DS-XX17地区地面工程设计——输油站设计-毕业论文.doc

重庆科技学院毕业设计（论文） 题 目 DS-XX17地区地面工程设计输油站设计 院 （系） 石油与天然气工程学院 专业班级 油气储运工程2009级 学生姓名 王善容 学号 2009440141 指导教师 严宏东 职称 讲 师 评阅教师 游 赟 职称 副教授 2010年 5月30日 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它学生毕业设计（论文）原创性声明 本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业设计（论文）作者（签字）： 王善容 2013年 6月15日重庆科技学院本科生毕业设计 摘要 摘 要在油田地面工程建设中对计量站和输油站进行合理的布置和设计，对整个油田地面工程设计来说有利于油田的开采和提高油田的效益，因此计量站和输油站的设计在油田地面工程设计中是非常重要的。本设计中采用二级布站，计量站不单独设站。输油站除要进行油、气、水的分离、沉降、加热、缓冲、计量及加压输往联合站外，还要担负所辖油井的油、气、水计量等工作。本设计主要设计一个输油站对A区块的17口油井产物进行初步分离、计量、储存、加热和外输，对输油站进行工艺流程和总平面布置的设计。关键词：计量 输油站 加热 分离 重庆科技学院本科生毕业设计 ABSTRACT ABSTRACTIn oilfield ground engineering construction on the metering station and pump station of a reasonable layout and design, is advantageous to the oil-field exploitation and improve the effectiveness of oilfield in the oilfield surface engineering design, so the design of the metering station and pump station is very important in Oilfield Surface Engineering design. This design uses two stations, metering stations do not separate station. Oil station in addition to oil, gas, water, heating, settling separation, buffer, metering and pressure to the joint station, but also responsible for oil, gas, water metering work under the jurisdiction of the well.The design of the main design an oil station on the A block of 17 products were initially separated wells, metering, storage, heating and external input. Oil station on the process and the general layout design.Keywords: Oil metering station Heating Separation重庆科技学院本科毕业设计 目录目 录摘 要ABSTRACT1 绪 论11.1概述11.1.1 地面概况11.1.2 地质静态资料11.1.3 A区块相关地面参数如表1.1：21.1.4 油品物性21.2 设计范围31.3 设计原则41.4 遵循的主要标准、规范42 输油站的工艺流程52.1工艺流程的设计要求52.2本站工艺流程简介53 输油站的工艺计算63.1 