32油氣集輸方案中的陸地終端工藝設計計算案例綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u21334油氣集輸方案中的陸地終端工藝設計計算案例綜述 127089工藝流程簡述 19482天然氣處理工藝 126067預處理單元 216583脫酸系統(tǒng) 414828輕烴回收 519116脫水系統(tǒng) 65460站內主要設備選型計算 810839塔設備 82381站內匯管設計 1023450分離器選型計算 1231640安全閥的選型計算 1327038流量計 1415739清管裝置 144175給排水系統(tǒng) 1529697站內防腐 16工藝流程簡述自平臺來氣進入分離器進行油、氣、水三相分離，隨后進入水套加熱爐進行加熱穩(wěn)定，加熱后的天然氣脫酸處理，隨后進入脫水器，分離出的凝析油進行凝液的回收，污水進入污水處理。處理后的天然氣通過增壓輸往城市門站，預留配套相應的輔助生產設施，同時具有清管器發(fā)送功能。在以上流程中，流程中所分離出的氣體一部分進入天然氣處理系統(tǒng)進行滌氣凈化操作，凈化天然氣作為燃料氣儲存，供給給鍋爐房及加熱爐，另一部分運往城市門站。天然氣的凈化過程示意圖：圖7.1終端天然氣凈化過程示意圖天然氣處理工藝預處理單元陸地處理終端接收來自海上氣田的天然氣和凝析油，進站壓力為2MPa。海上來天然氣最開始進入段塞流捕集器將凝析油分離出來，分離出的氣體經過調壓閥穩(wěn)壓后進入三相分離器。段塞流捕集器段塞流捕集器選型設計國內外油氣田集輸工藝中，常見的段塞流捕集器一般可分為容器式和多管式（指式）段塞流捕集器。段塞流捕集器選型國際上通常推薦段塞流在100m3以下選用容器式段塞流捕集器，而對于較大段塞量情況，多選用管式段塞流捕集器，實際工程中通常從工作性能、設備投資、運輸及安裝、技術風險等方面進行綜合考慮。具體見表7.1：表7.1段塞流捕集器比較項目容積式段塞流捕集器多管式段塞流捕集器工作性能氣液分離效率較高，一般處理小段塞量氣液分離效率較低，能處理數千萬的段塞兩設備投資投資較高，占地面積較小投資相對便宜，占地面積較大運輸及安裝運費較高，節(jié)省工程耗時可現場焊接施工技術風險較為成熟較為成熟在本設計中，立管選擇DN530，外徑為530mm，管道壁厚為10mm，立管長度為30m，所以立管體積：V=所以由于段塞而引起波動的波動體積為：V綜上所述，本方案選用容積式段塞流捕集器。凝析油穩(wěn)定工藝聚結材料常用的聚結材料包括：板類介質、編織類介質、非編織類介質。表7.2聚結材料對比主要材料特點及適用性板類介質聚氯乙烯、聚丙烯、玻璃鋼和不銹鋼等對油水性分離要求不高，具有強腐蝕性流體地聚結和分離場合編織類介質金屬絲活復合纖維絲單機聚結分離器非編織類介質玻璃纖維吸水性好、彈性系數和拉伸強度高、加工性能好，價格便宜。適用于濾芯式聚結分離器中濾芯地材料。聚結分離設備根據聚結介質地不同，按聚結分離器地結構形式不同通常分為：板式聚結分離器、單級聚結器、濾芯式聚結分離器。表7.3不同聚結分離設備比選聚結分離設備名稱適用性備注板式聚結分離器油水分離要求不高、強腐蝕性環(huán)境。缺點是此方法聚結分離效率不高，尤其在乳化程度較嚴重地場合分離器內部是由一組有傾斜角度地板構成。