璃钢和不锈钢等对油水性分离要求不高，具有强腐蚀性流体地聚结和分离场合编织类介质金属丝活复合纤维丝单机聚结分离器非编织类介质玻璃纤维吸水性好、弹性系数和拉伸强度高、加工性能好，价格便宜。适用于滤芯式聚结分离器中滤芯地材料。聚结分离设备根据聚结介质地不同，按聚结分离器地结构形式不同通常分为：板式聚结分离器、单级聚结器、滤芯式聚结分离器。表7.3不同聚结分离设备比选聚结分离设备名称适用性备注板式聚结分离器油水分离要求不高、强腐蚀性环境。缺点是此方法聚结分离效率不高，尤其在乳化程度较严重地场合分离器内部是由一组有倾斜角度地板构成。单级聚结器处理物流主要是具有腐蚀性，如汽油和碱液等。单级聚结器由于内部结构特殊性，器操作条件影响较大聚结元件通常依据所处理物流的不同而选择，一般由金属丝活复合纤维组成滤芯式聚结分离器两级聚结分离的结构设计确保了两相的彻底分离，其优点是处理流体的流速较大，可操作性灵活。滤芯式聚结分离器内部装有两个不同功能的滤芯；一级聚结滤芯和二级分滤芯由于气田区块处理量比较多，故本设计中选择操作性灵活滤芯式聚结分离器。关键设备选型预闪蒸罐预闪蒸罐一般是采用三相分离器，对含水未稳定凝析油进行油气水三厢的分离。三相分离器的压力尽可能低。电脱盐罐从地下开采出来的凝析油，含有NaCl、MgCl2、CaCl2等盐类。这些盐类绝大部分溶解在凝析油所带水中，一部分悬浮在凝析油中。凝析油稳定塔表7.4工艺参数稳定塔操作压力（MPa）塔顶和塔中进料比塔底稳定凝析油/t`h-1塔顶闪蒸气/t`h-1塔底重沸器负荷/kW20.56~0.42325186366HYSYS模拟图7.2预处理工艺模拟图脱酸系统脱酸气工艺的选择目前，世界上有近百种脱酸气工艺，按照操作方法特点和技术原理，可将这些工艺分为：化学吸收法、物理吸收法、直接氧化法、固体吸收/吸附法及膜分离法等。在天然气液化装置中，常用的脱酸气工艺有三种，即醇胺法、热钾碱法和砜胺法。表7.2各类天然气脱酸工艺的特点类别脱硫脱碳物料主要特点适应性胺法各种醇胺溶液净化度高，可完全脱除H2S和CO2，也可选择脱除H2S，烃吸收少，脱有机硫效率不高，工业经验十分丰富对不同天然气组成有广泛的适应性热钾碱法K2CO3在较高温度下吸收酸气，净化度不如胺法，但能耗较低适用于脱除合成气中CO2的方法物理—化学吸收法醇胺与物理溶剂组合的溶液MEDA化学性质稳定，再生能耗低，对于高碳硫比天然气有好的选择适用于酸性气体分压高的气体脱除酸气物理溶剂法H2S及CO2等有高溶解度而烃溶解度低的有机溶剂达到H2S高净化度较困难，溶液负荷与酸气分压成正比，但能耗低，有烃损失问题，溶剂较贵适用于天然气中酸气分压高且重烃含量低的工况由目标区块可得H2S含量较低，主要酸性气体为CO2（含量为6.401％）。此次设计选用醇胺法进行脱酸。醇胺法是目前使用较为广泛的一种脱酸方法，该方法目前已较为成熟。吸收剂的选择醇胺法目前常用的醇胺类吸收剂有：一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二甘醇胺（DGA）、二异丙醇胺（DIPA）、甲基二乙醇胺（MDEA）等。MDEA混合胺溶液就是采用了MDEA与其他溶剂组合而成的溶液，即在MDEA混合溶液，CO2会快速反应与之生成甲酸酯的过程来激活MDEA。对于含有大量CO2的原料气尤为适用。工艺流程图7.3醇胺法脱酸气工艺流程轻烃回收气体进入凝析油闪蒸罐之后闪蒸出来的气相作为燃料气和汽提气，液态凝析油通过外输泵外输，生产分离器和聚结分离器分离出来的污水进入生产水处理系统，从预闪蒸罐、电脱盐罐及凝析油稳定塔分离出的气相是集中或者是分输往脱酸单元，脱除酸气后，进入后续脱水脱烃等其他处理设备流程。图7.3回收轻烃工艺图脱水系统脱水工艺天然气的脱水方法多种多样，主要有：三甘醇脱水（TEG）、分子筛脱水、低温脱水。