基础数据计算63.1.1 设计规模63.2主要设备的选型63.2.1 三相分离器的选择与校核63.2.2 缓冲罐的选取103.2.3 油罐的选取103.2.4 加热炉的选取113.2.5 外输泵的选取123.2.6 循环泵的选取143.2.7 倒油泵的选取143.2.8 油田采出水处理设备的选用154 输油站布置174.1 选择站址174.2 输油站的分区和基本组成174.3 输油站的平面布置174.4 设备及管线的安装布置184.4.1 管线安装综述184.4.2 泵房的安装布置184.4.3 加热炉房的安装布置184.4.4 储罐区的安装布置194.4.5 分离器的安装布置194.5 站内道路的布置195 管线的计算215.1分离区管线的计算215.1.1 外来油至缓冲罐之间管线的计算215.1.2 缓冲罐至三相分离器之间管线255.1.3 三相分离器至油罐之间管线的计算255.2油罐区管线的计算265.2.1油罐到循环泵之间管线265.3加热区管线的计算265.3.1 循环泵到加热炉之间管线265.3.2加热炉到外输泵之间管线275.4污水处理区管线计算285.4.1 三相分离器到水泵之间的管线286 结 论30参考文献31致 谢32附录 1 输油站工艺流程图33附录 2 输油站平面布置图34 重庆科技学院本科生毕业设计 1 绪论1 绪 论1.1 概述对输油站的要求是使其最大限度的满足油田开发和油气开采的要求，做到技术先进、经济合理、生产安全可靠，保证为国家生产符合数量和质量要求的油田产品。输接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。1.1.1 地面概况A区块位于隶属新疆维吾尔自治区M县，工区地表为草原戈壁，地面较平坦，植被稀少，地面海拔70m270m；区块内地下水埋藏较深，浅层无地下水分布。工区温差悬殊，夏季干热，最高气温可达40以上；冬季寒冷，最低气温可达-40以下。区内年平均降水量小于200mm，属大陆性干旱气候。工区15公里外有发电厂，25公里范围内有一个中型凝析气藏投入开发。1.1.2 地质静态资料 1.1.2.1 区域地质情况 A区块俯瞰呈三角形，两边为断层边界，一边存在边水，储层向东南方向下倾，倾角5.8，层内存在夹层。区块顶部构造图如图1.1所示，剖面图如图1.2。图1.1 A断块顶面构造图图1.2 A断块油藏剖面图1.1.3 A区块相关地面参数如表1.1：表1.1 A区块地面参数工程所在地区地震基本烈度7度最大冻土深度1.03m1.60m年平均气温12.4夏季最高气温40冬季最低气温-40年平均降水量200mm土壤导热系数1.6W/(m）沥青防腐层导热系数0.15W/(m）保温层聚氨酯泡沫塑料导热系数0.04W/(m）1.1.4 油品物性表1.2 油品物性未处理剪速s-1不同温度下的粘度 mpas05810152025303540455030277125862306214220812040202520192017201420111998加热到55添加50ppm XB-2 降凝剂处理后粘度温度102025303540455055表观 粘度mPas1608.321509.791411.621313.691215.881118.431021.23926.03849.75凝点4.5密度g/m30.93含蜡量较低A区内拟钻生产井17口，各井坐标如表1.3所示。进行相关计算时可认为该地区地势平坦。其他相关指标如表1.4所示。表1.3 各井坐标生产井井号xyP1214312404571936P2214312804571746P3214313304571544P4214313904571355P5214314804571153P6214315904570975P7214307804571355P8214307804571165P9214308304570963P10214308804570726P11214319804571740P12214320804571550P13214321904571408P14214322704571218P15214304304570572P16214327304571592P17214328804571456表1.4 相关指标开采年限20年平均单井产液量45t/d平均单井产油量9t/d平均单井产气量60m3/d井口掺水平均温度75综合含水80%开井时率0.74原油密度0.93g/cm3天然气动力粘度1.026105Pas1.2 设计范围 新建稠油计量输油站一座。 