联合站油气集输设计计算书

联合站油气集输设计计算书XX油田XX区块联合站工程文件编号JS-2026-TR-001设计阶段初步设计文件类型工艺设计计算书编制XXX审核XXX批准XXX二〇二六年九月

目录TOC\o"1-2"\h\z\u第1章设计概述 第1章设计概述1.1设计依据本设计计算书依据国家现行有关标准、规范及油田开发方案进行编制，主要设计依据如下：（1）《油田油气集输设计规范》GB50350-2015；（2）《石油天然气工程设计防火规范》GB50183-2015；（3）《建筑防火通用规范》GB55037-2022；（4）《油田地面工程设计节能技术规范》SY/T6420；（5）《油田地面工程建设规划设计规范》SY/T0049；（6）《采油废水治理工程技术规范》HJ2041-2014；（7）XX油田开发方案及地面工程建设规划。1.2设计基础数据根据油田开发方案及已开发区块生产数据，本联合站设计基础数据如表1-1所示。表1-1联合站设计基础数据表序号参数名称符号单位数值备注1原油处理规模Q_o10⁴t/a100年操作时间330天2平均日处理液量Q_Lm³/d1515设计规模3原油密度（20℃）ρ_okg/m³8604原油黏度（50℃）μ_omPa·s12.5脱气原油5天然气相对密度γ_g-0.65空气=16采出水平均密度ρ_wkg/m³10007进站原油含水率f_w%70平均8进站温度T_in℃359进站压力P_inMPa0.4表压10外输原油含水率W_out%≤0.5交油标准11外输原油温度T_out℃5512外输压力P_outMPa6.3表压13操作弹性-%50~1201.3设计范围与原则本设计范围为联合站内部工艺系统设计，包括油气水分离、原油脱水、原油外输、采出水处理及配套辅助系统的工艺计算与设备选型。设计遵循以下原则：（1）严格执行国家现行标准规范，确保安全生产；（2）采用成熟可靠的工艺技术，确保处理效果达标；（3）优化工艺流程，减少能耗，提高经济效益；（4）充分考虑环保要求，实现达标排放；（5）留有余量，适应油田开发中后期产量变化。第2章工艺流程设计2.1布站方式选择根据GB50350-2015《油田油气集输设计规范》第4.1.1条规定，油气集输设计应根据技术经济对比情况确定布站方式，可在一级布站、二级布站或三级布站方式中优选。本区块油井分散、单井产量较低，采用“计量站—联合站”二级布站方式，即油井产出物经计量站计量后，通过集油管线输送至联合站进行集中处理。2.2工艺流程方案根据进站原油含水率较高（70%）的特点，本联合站采用“油气水三相分离—热化学沉降脱水—电化学深度脱水”的工艺流程。主要流程如下：油井来液→进站阀组→油气水三相分离器→油相（原油）→原油缓冲罐→热化学脱水器→电脱水器→净化原油罐→原油外输泵→外输油管线；三相分离器气相→天然气除油器→天然气外输/加热炉燃料气；三相分离器水相→采出水处理系统→回注/外排。2.3工艺流程说明三相分离器采用卧式结构，实现油气水三相初步分离。分离后的原油含水约20%~30%，经加热炉升温至60℃~65℃后进入热化学沉降脱水器，投加破乳剂进行化学破乳沉降，脱水后原油含水降至10%以下。再经电脱水器进行电化学深度脱水，使净化原油含水率达到≤0.5%的外输标准。分离出的天然气经除油、脱水处理后，一部分作为加热炉燃料气，其余外输。采出废水经自然沉降、混凝沉降、过滤等处理后，达到回注水质标准回注地层。第3章工艺设备计算3.1油气水三相分离器计算3.1.1设计参数三相分离器设计参数如下：处理液量：Q_L=1515m³/d=63.1m³/h；操作压力：P=0.4MPa（表压）；操作温度：T=35℃；原油密度：ρ_o=860kg/m³；采出水密度：ρ_w=1000kg/m³；天然气密度：ρ_g=0.65×1.293=0.84kg/m³；原油含水率：f_w=70%。