表7.3脱水方法比选方法优点缺点备注三甘醇脱水稳定性好；易再生；脱水后可以降低天然气露点系统比较复杂；TEG溶液再生能耗大；易被污染损失达吸收塔、再生塔、贫富液交换器、闪蒸罐及换热器等分子筛吸附表面积较大；寿命较长；再生能力强；所需原料价格低廉、货源充足设备投资和操作费用较大；能耗大；分子筛的再生、回收困难活性氧化铝、硅胶和分子筛低温冷凝适用于高压天然气（经济）能耗费用比三甘醇脱水高；设备复杂热交换、气液分离、制冷和排液本次设计使用吸收脱水法的三甘醇脱水法进行脱水。图7.3三甘醇脱水示意图吸收塔的脱水效果主要由原料气体的压力、流量、温度及贫三甘醇溶液的质量分数、温度和循环量等因素决定。再生系统温度控制经过重沸处理后的贫三甘醇浓度与重沸器的操作温度和压力有关。重沸器的操作温度并不是越高越好；当温度超过204℃时，三甘醇的分解速度会增加。所以重沸器的操作温度要保持在204℃以下，通常控制在177℃~204℃范围内。表7.4主要工艺参数设计参数值天然气入口温度21-35℃贫甘醇入口温度30-50℃TEG的循环量12.5~50L/kg贫甘醇质量分数98.5％~99.5％重沸器的操作温度177~204℃吸收塔板数5~13块压力2.07~9.65MPa（G）表7.5三甘醇脱水装置工艺参数操作压力（G）/MPa操作温度/℃最大处理气量/（m3/d）液相密度/（kg/m3）工况下气相密度（kg/m3）2234735900799764HYSYS软件模拟图7.4三甘醇脱水工艺流程模拟站内主要设备选型计算塔设备塔型的确定脱酸气工艺中最关键的设备是吸收塔和再生塔。根据相关基础资料，对吸收塔、再生塔进行选型，初步确定设备的关键工艺参数，为后续模拟作分析准备。表7.6填料塔与板式塔性能分析比较项目塔形填料塔板式塔发泡性对泡沫有限制和破碎作用不利于控制发泡腐蚀性结构简单、易于采用耐腐蚀性材料制作，造价采用耐腐蚀好的材料制作费用较高堵塞性脱酸气工艺前设过滤分离设备，原料气干净，不易堵塞不易发生堵塞，原料气可含少量杂质传质效果不易发生鼓泡，可在较大胺液黏度下保证传质，可减小塔径及整体高度在吸收塔操作温度下，混合胺液黏度较高，异造成鼓泡，传质效果较差再生效果再生塔下部喷淋密度大，采用填料塔效果较理想，且可降低胺液在高温下降解率板式塔会增加富液在再生塔内停留时间，胺液在高温下的降解率更大安装要求较容易较困难重量较轻较重根据上述比选，此设计中陆上终端脱酸气工艺设计吸收塔及再生塔均选用填料塔。吸收塔设备选型为使目标区块中CO2、H2S等酸性气体达到LNG装置的要求，应设计填料吸收塔，采用MDEA/DEA混合胺液吸收天然气中的酸性气体。塔板数的确定活化MDEA对H2S、CO2的吸收为化学吸收，吸收过程中放出的反应热是随塔板数变化而变化的。当采用MDEA法进行选择性脱硫时塔板层数一般为12-16层，脱硫、脱碳时为18层或20层。根据相关规范可知，对于胺溶液的吸收塔一般取4-6个理论板，塔板效率均为25％~40％。此设计中取理论板数为：Ne则实际塔板数为：N对于规整填料，其泛点率的经验值为：u/lgu式中：μfG——重力加速度，9.8m/s2aε3——干填料因子，μiK——关联常数，取值与填料的形状及材质有关。对于金属孔板波纹填料，A=0.291，K=1.75；塔板的校核U=L式中：U——液体喷淋密度，m3Lh——液体喷淋量，mD——填料塔直径，m根据相关计算后得到吸收塔塔径的计算结果表7.7吸收塔塔径的计算校核结果直径（D）圆整后3.5m空塔气速μ（m/s）0.137液泛气速μf0.249泛点率（％）48.86％＜70％喷淋密度U（m3/m2·h）94.78＞Umin站内汇管设计站内管线敷设采取地上敷设和埋地敷设相结合的方式，除放空管线、设备区间管道埋地安装外，站内管线敷设以地上敷设为主。地面管线低墩敷设，汇气管道尽可能地上安装。要求埋地管线落在实土上，特殊土壤地区要求对基础和回填土进行处理。结构汇管由筒体和两端封头组焊而成，其筒体上开有多个开孔，有的汇管端部也作为开口作用。根据气体的流量，汇管筒体上开口直径的大小也有所不同，筒体上的开口，从结构上有两种类型，一是从筒体上模压拔制成型；另一种是将筒体开孔，然后用接管焊于其上，目前国内设计、制造的汇管中两种结构均有采用。