單級聚結器處理物流主要是具有腐蝕性，如汽油和堿液等。單級聚結器由于內部結構特殊性，器操作條件影響較大聚結元件通常依據所處理物流的不同而選擇，一般由金屬絲活復合纖維組成濾芯式聚結分離器兩級聚結分離的結構設計確保了兩相的徹底分離，其優(yōu)點是處理流體的流速較大，可操作性靈活。濾芯式聚結分離器內部裝有兩個不同功能的濾芯；一級聚結濾芯和二級分濾芯由于氣田區(qū)塊處理量比較多，故本設計中選擇操作性靈活濾芯式聚結分離器。關鍵設備選型預閃蒸罐預閃蒸罐一般是采用三相分離器，對含水未穩(wěn)定凝析油進行油氣水三廂的分離。三相分離器的壓力盡可能低。電脫鹽罐從地下開采出來的凝析油，含有NaCl、MgCl2、CaCl2等鹽類。這些鹽類絕大部分溶解在凝析油所帶水中，一部分懸浮在凝析油中。凝析油穩(wěn)定塔表7.4工藝參數穩(wěn)定塔操作壓力（MPa）塔頂和塔中進料比塔底穩(wěn)定凝析油/t`h-1塔頂閃蒸氣/t`h-1塔底重沸器負荷/kW20.56~0.42325186366HYSYS模擬圖7.2預處理工藝模擬圖脫酸系統(tǒng)脫酸氣工藝的選擇目前，世界上有近百種脫酸氣工藝，按照操作方法特點和技術原理，可將這些工藝分為：化學吸收法、物理吸收法、直接氧化法、固體吸收/吸附法及膜分離法等。在天然氣液化裝置中，常用的脫酸氣工藝有三種，即醇胺法、熱鉀堿法和砜胺法。表7.2各類天然氣脫酸工藝的特點類別脫硫脫碳物料主要特點適應性胺法各種醇胺溶液凈化度高，可完全脫除H2S和CO2，也可選擇脫除H2S，烴吸收少，脫有機硫效率不高，工業(yè)經驗十分豐富對不同天然氣組成有廣泛的適應性熱鉀堿法K2CO3在較高溫度下吸收酸氣，凈化度不如胺法，但能耗較低適用于脫除合成氣中CO2的方法物理—化學吸收法醇胺與物理溶劑組合的溶液MEDA化學性質穩(wěn)定，再生能耗低，對于高碳硫比天然氣有好的選擇適用于酸性氣體分壓高的氣體脫除酸氣物理溶劑法H2S及CO2等有高溶解度而烴溶解度低的有機溶劑達到H2S高凈化度較困難，溶液負荷與酸氣分壓成正比，但能耗低，有烴損失問題，溶劑較貴適用于天然氣中酸氣分壓高且重烴含量低的工況由目標區(qū)塊可得H2S含量較低，主要酸性氣體為CO2（含量為6.401％）。此次設計選用醇胺法進行脫酸。醇胺法是目前使用較為廣泛的一種脫酸方法，該方法目前已較為成熟。吸收劑的選擇醇胺法目前常用的醇胺類吸收劑有：一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二甘醇胺（DGA）、二異丙醇胺（DIPA）、甲基二乙醇胺（MDEA）等。MDEA混合胺溶液就是采用了MDEA與其他溶劑組合而成的溶液，即在MDEA混合溶液，CO2會快速反應與之生成甲酸酯的過程來激活MDEA。對于含有大量CO2的原料氣尤為適用。工藝流程圖7.3醇胺法脫酸氣工藝流程輕烴回收氣體進入凝析油閃蒸罐之后閃蒸出來的氣相作為燃料氣和汽提氣，液態(tài)凝析油通過外輸泵外輸，生產分離器和聚結分離器分離出來的污水進入生產水處理系統(tǒng)，從預閃蒸罐、電脫鹽罐及凝析油穩(wěn)定塔分離出的氣相是集中或者是分輸往脫酸單元，脫除酸氣后，進入后續(xù)脫水脫烴等其他處理設備流程。圖7.3回收輕烴工藝圖脫水系統(tǒng)脫水工藝天然氣的脫水方法多種多樣，主要有：三甘醇脫水（TEG）、分子篩脫水、低溫脫水。