3.1.2气体分离段计算根据GB50350-2015附录A，液滴在分离器中的沉降速度按斯托克斯公式计算：W_o=K×[g×(ρ_L-ρ_G)×d_L²/ρ_G]^(1/2)(3-1)式中：W_o——液滴沉降速度，m/s；K——经验系数，取0.7；g——重力加速度，9.81m/s²；d_L——液滴直径，取100×10⁻⁶m；ρ_L——液体密度，kg/m³；ρ_G——气体密度，kg/m³。代入数据计算：W_o=0.7×[9.81×(860-0.84)×(100×10⁻⁶)²/0.84]^(1/2)W_o=0.7×[9.81×859.16×10⁻⁸/0.84]^(1/2)W_o=0.7×√(1.004×10⁻⁴)=0.7×0.01002=0.00701m/s天然气产量计算：Q_g=Q_o×GOR=100×10⁴t/a×30m³/t÷330d=9091m³/d=378.8m³/h(3-2)气体所需分离截面积：A_g=Q_g/(3600×W_o)=378.8/(3600×0.00701)=15.0m²(3-3)3.1.3液体沉降段计算根据APISpec12J标准，两相分离器内液相停留时间取1~3min，对于本设计，考虑到原油含水较高且可能存在起泡倾向，取停留时间t=5min。液体有效容积：V_L=Q_L×t/60=63.1×5/60=5.26m³(3-4)考虑到三相分离需要油相和水相分别停留，总液体停留时间取10min，其中油相停留5min，水相停留5min。3.1.4尺寸确定与选型综合气体分离段和液体沉降段计算结果，选用卧式三相分离器。考虑操作弹性和检修备用，共设置4台三相分离器，其中3台运行、1台备用。单台处理量：Q_single=1515/3=505m³/d表3-1三相分离器选型参数表项目单位参数值备注设备型式-卧式三相分离器单台处理液量m³/d5053用1备公称直径mmΦ3000筒体长度mm9000设计压力MPa1.0设计温度℃80操作温度℃35~60材质-Q345R数量台43.2原油沉降罐计算3.2.1停留时间计算根据GB50350-2015规定，热化学沉降脱水沉降时间宜取2~4h。本设计进站含水率较高，取沉降时间t=3h。3.2.2有效容积计算进入沉降罐的原油量（脱水前）：Q_oil_in=Q_L×(1-f_w)=1515×(1-0.70)=454.5m³/d=18.94m³/h(3-5)沉降罐有效容积：V=Q_oil_in×t=18.94×3=56.8m³(3-6)考虑1.5的安全系数及缓冲容积，取设计容积V_design=90m³。3.2.3尺寸确定与选型选用立式圆筒形沉降罐，共2台，每台有效容积50m³。表3-2原油沉降罐选型参数表项目单位参数值备注设备型式-立式沉降罐单台有效容积m³50公称直径mmΦ3200筒体高度mm6500设计压力MPa0.1常压设计温度℃90材质-Q235B数量台23.3电脱水器计算3.3.1处理量计算电脱水器处理量为沉降脱水后的原油量，即：Q_ed=454.5m³/d=18.94m³/h(3-7)3.3.2电场强度计算电脱水器电场强度一般取1.0~2.0kV/cm。本设计选用交直流双电场脱水器，主电场强度取1.5kV/cm。3.3.3尺寸确定与选型电脱水器停留时间取30min，计算所需有效容积：V_ed=Q_ed×0.5/60=18.94×0.5=9.47m³(3-8)考虑安全系数及设备标准化，选用4台电脱水器，2台运行2台备用，单台处理量约10m³/h。表3-3电脱水器选型参数表项目单位参数值备注设备型式-交直流双电场电脱水器单台处理量m³/h102用2备公称直径mmΦ3000筒体长度mm10000卧式设计压力MPa0.6设计温度℃90电场强度kV/cm1.5主电场材质-Q345R数量台43.4加热炉计算3.4.1热负荷计算加热炉用于将进站原油从35℃加热至60℃，以满足脱水工艺要求。