拔制的开孔过渡区避免了焊接结构，也就不存在焊接缺陷，而筒体上开孔接管焊接结构的最重要缺点在于接管与筒体的焊接可能产生缺陷，而且无损检测尚无标准可遵循，因此在可能的条件下汇管开口均采用拔制成型。开口采用拔制成型的汇管又可以有两种制造方式，一是在一根或多根长筒体拔制多个开口，另一种方式是用多个三通（等径或异径三通）与多个同直径的直管段组焊而成。目前国内有一些制造商具备在一定直径的一根长筒体上模压拔制多个开孔的装备和技术，这种制造方式比将汇管由多个三通和直管段组焊成的结构有如下优点：避免了多个三通与直管段的多条环焊缝的焊接，从而避免了因这些环焊缝焊接带来的工时增加，效率降低，费用增加的缺点；焊缝越多，则其中隐含的缺陷就可能越多，采用长筒体上拔制开孔，则可以避免这个缺点；由三通和直管段组焊成汇管，很难避免出现十字焊缝，且组焊后的筒体直线度也可能难于保证达到标准要求，用长筒体模压拔制开孔的汇管，则可以避免上述缺点。材质其筒体与封头材质推荐选用与工艺相接管线相同或相近的材质。管径与壁厚计算站内汇管管径的选择，采用以下公式计算：d=4QQ=QZ=100式中：—管线内径，m；—操作条件下气体的工况流量，m3/s；—站场内气体流速，m/s；经济流速取5m/s—标准状态下气体的流量，Nm3/d；—操作条件下气体的绝对压力，；—操作条件下气体的绝对温度，K；—气体的压缩因子。计算过程如下：Z=Q=d=选取标准管径420mm汇管的壁厚采用以下公式计算：δ=PD式中：δ——钢管计算壁厚，mm；P——设计压力，MPa；D——钢管外径，mm；δsF——强度设计系数，取0.5；φ——焊缝系数；t——温度折减系数，当温度小于120℃时，t值取1.0。故汇管的壁厚为：δ=故选取标准壁厚14mm故站内汇管最终规格为：ϕ420×14mm。分离器选型计算分离器的选取主要有三种：旋风分离器、过滤分离器和三相分离器。旋风分离器旋风分离器具有结构简单、操作维护简便、压力损失小、性能稳定、噪声低、磨损小、使用寿命长等优点，用于过滤、分离天然气中5~10微米的固体杂质。过滤分离器过滤分离器具有过滤、分离效率高、噪声低、磨损小、维护量小、使用寿命长等优点，用于过滤、分离天然气中的游离水及固体杂质。过滤分离器属于精细分离设备，需定时更换滤芯。三相分离器在地面使地层流体中的油、气、水三相分离，并准确计量其产量的装置。分为立式、卧式、球形三种形式。三相分离器的结构示意图及效果图如图4.17所示。图4.17三相分离器结构示意图三相分离器设计计算：卧式重力分离器的直径可按下列式计算：D=0.35×10K2K3K4液滴在分离器中的沉降速度可按下列公式计算：W0f×ReRe=1.536Q∆式中：W0g——重力加速度,g=9.81m/sdL——液滴直径,取60×10-6m~100×10-6ρL——液体的密度(kg/m3ρG——气体在操作条件下的密度(kg/m3f——阻力系数,按本规范公式计算f×Re—气体在操作条件下的黏度()Re——雷诺数；Q—天然气流量(P=101.325kPa，T=20℃)，m3/s；Δ—天然气的相对密度；d—管道内径，m；μ—天然气的动力粘度，Pa·s。计算过程如下：f×Re=1.536可得f=2.8W可得D=0.35×安全阀的选型计算安全阀的最大泄放量安全阀的泄放量应根据具体工艺工程来确定。安全阀的泄放量均认为单位时间内流过设备的气体质量流量。安全阀的泄放量按下式计算：G=Qρ式中：—天然气的泄放量，kg/h；—天然气的日产量，m3/d；ρ—天然气的密度，kg/m3。安全阀的泄放量为：G=安全阀的最大泄放压力当P＜7.5MPa时，管道的安全阀定压（P0）应按下式计算：P0式中：P0P—被保护设备或管道操作绝对压力，MPa则安全阀的定压为：P流量计流量计采用目前普遍使用的由标准孔板节流装置构成的孔板流量计。因为它具有坚固耐用、性能可靠、维修方便、按标准制造的优点。