聯(lián)合站電脫水器課程設(shè)計

第1章聯(lián)合站及其電脫水概述1.1聯(lián)合站簡介聯(lián)合站，即集中處理站，是油田地面集輸系統(tǒng)中重要組成部分。就油田的生產(chǎn)全局來說，油氣集輸是繼油藏勘探、油田開發(fā)、采油工程之后的很重要的生產(chǎn)階段。如果說油藏勘探是尋找原油，油田開發(fā)和采油工程是提供原料，那么油氣集輸則是把分散的原料集中處理，使之成為油田產(chǎn)品的過程。聯(lián)合站一般建在集輸系統(tǒng)壓力允許的范圍內(nèi)，為了不影響開發(fā)井網(wǎng)以及油田中后期加密井網(wǎng)的布置與調(diào)整，應(yīng)盡量建在油田構(gòu)造的邊部。聯(lián)合站將來自井口的原油、伴生天然氣和其他產(chǎn)品進行集中、運輸和必要的處理、初加工，將合格的原油送往長距離輸油管線首站外輸，或者送往礦場油庫經(jīng)其他運輸方式送到煉油廠或轉(zhuǎn)運碼頭，合格的天然氣則集中到輸氣管線首站。聯(lián)合站一般包括如下的生產(chǎn)功能：油氣水分離、原油脫水、原油穩(wěn)定、天然氣脫水、輕油回收、原油儲存及向礦場油庫輸送、污水處理、凈化污水回注地層、接收計量輸來的油氣混合物、變配電、供熱及消防等。聯(lián)合站設(shè)計是油氣集輸工藝設(shè)計的重要組成部分，對它的要求是使其最大限度的滿足油田開發(fā)和油氣開采的要求，做到集輸先進、經(jīng)濟合理、生產(chǎn)安全可靠，保證為國家生產(chǎn)符合數(shù)量和質(zhì)量的油田產(chǎn)品。1.2聯(lián)合站工藝系統(tǒng)概述油氣水混合物的收集一個區(qū)域中若干油井的井口產(chǎn)物經(jīng)過計量后，輸送到聯(lián)合站進行集中處理。在收集的過程中對于高粘度、高凝點原油要采取一定措施，使它能夠在允許的壓力下安全的輸送到聯(lián)合站而不至于凝固在管線內(nèi)。通常采用的方法有：加熱保溫法；化學降粘、降凝法；物理降粘、降凝法。油氣水的初步分離在實際生產(chǎn)工程中，從油井出來的不單是原油，常常含有氣、水、砂、鹽、泥漿等。為了便于輸送、儲存、計量和使用，必須對它們進行初步分離。油井產(chǎn)物中常含有水特別在油井生產(chǎn)的中后期，含水量逐漸增多，利用離心重力等機械方法分離成氣液兩相。有些井出砂量很高，同時還應(yīng)該除去固體混合物。油氣水的初步分離主要在三相分離器中進行，在開式流程中，也在沉降罐中進行。油和機械雜質(zhì)、鹽的分離一般與油水分離同時進行。當含鹽、含砂量高時，有的要用熱水沖洗和降粘后再沉降分離，連同水、機械雜質(zhì)和鹽一起脫除。原油脫水對輕質(zhì)、中質(zhì)含水原油，宜采用熱沉降、化學沉降法脫水；對中質(zhì)、重質(zhì)的高含水原油，先采用熱化學沉降法脫水，再用電脫水，對乳化度高的高粘度、高含水原油，應(yīng)先破乳再沉降脫水。原油穩(wěn)定原油中甲烷、乙烷、丙烷、丁烷（正構(gòu)）在通常情況下是氣體，這些輕烴從原油中揮發(fā)出來時會帶走大量戊烷、己烷等成分，造成原油的大量損失，為了降低油氣集輸過程中的原油蒸發(fā)損耗，一個有效的方法就是將原油中揮發(fā)性強的輕烴比較完全的脫除出來，使原油在常溫下的蒸汽壓降低，這就是原油穩(wěn)定。原油穩(wěn)定所采用的方法可以分為閃蒸法和分餾法兩大類。閃蒸法又分為常壓閃蒸、負壓閃蒸和正壓閃蒸。5?輕烴回收從原油中脫除的輕烴，經(jīng)過回收加工是石油化工的重要原料，也是工業(yè)與民用的潔凈燃料。隨著石油化學工業(yè)的飛速發(fā)展和世界性能源短缺，天然氣回收液烴技術(shù)得以迅速發(fā)展，輕烴回收給國家創(chuàng)造了更多的財富。輕烴回收工藝基本可以分為三種：吸附法、油吸收法和冷凝分離法。我國油田氣輕烴回收都采用冷凝分離法，按冷凍深度不同，冷凝分離可以分為淺冷（-15°C?-25°C）和深冷（-60°C?-100C）兩種。天然氣隨油井中原油一起采出的伴生氣，直接輸送到氣體處理廠。含油污水的凈化原油經(jīng)過沉降、脫水后放出來的水，還含有一定量的原油、泥砂等物質(zhì)，必須經(jīng)過凈化才能回注或外排。從污水中回收污油，既節(jié)約能源又保護環(huán)境，經(jīng)過處理后的污水一般回注地層，保持油層壓力，提高油藏采收率。含油污水處理的常用方法是：重力沉降除油法、混凝沉降法、氣體浮選法、斜板除油法和過濾除油法。輔助生產(chǎn)系統(tǒng)輔助生產(chǎn)系統(tǒng)包括給排水系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、采暖及通風系統(tǒng)、道路系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)都是聯(lián)合站的必要組成部分，是聯(lián)合站正常工作的保證。1.3電脫水概述從地層中開采出的原油不可避免的含有大量的水，給之后的儲運、加工環(huán)節(jié)帶來了很