加热负荷计算如下：Q=Q_L×ρ_L×C_p×ΔT(3-9)式中：Q——加热负荷，kW；Q_L——液体体积流量，m³/s；ρ_L——液体密度，kg/m³；C_p——比热，kJ/(kg·℃)，取2.0kJ/(kg·℃)；ΔT——温升，℃。混合液平均密度：ρ_L=f_w×ρ_w+(1-f_w)×ρ_o=0.70×1000+0.30×860=958kg/m³体积流量：Q_L=1515m³/d=0.01753m³/s热负荷：Q=0.01753×958×2.0×(60-35)=0.01753×958×2.0×25=839.5kW考虑1.2的富裕系数：Q_design=839.5×1.2=1007.4kW≈1.05MW3.4.2热效率验算根据GB50350-2015第4.5.9条，加热炉综合热效率应符合SY/T6420的有关规定。水套加热炉热效率一般不低于85%。本设计按热效率η=88%计算，实际燃料气消耗量为：Q_fuel=Q_design/η=1007.4/0.88=1144.8kW(3-10)3.4.3选型选用水套加热炉，共3台，2台运行1台备用，单台额定热负荷1.2MW。表3-4加热炉选型参数表项目单位参数值备注设备型式-水套加热炉单台额定热负荷MW1.22用1备设计压力（盘管）MPa1.6设计温度℃200热效率%≥88燃料类型-天然气数量台3第4章工艺管道水力计算4.1设计参数以原油外输管道为代表进行水力计算，设计参数如下：外输原油量：Q=100×10⁴t/a÷330d=3030t/d=126.3t/h；原油密度：ρ=860kg/m³；原油黏度（55℃）：μ=10mPa·s；管道长度：L=5km；管材：20#无缝钢管。4.2水力摩阻计算采用达西-威斯巴赫（Darcy-Weisbach）公式计算管道摩阻损失：h_f=f×(L/D)×(v²/2g)(4-1)式中：h_f——摩阻损失，m液柱；f——摩阻系数；L——管道长度，m；D——管道内径，m；v——流速，m/s；g——重力加速度，9.81m/s²。体积流量：Q_v=126.3t/h÷0.86t/m³=146.9m³/h=0.0408m³/s4.3管径确定原油管道经济流速一般取1.0~2.0m/s。初选管径Φ159×6，内径D=159-2×6=147mm=0.147m。实际流速：v=Q_v/(πD²/4)=0.0408/(3.1416×0.147²/4)=0.0408/0.01697=2.40m/s(4-2)流速偏高，选用Φ219×7钢管，内径D=219-14=205mm=0.205m。v=0.0408/(3.1416×0.205²/4)=0.0408/0.0330=1.24m/s(4-3)流速1.24m/s在经济流速范围内，合适。雷诺数计算：Re=ρvD/μ=860×1.24×0.205/0.010=21852(4-4)Re>4000，为湍流。钢管绝对粗糙度ε=0.2mm，相对粗糙度ε/D=0.00098。按莫迪图查得摩阻系数f≈0.026。摩阻损失：h_f=0.026×(5000/0.205)×(1.24²/(2×9.81))(4-5)h_f=0.026×24390×(1.5376/19.62)h_f=0.026×24390×0.07837=49.7m液柱换算为压力损失：ΔP=h_f×ρ×g=49.7×860×9.81=419255Pa≈0.42MPa(4-6)4.4管道壁厚计算根据GB50253《输油管道工程设计规范》，管道壁厚按下式计算：δ=(P×D)/(2×[σ]×φ+P)(4-7)式中：δ——计算壁厚，mm；P——设计压力，MPa，取6.3MPa；D——钢管外径，mm，219mm；[σ]——钢材许用应力，MPa，20#钢取130MPa；φ——焊缝系数，取1.0。代入计算：δ=(6.3×219)/(2×130×1.0+6.3)=1379.7/266.3=5.18mm考虑腐蚀余量2mm，设计壁厚：δ_design=5.18+2=7.18mm选用Φ219×8无缝钢管，满足强度要求。