流量的确定：利用压差变送器、压力变送器代替双波纹管压差流量记录仪，并采用热电阻温度变送器测温，将变送器的标准信号通过模数转换仪表转变成数字信号输入到计算机，即可得到流量。现选用压力等级为6MPa，精度0.5级，量程范围0~90m³/s的孔板流量计。清管装置在天然气长输管道投产前或运行中，需要进行清管作业，保证管道安全正常运行。及时清管可清除管内固体杂质和内部明水，降低全线水露点，保证下游用气质量。清管还可以清除管道内部泥沙、污液等杂质来降低天然气输送的摩阻损失，提高管道输气效率，减少能耗。同时，施工残渣的清除可保证下游过滤设备的正常运行，并保护计量仪器和调压装置免受损伤。管输天然气的水露点虽然满足输送要求，但是由于管道存在节流降温现象，使得天然气中的饱和水蒸气凝析出来，同样积聚在管道底部和低洼处，由此减小了管道的实际流通截面，降低了管道输气效率。同时，且管道腐蚀会使内壁粗糙度增加，导致水力摩阻系数增大，进一步降低管道输气效率。因此，管道出现管内积液、污物、粉尘等的原因主要是由于管内水合物的形成以及内腐蚀的出现。给排水系统供水系统为了满足终端生产和生活用水的需要，供水系统应向终端提供足够的、满足用水质量要求的生产和生活用水。用户生活用水为了满足终端处理厂全体员工的生活用水，水量按人数确定，每人每天消耗淡水0.2~0.25m3生产用水生产用水主要包括气体压缩机冷却、大功率泵冷却、化学药剂配置、冲洗设备及车间地面、大罐防晒喷淋用水及防晒循环冷却水系统得补充水等。绿化及道路喷洒用水参考《给水排水设计手册》（第二版），按处理终端绿化及道路所占得面积计算，浇洒道路和绿化用水定额表4.23，根据路面、气候、地区和土壤情况选取。表7.10终端处理厂浇洒与绿化用水量项目用水定额，L/（m浇洒次数，次/d浇洒道路和场地用水1.0~1.52~3绿化用水1.5~2.01~2消防用水不可预见水量及漏损取前述四项（生活用水、生产用水、绿化及道路喷洒用水、消防用水）用水量之和的8％。水源本终端由市政管网供水。供水设备由城市市政管网供水，水质较好且供水设备相对简单。将市政管网与终端处理厂管网相连，保证市政管网的供水压力及每小时能供的最大水量能满足中断处理的用水要求。如果市政管网的供水压力及供水量不能满足终端站场每小时最大容积，以满足终端站场每天某几小时内最大用水量的要求。储水罐中的水由供水泵输送至终端场站供水管网。排水系统排水系统包括生产污水排放、生活污水排放和雨水排放。排水系统是将污染的水与非污染的水分开，以减少需要处理的污水量，现将各系统分述如下。含油污水处理。含油污水主要来源于油气中带出的地层水，在终端场站必定要从油气中分离出来;其次是生产中的跑、冒、滴、漏和冲洗设备及车间地面产生的含油污水。经三级处理后达到外排标准即可送至注水井回注。生活污水处理。生活污水是指终端工作人员生活产生的污水，生活污水处理主要控制污水中的生化需氧量(BOD)悬浮物大肠杆菌等。终端场站如果靠近城市污水管网，可以与市政管理部门协商，按照市政管理的要求排入市政污水管网统一处理；如果离市政污水管网较远，就需自建独立的生活污水处理设施。如需自建生活污水处理设施，本设计选用生化法作为生活污水处理方法，这种方法能有效地除去污水中溶解的和不溶解的有机物，并能减少污泥量污水最终经氯化消毒后，可达到国家的排放标准。表7.11生活污水处理装置的主要工艺指标项目COBOS．SPH进水口水质，mg/L-2003006~9出口水质，mg/L-20306~9去除率-90％90％-出水水质达到GB8978-1996国家排放标准的级别-一级≤20（mg/L）一级≤70（mg/L）6~9站内防腐站内管网种类多、规格杂、敷设差异大，而且有许多阀门、弯头等、宜采用现场涂敷防腐层的方式。站内埋地管道防腐层选用站内的管线主要是地上管道铺设，地下管道为极少数，但是地下防腐结构层要满足防腐需求。本工程土壤腐蚀性均为弱腐蚀性，故采用防腐层防腐。参考相关防腐文件及规范，获得防腐层结构要求如下。地下管道防腐层等级与结构要求见表7.12所示。表7.12地下管道防