多不利影響。因此必須對采出油進行脫水處理，以保證外輸前原有的含水量低于0.5%。采

出油中水主要以溶解水、乳化水和懸浮水為主，其中乳化水最為穩(wěn)定，特別對于重質(zhì)油來

說，很難利用常規(guī)的重力沉降法將其脫除。人們針對乳化液脫水進行了很多研究，如靜電

聚合、化學破乳、微波破乳及離心分離等，其中應(yīng)用最為廣泛的首推靜電聚合法和化學破

乳法。靜電聚結(jié)主要適用于W/0型乳化液，利用電場將連續(xù)相（油）中分散相（水）聚結(jié)成尺寸較大水滴，使其便于分離。電脫水技術(shù)見圖。電脫水技術(shù)真空里力分囁只應(yīng)用電場排出機械分離平扳

電觀電根二次涂層電場電脫水技術(shù)真空里力分囁只應(yīng)用電場排出機械分離平扳

電觀電根二次涂層電場化學破兀過濾+

電坳壓力十

電場混合+

電場通入重力11二孜1電場圖1-1電脫水技術(shù)1.4流程及流程說明設(shè)計工藝流程應(yīng)能保證聯(lián)合站處理的油氣產(chǎn)品的質(zhì)量要求，產(chǎn)量高，經(jīng)濟效益好。在滿足聯(lián)合站各項生產(chǎn)任務(wù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)充分采用先進技術(shù)，考慮各種能量的合理利用，采用密閉流程，避免各種蒸發(fā)損耗，工藝流程應(yīng)能適應(yīng)操作的變化，但又要避免煩瑣，防止浪費，管線閥門要盡量少，線路要短，油氣流向合理。在原油開采至凈化外輸?shù)娜荛]流程，要比開式流程有多方面的優(yōu)點：（1） 一般的開式流程原油損耗約為2~4%，而密閉后能降低到0.5%以下，密閉式流程不僅降低了油氣損耗，而且還提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。（2） 密閉式流程結(jié)構(gòu)簡單，成本降低，有利于提高自動化工致程度和管理水平。設(shè)計中考慮到進站原油的含水率（70%）和含氣量（綜合油氣比為55Nm3（氣）/t（油），工藝上采用油氣三級分離，兩段脫水。三級分離指一級油氣水三相分離，二級緩沖分離以及在穩(wěn)定塔內(nèi)的三級分離。兩段脫水是指一級油氣水三相分離脫水和電脫水器脫水。該站除正常的生產(chǎn)流程外，還有站內(nèi)循環(huán)以滿足原油不需外輸時的要求，還有原油罐區(qū)用以事故（如停電）發(fā)生后儲存油品，等來電后，再進入正常工作，避免因聯(lián)合站或外輸管線的突發(fā)事故而影響油田生產(chǎn)。原油在聯(lián)合站內(nèi)處理的工藝流程如下：（1）正常流程：*—注破乳劑 氣計量一氣站站外來油f進站閥組f油氣水三相分離器f緩沖罐f循環(huán)泵f1 ?污水f污水處理區(qū)電脫水器f加熱爐f原油穩(wěn)定塔f(凈化油罐)f原油外輸泵f計量f外輸無泵流程：注破乳劑 計量f氣站站外來油f進站閥組f油氣水三相分離器f緩沖罐f k污水f污水處理區(qū)「J「一電脫水器f加熱爐f原油穩(wěn)定塔f(凈化油罐)f原油外輸泵f計量f外輸停電流程：進站來油f進站閥組f油氣水三相分離器f緩沖罐f事故罐f循環(huán)泵后的正常流程進站總閥組和電脫水器都設(shè)有加藥裝置，可以加入破乳劑，以利于油氣水在分離器中的分離和電脫水器的脫水。