第5章泵选型计算5.1外输泵选型5.1.1流量计算外输泵输送净化原油，流量为：Q_pump=100×10⁴t/a÷(330d×24h)÷0.86t/m³=147.0m³/h(5-1)考虑1.1的富裕系数：Q_design=147.0×1.1=161.7m³/h5.1.2扬程计算泵的总扬程由以下几部分组成：（1）静扬程：从泵出口到终点的地形高差，取H_st=50m；（2）摩阻损失：H_f=49.7m（见第4章计算）；（3）终点压力：P_end=6.3MPa，换算为液柱高度：H_end=P_end×10⁶/(ρ×g)=6.3×10⁶/(860×9.81)=746.6m(5-2)（4）泵入口压力：原油罐常压，入口压力≈0；（5）局部阻力损失：沿程损失的10%，H_local=49.7×0.1=5.0m。总扬程：H_total=H_st+H_f+H_end+H_local(5-3)H_total=50+49.7+746.6+5.0=851.3m考虑1.1的富裕系数：H_design=851.3×1.1=936.4m5.1.3泵型选择与校核根据流量Q=162m³/h、扬程H=940m的要求，选用多级离心泵。共设3台，2台运行1台备用。表5-1外输泵选型参数表项目单位参数值备注泵型-卧式多级离心泵额定流量m³/h162额定扬程m940转速r/min2980电机功率kW630效率%≥72数量台32用1备5.2提升泵选型各容器间提升泵按液位控制要求设置，主要包括原油缓冲泵、污水提升泵等。各泵选型计算从略，按处理量1.2倍富裕系数选型，详见设备表。第6章安全与环保设计6.1防火防爆设计根据GB50183-2015《石油天然气工程设计防火规范》及GB55037-2022《建筑防火通用规范》，本联合站火灾危险性分类为甲类，主要防火措施如下：（1）站内设备布置满足防火间距要求，储罐区与生产区、辅助生产区、行政区分区布置；（2）原油储罐采用浮顶罐，减少油气蒸发；（3）站内设置环形消防道路，宽度不小于6m；（4）设置固定式消防冷却水系统和泡沫灭火系统；（5）电气设备按爆炸危险区域划分选用相应防爆等级；（6）设置可燃气体检测报警系统。6.2环境保护设计根据HJ2041-2014《采油废水治理工程技术规范》，采出水处理后达到回注标准。主要环保措施：（1）采出水处理系统采用“自然沉降—混凝沉降—过滤”工艺，处理后水质达到SY/T5329回注标准；（2）储罐呼吸气设置冷凝回收装置，减少VOCs排放；（3）站内设置事故应急池，容积不小于最大单罐容量的110%；（4）含油污泥集中收集，交由有资质单位处理。6.3安全设施配置根据GB50350-2015要求，联合站设置以下安全设施：（1）安全阀：所有承压设备和封闭管段均设置安全阀，安全阀泄放量按GB50350附录B计算确定；（2）紧急切断系统：进站管线设置紧急切断阀，可在事故时远程切断；（3）泄压放空系统：设置放空塔顶，设备检修时泄压放空；（4）可燃气体报警：在分离器、泵区、储罐区等泄漏风险区域设置可燃气体探测器；（5）防雷防静电：全站设置防雷接地和静电接地系统。第7章结果分析与工程指导意义7.1计算结果汇总本联合站主要工艺设备计算结果汇总如表7-1所示。表7-1主要工艺设备计算结果汇总表序号设备名称主要规格参数数量单位备注1三相分离器Φ3000×9000，1.0MPa4台3用1备2原油沉降罐Φ3200×6500，常压2台3电脱水器Φ3000×10000，0.6MPa4台2用2备4水套加热炉1.2MW3台2用1备5外输泵Q=162m³/h，H=940m3台2用1备6外输原油管道Φ219×8，20#钢5km7.2安全性核验对主要设备和工艺系统进行安全性核验：（1）三相分离器：气体沉降速度0.00701m/s，小于设计允许值，气液分离效果有保障；液体停留时间5min，满足APISpec12J要求。（2）电