与上述工程配套的防腐、自控、供配电、通信、给排水、总图、建筑结构等公用工程。 输油站工艺流程和平面布置。1.3 设计原则 采用成熟、先进的技术和设备、合理的工艺流程，以安全、可靠、实用、经济作为总体原则。 合理选用设备及管材，确保长期安全、平稳生产，方便管理。 工程设计严格执行国家、行业的有关标准、规范，确保集气管道安全平稳运行。 尽可能节约用地。 优化工艺流程，精良节省投资。1.4 遵循的主要标准、规范 石油天然气工程初步设计内容规范 第1部分：油气田地面工程SY/T0082.1-2006 油气集输设计规范GB 50350-2005 石油天然气工程设计防火规范GB50183-2004 天然气集输管道施工及验收规范SY0466-97 用标准孔板流量计测量天然气流量GB/T21446-2008 建筑设计防火规范GB50016-2006 建筑抗震设计规范GB50011-2001（2008年版）5重庆科技学院本科生毕业设计 2 输油站的工艺流程2 输油站的工艺流程2.1工艺流程的设计要求 油气集输应根据批准的油田开发设计，全面规划，分期实施，以近期为主，做到远近结合，并适当考虑扩建，改造的可能性。应根据要求，进行合理的布置。必须对油气集输过程中产生的废水废气废渣等进行妥善的处理，必须满足国家的现行标准。 油气集输的工艺过程应密闭、降低油气损耗；应合理的利用油田产品的热能和压能，以降低能耗。 系统布局应符合工艺流程和产品流向，方便生产管理和油田调整。 在满足以上要求的前提下，流程应尽量简单，尽可能少用阀门、管件，力求减少管道及其长度，充分发挥设备性能，节约投资、减少经营经费。2.2本站工艺流程简介油气集输流程包括密闭生产流程和开式生产流程两种。为了降低油气损耗和动力损耗，本站采用密闭式生产流程。 本站的生产流程为： 天然气处理 天然气处理油田来油 缓冲罐 油气水三相分离器 储罐 循环泵 加热炉 污水处理外输泵 外输 污水处理的工艺流程：分离器来水 气浮选机 核桃壳过滤器 压榨过滤机 外排重庆科技学院本科生毕业设计 3 输油站的工艺计算3 输油站的工艺计算3.1 基础数据计算3.1.1 设计规模油田的产液量： 油田的产油量： 油田的产气量： 输量换算： （3.1）式中Q体积流量，m3/s或m3/h；G年输量，kg；油品在20时的相对密度，kg/ m3当稠油年输量为5.355万吨时体积流量为： 油田产出水的流量为： 油田产出液体密度为： 由管网优化中得出数据单井井口产物总流量： 则整个油田产物的总流量为： 由管网优化中数据知油、气、水三项混合液的混合密度为：3.2主要设备的选型3.2.1 三相分离器的选择与校核 三相分离器的选择 1）根据液体在分离器内规定的允许停留时间计算分离器直径 （1）液体通过量： （2）液体在55时的密度液体在55时的密度为 则55液体的密度为965.8。（3）允许停留时间取t=1.5min（4）设排液口高度y与直径2r之比为0.1,查参考文献1表2-8得;页面控制高度y为分离器直径的一半，则，查考文献1表2-8得（5）取分离器的长度为L=4.5m（6）计算分离器的直径 （3.2）式中 - 分离器的液体处理量，； - 规定停留时间，； - 物流波动系数，本设计中取； - 分离器的有效长度（通常取全长的60%，本设计中取全长的80%），。带入数据： 选的分离器。（7）计算液体在分离器中实际的停留时间由式（4.2）得 （3.3） 因 所以符合要求。 分离器的校核 1）根据气体处理量校核分离器直径（1）计算液滴沉降速度a.压缩系数Z根据气体密度，查参考文献2中图2-2得b.