程設(shè)計中的幾點說明：各作業(yè)區(qū)，裝置的布置應(yīng)與平面布置相符，應(yīng)標明各工藝管線尺寸、安裝高度、介質(zhì)的流向、管線線型及管件應(yīng)符合的規(guī)定，尺寸不按比例。凡是由于偶然事件(著火停電)或操作失去可能使壓力升高而造成事故之處(如分離器、加熱爐、油罐、輕油罐等常壓容器及往復泵、齒輪泵出口)，都裝備有安全閥或呼吸閥。凡是不允許液體倒流之處(如離心泵的出口、有壓進罐管線、藥劑線進電脫水器入口等)都裝上了止回閥。為防止爆炸、火災(zāi)等惡性事故蔓延，流程設(shè)計必須要有切斷油氣源的措施(如壓力越站、緊急放空、自動關(guān)閉油罐進出口閥門)。第2章電脫水裝置及有關(guān)參數(shù)的計算2.1工藝流程圖2.1工藝流程圖⑥AutoCAD2004-未注冊版-[D:\IyDocuaents\t1.dwg]窮文件0）編輯怨）視圖辺插入①格式?工具①【口應(yīng)53$口兇N已窮文件0）編輯怨）視圖辺插入①格式?工具①【口應(yīng)53$口兇N已'/O+?O_y直□?廠A"於￡處摩□□皿総圖@）標注?）修改龜）窗口址）牴妄巴歿昶圏鳳a凈化風由令：，一pan由令：，一pan按Esc或Enter鍵退出，或單擊右鍵顯示快捷衆(zhòng)單。逾Ml<''i>按住拾取鍵并拖動進行平移。AutoCAD2004-.「厚|12號題目：電脫水按住拾取鍵并拖動進行平移。AutoCAD2004-.「厚|12號題目：電脫水..匕cl】pjmag?0（J2-.圖2-1工藝流程圖:OO.-KB/S. 11.5KB/S少21592.2原油物性計算⑴密度：在20^-120^范圍內(nèi)pp= 20—t1+a(t-20)780<p<860時，a=(3.083-2.638X10-3p)X10-31/°C2020(2)動力粘度：1p二一(cp)**[1+a(t-1)lg(cp)]-itc10 0 10p>1000mPa?s時，c=10,a=2.52X10-31/Ct10<p<1000mPaS時，c=100,a二1.44x10-31/Ctp<10mPaS時，C=1000,a二0.76x10-31/Ct式中，卩,卩一溫度為t(°C)和t(°C)時原油的粘度，毫帕?秒；t 10 0c，a一系數(shù)。運動粘度：u=卩.pt t't式中，卩一tC時原油的運動粘度，厘沱；tu一tC時原油的動力粘度，mPa?s；tp—tC時原油的密度,kg/m3。t由上面的公式，可以計算出各溫度下原油的密度、運動粘度、動力粘度。2.3有關(guān)設(shè)計參數(shù)的確定原油含水：70%原油進站溫度：40°C進站壓力：0.5MPa油氣水三相分離器：進口溫度：40°C出口溫度：55°C控制壓力：0.5MPa(0.4MPa)出口原油含水：<20%緩沖罐：控制壓力：0.15MPa電脫水器：脫水溫度：52°C操作壓力：0.3MPa出口原油含水:<0.5%穩(wěn)定塔：穩(wěn)定溫度：不低于60°C操作壓力：-0.03Mpa大罐：儲存溫度：45~50°C原油外輸溫度：60°C外輸距離：30km油水在三相分離器中停留時間：5~30分鐘油水在電脫水器中停留時間：40分鐘2.4電脫水器的選取操作溫度：52C；操作壓力：0.3MPa；查《油田油氣集輸設(shè)計技術(shù)手冊》，選取e3600X14000的電脫水器，其中空容積是155.7m3/臺，且知道一般原油在電脫水器中的停留時間是40分鐘。一級分離后，進入電脫水器的原油含水率為20%，計算單臺電脫水器的含水原油的體

積流量。單臺電脫水器的含水原油體積流量:式中：V—單臺電脫水器處理的含水原油體積流量，式中：V—單臺電脫水器處理的含水原油體積流量，m3/h；V—電脫水器的空罐容積，m3/臺；i：—選定的含水原油在電脫水器內(nèi)的停留時間，h。“V. 155.7x60 _____/厶厶、V=—i= =233.55m3/（h?臺）t40則，經(jīng)電脫水器處理的含水原油的體積流量為:479.4516x103806.9x103x0.8=742.74m3/h742.74233.55742.74233.55二3.18(臺)???取N=4???取N=4臺一 74274實際的體積流量為：V二 =185.685m3/h155740實際的停留時間：t= ——=50.31min>40min185.685當一臺檢修時，即N=374274單臺體積流量為：V"二 二247.58m3/h3且120%V=1.2X233.55=280.26m3/h>V=247.58m3/h即選用了4臺Q3000X11000的電脫水器滿足要求。2.5油田聯(lián)合站外輸天然氣節(jié)流裝置的口徑d20計算已知條件：工作介質(zhì)：天然氣已知條件：工作介質(zhì)：天然氣操作溫度：30°C標況密度：p=0.97kg/Nm3操作狀態(tài)下粘度：n=0?0112cP取壓方式：法蘭取壓工況密度：p=1.9678kg/Nm3工作壓力：P=215600Pa1最大壓差：6p=9800Pa管道內(nèi)徑：D=363mm20等熵指數(shù)：k=1.315管道內(nèi)徑：D=363mm20等熵指數(shù)：k=1.315max相對濕度：屮=100%孔板材質(zhì)線膨脹系數(shù)：入=0.000012mm/mmCd管道材質(zhì)線膨脹系數(shù)：入=0.000011mm/mmCD孔板孔徑d20的設(shè)計計算求工況下管道直徑：D=D[1+入 (t-20)]=0.363[1+0.000012(30-20)]=0.36304356(m)20 d求雷諾數(shù)Red=46pp/nDn=4*8300/3600*1.9678/(3.14*0.36304356*0.0112)=1421.38085求A2A2=nRed/D20V(2App)=0.0112Red/0.360*V38568.88=0.225設(shè)Cs=0.6060￡=1據(jù)Xn=A2/C￡TOC\o"1-5"\h\z(n-1) (n-1)P=[X2/(1+X2)]0.25nn nC=0.5959+0.31202.1-0.18n N當n=4時，求得E4=3.46*10-dV5*10-1。???P=0=0.59834C=C=0.604984求dd=D0=0.36304356*0.5983=0.217208961948(m)=21.7208961948(mm)求d20d20=d/[1+入d(t-20)]=0.217208961948/[1+0.000012(30-20)]=0.2171829(m)=21.71829(mm)最后得到d20=21.71829(mm)。標準節(jié)流裝置的首選檢測件當然是標準節(jié)流裝置，為了選擇最合適的標準節(jié)流裝置,選型時應(yīng)從以下幾方面考慮：管徑、直徑比和雷諾數(shù)范圍的限制條件；測量精確度；允許的壓力損失；要求的最短直管段長度；對被測介質(zhì)侵蝕、磨損和臟污的敏感性；結(jié)構(gòu)的復雜程度和價格；安裝的方便性；使用的長期穩(wěn)定性。孔板可應(yīng)用于比噴嘴和文丘里噴嘴更大的管徑范圍。2.6油田聯(lián)合站電脫水器油水界面控制中的調(diào)節(jié)閥□徑計算已知條件：工作介質(zhì)：污水 工作溫度：t二55°C 閥前絕壓：P==0.343MPa1閥后絕壓：P==0.314MPa操作密度：p=1g/cm32最大流量：W二19.8x103kg/hmax管道直徑：D二65mm 介質(zhì)臨界壓力p二25.07MPa；C閥入口溫度下介質(zhì)飽和蒸氣壓力p二0.018MPa；v求調(diào)節(jié)閥的口徑：利用調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)Cv,可以簡化調(diào)節(jié)閥口徑計算的問題，調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)Cv定義：閥處于全開狀態(tài)，閥端壓差為1磅/英寸‘0.07kgf/Cm'的條件下，60F15.6°C的清水，每分鐘通過閥的美加侖數(shù)。決定調(diào)節(jié)閥口徑根據(jù)已知的流體條件，先計算出所要求的Cv,再從Cv表上，選取合適的調(diào)節(jié)閥口徑。求調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)CvCv=1.17*Q*[G/(P1-P2)]i/2式中：Q——最大流量m3/hG――比重P1 進口壓力Kgf/cm2P2——出口壓力Kgf/cm2得：Cv=1.17*19.8*[1*10-3/(0.343-0.314)1/2]=51.802求調(diào)節(jié)閥口徑dd=V(4Cv/3600nv)*1000v=4W/nD2p=10.7735m/snax?°?d=73.0926mm因調(diào)解閥為聯(lián)合站電脫水器油水界面控制，需有調(diào)解、切斷、克服△P、防堵的特點,故選用蝶形調(diào)解閥。該閥結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、成本低，流通能力大，適用于低壓差、大流量的場合。普通蝶閥泄漏量較大，但采用臺階式密封和聚四氟乙烯閥座或橡膠閥座面可提高閥的密封性能。目前國外高性能蝶閥均采用雙向密封，其密封性能很強。力矩小，配備執(zhí)行機構(gòu)小，填料和密封裝置耐用。適用于公稱壓力比較低的場合。第3章工藝管線的選取3.1循環(huán)泵到電脫水器之間管線的計算沿程摩阻的計算:^020!=^020!=0.363m兀w\3.14x2.0d=影飛選管徑為①377X7的無縫鋼管，則實際流速為：2.0m/sRe=Vd=2.0X°363=5.30x104Y 13.69x10-6取e=0.1597 597Re=—= . =3.17x1051e87 2X0.1x10-38￡7 ( )870.3633000<Re<Re],處于水力光滑區(qū)水力摩阻系數(shù)：“0.3164二 03164 二。禍Re0.25 (5.30X104)025則沿程摩阻為:0.3634.75h二0.0246x°.2071.75x(13.宓10「6)0.25%60二0.7023m二5807.80Pa0.3634.75l局部摩阻的計算:表3-1管線上的閥件名稱單向閥90°彎頭轉(zhuǎn)彎三通通過三通閘閥數(shù)量14252Lid d 34060404.54h二九ld-上二0.0209x(240+40x2+340+5x4.5+2x4)jid2g 2x9.8二2.95m=24354.52pa設(shè)備安裝高度取0.8m,高程差取3m：APi=pgAh=845.54x9.8x3=24807.72Pa所以此段管路總壓降為AP=0.70+2.95+3二6.65m二0.055MPa