气体在标准状态下的密度 c.气体在分离条件下的密度 （3.4）则 d.气体在分离条件下的粘度 （3.5）其中 所以 e.计算阿基米德数（设沉降的油滴直径），判断流态 （3.6） 因 所以，流态属于过渡区。f.计算 g.计算 2）按气体处理量校核分离器直径卧式分离器的允许气体处理能力为 考虑到液滴沉降速度计算公式推导中的假设条件与实际情况的出入，沉降段中气体流速分布不均匀等因素，我国常取 实际要求的处理量为 因 所以，确定的我是分离器的直径满足生产要求。计算积液部分面积为 根据文献2第37页可知工作液面在至之间，则取则 集液部分的体积为 单台三相分离器的处理量 （3.7）式中 - 单台三相分离器液体的处理量，； - 分离器集液部分的体积； - 载波系数，取； - 液体停留时间，按15min计算。 带入数据得 油田的产液量为 故选用卧式三相分离器两台，一台用于生产，一台用于计量，两台互为备用。3.2.2 缓冲罐的选取 计算含水80%的原油乳状液的 因已知，又 （3.8）其中 则 根据油田油气集输设计手册中缓冲罐停留时间一般推荐值为 因此选择停留时间为15min。根据油田油气集输设计手册中表2-1-6常用分离缓冲罐规格和停留时间选择卧式容器，取停留时间为15min，则一台缓冲罐的日处理量为1248 。油田的产液量为 则需要缓冲罐的数量为 ，取整故选择一个缓冲罐。3.2.3 油罐的选取 本设计中设计的输油站按其所处位置属于首站，它是长输管线的起点站。它的主要任务是接收来油，经计量后，加压加热向下站输送。由于来油和输油的不平衡及计量的需要，首站除了输油机泵和加热装置外，还必须设置较大容积的储罐，以满足计量以及调节来油与输油之间不平衡的需要。 首站油罐容量取决于管道输量及所需的储备天数。储备天数与来油或转油的方式有关。储罐容量按下式确定 （3.9）式中 - 首站油罐总容量，； - 首站油品年总转运量，； - 储存温度下油品密度，； - 油罐容积利用系数，立式固定顶金属罐取0.85,金属浮顶罐取0.9； - 油品储存天数。我国“输油管道工程设计规范”中规定，不同类型输油站的原油储备天数按首站与油田管道相连时，。油品在储存温度为55时的密度为 水在55的密度查表知为 从三相分离器出来的液体中含水率为20%则油水混合物的密度为 根据石油化工企业设计防火规范GB50160-92（1999年版）表2.0.2及第5.2.2条，原油中含有易挥发的轻镏分，为减少油罐的呼吸损耗，宜采用浮顶油罐。在本设计中油罐并不需要经常倒罐，所以一般不存在大呼吸，而小呼吸的损耗是比较小的，所以本设计中不采用金属浮顶罐，而是采用拱顶罐加保温层的做法。需储罐的容量为 为满足油田的需要根据参考文献7第226页表5-2石化总公司北京设计院拱顶油罐系列，本设计中选用1000的金属拱顶罐。拱顶罐的个数为 ，取故本设计中选用2个1000的金属拱顶罐，其中一个备用。罐内油品温度保持在4555，取。3.2.4 加热炉的选取加热油品用的加热炉，每座输油站一般设置2台。2台的总热负荷等于或稍大于最冷月的总热负荷，不设备用炉。一般情况下，在夏季只开1台加热炉，2台加热炉可在夏季轮流检修。加热炉的热负荷： （3.10）式中 - 热水炉热负荷，； - 热水重量流量，； - 热水炉出口温度，； - 热水炉入口温度，。15时原油的相对密度为 （3.11）式中 - 15时原油的相对密度； - 温度系数，； - 温度为20时的油品密度，。由公式（3.11）得 原油的比热容为 （3.12）式中 - 15时原油的相对密度； - 比热容，； - 原油的平均温度，。三相分离器油出口温度为55，假设油品泵外输的起点温度为65，则 将数据代入公式（3.12）求得 将数据代入公式（3.10）求得 根据查阅水的比热容表，可知水在60温度下的比热容为 加热炉需要向水提供的热量为 加热炉需要提供的热负荷为 根据油品的流量和热负荷，查阅资料4，选择HJ60-Y/1.6-M/Q火筒式间接加热炉两台。3.2.5 外输泵的选取稠油输送泵选型应考虑原油粘度、含水及含砂的影响，一般宜采用容积泵。