3.2電脫水器到加熱爐之間管線的計算1.管徑的選擇從電脫水器出來的原油為純凈原油，含水W0.5%,(按0.5%計算)此條件下p=8O6.9kg/m3，p=1000kg/m352 w油品的密度：p廣806.9x0.995+1000x0.005=807.9kg/m3(1+2.5?+14.1?2)=6.030x(1+2.5x0.005+14.1x0.0052)=6.108mP-so上=上=6.108x1°-3p807.9=7.56x10-6m2/sQ-Go-叫516x103-594.190m3/hp806.9-0005Q-Q-Go-叫516x103-594.190m3/hp806.9-0005Q-0005x594.190-2.986m3/h0.995o0.995-Qp-2.986x1000-2.986t/hww-G+G-2.986+479.4516-482.437t/hw o°總482.437x103-597.15m3/h-0.166m3/s807.9d=船=0.363mG 總, p選①377X7的管線則實際流速為：v-4Q兀d22.沿程摩阻計算4x0.1663.14x0.3632-1.6m/sRe-巴-1.6x0.363-7.68x104Y 7.56x10-6Re159.759.72x0.1x10-30.363-3.17x105???3000<Re<Re,屬于水力光滑區(qū)取L=50m,取L=50m,hl=00246x0.1661.75x(7.56x10-6)0.250.3634.75x50-0.343m-2715Pa局部摩阻計算九-注Re0.25九-