在输送温度下原油粘度较低时，也可选用离心泵，但应保证其效率换算系数不小于0.45。本设计中选用离心泵。油品的输量为 从加热炉出来的温度为65，则油品密度为 水的输量为 根据查阅水的密度表可知65时水的密度为 则65时液体的密度为 将液体的输量转换成体积流量为 稠油输送泵的总排量宜按设计液量的1.11.2倍确定。则泵的排量应在9.4910.35之间。泵出口压力为6，进口压力为0.81，由于泵进、出口界面上的动能差和高度差均不大，则泵的扬程近似为 （3.13）式中 - 出口压力，； - 进口压力，； - 液体的密度，； - 重力加速度，； - 泵的扬程，。将数据代入公式（3.13）得所需扬程为： 选泵时扬程应为计算值的1.101.15倍。因此泵的扬程应在630.3658.95。根据参考文献11表1-2典型化工用泵的特点和选用要求，流量较小，粘度较高，出口压力较大，一般可以选用转子泵或离心泵，由于粘度较高，一般需要加温输送，所以本设计中采用先炉后泵的输送方式。泵的备用率为100%。综上，根据计算的流量和扬程选择50Y359型号的泵，。在技术条件允许和满足输液量并适应有关工况条件变化的前提下，应尽可能减少泵的安装台数。连续运行的原油输送泵一般选2台或3台，不宜超过4台，其中含备用1台。离心泵的数量为 取整 故选用3台50Y359型号的离心泵，2台串联使用，设一台备用。3.2.6 循环泵的选取假设从油罐出来的油品压力为：0.1，出口压力为0.81。由于泵进、出口界面上的动能差和高度差均不大，则泵的扬程近似为 循环泵内液体体积流量为流量： 则选用40Y255，规格为，2台，一台为备用。3.2.7 倒油泵的选取当液化石油气储运装置如储罐、液化石油气槽车等，因阀门损坏、密封圈老化、容器壁锈蚀等原因而发生泄漏，大量气态或液态的液化石油气溢出并与空气混合，迅速达到爆炸极限。在无法实施堵漏，且泄漏仍在继续，不及时采取措施就随时有爆炸、燃烧的危险的情况下，实施倒罐作业可消除泄漏源，控制险情。当液化石油气储运装置裂口燃烧，且装置内液面较高时，实施倒罐作业可达到降低燃烧液面，缩短火灾扑救时间的作用。在本设计中主要是针对两储油罐之间的倒罐，为实现其倒罐操作，选用油泵。根据油罐选取中的计算知输油站的油品储存量为 根据选用油罐为1000m的立式金属拱顶罐的尺寸为则计算出油罐中的液位高为 则根据参考文献11第40页，两罐倒油时所需能头由伯努利方程表示为 （3.14）式中 - 装置所需能头，； ，- 分别为吸液罐和排液罐液面上的压力，； ，- 分别为吸液罐和排液罐液面至泵轴中心线的距离，； - 总摩擦阻力损失，。输油站两油罐液面上的压力都为大气压0.1,摩擦阻力按油罐间距离计算，由公式（3.13）可知其中管线直径与三相分离器到油罐间管线一致，取经济流速为0.9m/s，体积流量为，根据三相分离器至油罐间管线的计算，动力粘度为，取局部摩阻为沿程摩阻的1%，则总摩擦阻力损失为 则两油罐倒油时所需能头为 根据所需泵的排量和能头选择型号为40Y254的两台泵。3.2.8 油田采出水处理设备的选用 除油设备的选择由于浮选机具有除油效率高、停留时间短（57min）、占地面积小等优点，而且特别适合处理稠油采出水，除油效率高达90%以上。因此，本设计中预选浮选机为油田采出水的除油设备。查水的密度表知，水在55条件下密度为 从卧式三相分离器中分离出的污水为 根据参考文献8表2-5选择HYQF-35型号的高效气浮系统。 过滤设备的选择 污水过滤工艺是水处理的关键环节。根据需要处理的污水量和处理后的水能够回用的标准，参照参考文献8表3-8可选用XGL-030核桃壳过滤器。 污泥处理设备的选择 污水中含有四中水分，其中游离水占70%，毛细水占20%，颗粒吸附水和内部结构水占10%。污泥浓缩的主要目的是去除游离水，以减小污泥体积。 假设需要处理的污泥量为1，则根据参考文献8表4-1选择XAZY120/1250-U型压榨过滤机。 综上，主要设备的选择如表3.1表3.1 选择的主要设备设备型号尺寸（mm）数量分离器卧式三相分离器90045002缓冲罐卧式容器220082001油罐立式金属拱顶罐11590118572加热炉HJ200-Y/2.5-M/Q10002循环泵40Y2552外输泵50Y3593倒油泵40Y2542除油设备HYQF-355420152018301过滤设备XGL-030120065001污泥处理设备XAZY120/1250-U596018201965130重庆科技学院本科生毕业设计 4 输油站的布置4 输油站布置4.1 选择站址站址应有一定的面积，使站内建筑物之间能留有负荷防火安全规定的间距，并给站的扩建和改造留有必要的余地。所选站址与附近企业、住宅、公用建筑物要保持应有的安全防火距离。所选站址的交通、供电、供水、电讯等应尽量方便，还应靠近允许排污水的低洼地带或水塘，或者靠近考虑污水处理设施的地方，以便排除站内的污水，不知损害农田和水源。由于A区块位于隶属新疆维吾尔自治区M县，工区地表为草原戈壁，地面较平坦，植被稀少，拥有足够的面积建站。工区15公里外有发电厂，能够保证输油站的用电。工区温差悬殊，夏季干热，最高气温可达40以上；冬季寒冷，最低气温可达-40以下。区内年平均降水量小于200mm，属大陆性干旱气候。输油站如果建在此处用水将受到限制，考虑到油田的产液量中综合含水量为80%，可将其分离处理后供站场处理，因此考虑将输油站建在A区块边缘，靠近发电厂的一侧。沙土、亚粘土、亚砂土或其局部有细砂、粘土的土壤均可建造输油站。因A区块储层一岩屑、长石质岩屑砂岩为主，所以输油站建在A区块边缘，靠近发电厂的一侧是可以的。4.2 输油站的分区和基本组成输油站包括生产区和生活区。生产区又分为主要作业区和辅助作业区。主要作业区包括：输油泵房、阀组间、清管球收发装置、储油区、加热系统、站控室、油品预处理设施。辅助作业区包括：供电系统；通信系统；供热系统；给、排水系统；消防系统；机修间、车库；办公室等。4.3 输油站的平面布置输油站的平立面布置是从站址的具体地形、地质及气候条件出发，根据生产和安全的要求，统筹安排全站的建筑物。总布置图要遵照有关规范，在保证生产和安全的前提下减少占地、减少土石方工程量，节约投资。遵循如下一些原则： 充分体现功率吃流程和生产的全部要求，并尽量做到减少“逆流”和管道互相交叉； 充分利用地形，使管道和线路走向合理，土石方小； 严格按照有关安全防火规范进行设计； 全面考虑站内各部分的协调； 站内道路能保证消防车辆的通行； 确定建筑物标高时，要考虑土石方的平衡，一般就地平衡。4.4 设备及管线的安装布置4.4.1 管线安装综述在总平面图上分区布置的基础上，油气、热力、供排水管线及电路、电信线尽量缩短长度，在满足水力热力的要求下，线路布置力求整齐美观。场区内各种地下、地上管路和供电、通信线应集中布置在场区道路的两侧，应避免地上管线和电力、电信线路包围工艺管线和独立的建筑物，并减少和场区道路的交叉。交叉时采用直交。主要的油管线均设有伴热管线。场区管线的敷设方式，根据场区土壤性质和地下水分布情况确定。带压的油、气、水管线一般采用地上架空敷设；罐区至泵房的管线采用管墩地面敷设，管道水平间距大于0.2m，并做好埋地钢管的防腐工作。管线架空敷设时，管底距地面为2.2m；当架空管线下面安装有泵、换热器或其他设备时，管底距地面高度应满足安装和检修时起吊要求；敷设于管墩的地面管线，管底距地面0.30.5m，与人行道交叉时应加设过桥。管线跨越道路时，其底管高度要求：距主要道路路面不小于4.5m，距人行道路面不小于2.2m。4.4.2 泵房的安装布置 泵房里的泵成行布置，均采用防爆电机，并将泵基础前端边沿取齐。 泵基础前端与墙边距为3.9米，以利于布置管线和人员走动，泵前的主要通道（从工艺管线突出部分到前墙的净距）不小于1.0米，不大于2.0米。本设计中取1.5米。 电机突出部分与后墙的距离为1.2米，满足更换电机或抽芯检查的要求。 原油泵的吸入管应装有过滤器和真空压力表，出口表应装止回阀和压力表。与泵进出口相连的管段应比泵进出口的直径大一段。 离心泵进口管线的最高点