表7.3脫水方法比選方法優(yōu)點缺點備注三甘醇脫水穩(wěn)定性好；易再生；脫水后可以降低天然氣露點系統(tǒng)比較復雜；TEG溶液再生能耗大；易被污染損失達吸收塔、再生塔、貧富液交換器、閃蒸罐及換熱器等分子篩吸附表面積較大；壽命較長；再生能力強；所需原料價格低廉、貨源充足設備投資和操作費用較大；能耗大；分子篩的再生、回收困難活性氧化鋁、硅膠和分子篩低溫冷凝適用于高壓天然氣（經濟）能耗費用比三甘醇脫水高；設備復雜熱交換、氣液分離、制冷和排液本次設計使用吸收脫水法的三甘醇脫水法進行脫水。圖7.3三甘醇脫水示意圖吸收塔的脫水效果主要由原料氣體的壓力、流量、溫度及貧三甘醇溶液的質量分數、溫度和循環(huán)量等因素決定。再生系統(tǒng)溫度控制經過重沸處理后的貧三甘醇濃度與重沸器的操作溫度和壓力有關。重沸器的操作溫度并不是越高越好；當溫度超過204℃時，三甘醇的分解速度會增加。所以重沸器的操作溫度要保持在204℃以下，通常控制在177℃~204℃范圍內。表7.4主要工藝參數設計參數值天然氣入口溫度21-35℃貧甘醇入口溫度30-50℃TEG的循環(huán)量12.5~50L/kg貧甘醇質量分數98.5％~99.5％重沸器的操作溫度177~204℃吸收塔板數5~13塊壓力2.07~9.65MPa（G）表7.5三甘醇脫水裝置工藝參數操作壓力（G）/MPa操作溫度/℃最大處理氣量/（m3/d）液相密度/（kg/m3）工況下氣相密度（kg/m3）2234735900799764HYSYS軟件模擬圖7.4三甘醇脫水工藝流程模擬站內主要設備選型計算塔設備塔型的確定脫酸氣工藝中最關鍵的設備是吸收塔和再生塔。根據相關基礎資料，對吸收塔、再生塔進行選型，初步確定設備的關鍵工藝參數，為后續(xù)模擬作分析準備。表7.6填料塔與板式塔性能分析比較項目塔形填料塔板式塔發(fā)泡性對泡沫有限制和破碎作用不利于控制發(fā)泡腐蝕性結構簡單、易于采用耐腐蝕性材料制作，造價采用耐腐蝕好的材料制作費用較高堵塞性脫酸氣工藝前設過濾分離設備，原料氣干凈，不易堵塞不易發(fā)生堵塞，原料氣可含少量雜質傳質效果不易發(fā)生鼓泡，可在較大胺液黏度下保證傳質，可減小塔徑及整體高度在吸收塔操作溫度下，混合胺液黏度較高，異造成鼓泡，傳質效果較差再生效果再生塔下部噴淋密度大，采用填料塔效果較理想，且可降低胺液在高溫下降解率板式塔會增加富液在再生塔內停留時間，胺液在高溫下的降解率更大安裝要求較容易較困難重量較輕較重根據上述比選，此設計中陸上終端脫酸氣工藝設計吸收塔及再生塔均選用填料塔。吸收塔設備選型為使目標區(qū)塊中CO2、H2S等酸性氣體達到LNG裝置的要求，應設計填料吸收塔，采用MDEA/DEA混合胺液吸收天然氣中的酸性氣體。塔板數的確定活化MDEA對H2S、CO2的吸收為化學吸收，吸收過程中放出的反應熱是隨塔板數變化而變化的。當采用MDEA法進行選擇性脫硫時塔板層數一般為12-16層，脫硫、脫碳時為18層或20層。根據相關規(guī)范可知，對于胺溶液的吸收塔一般取4-6個理論板，塔板效率均為25％~40％。此設計中取理論板數為：Ne則實際塔板數為：N對于規(guī)整填料，其泛點率的經驗值為：u/lgu式中：μfG——重力加速度，9.8m/s2aε3——干填料因子，μiK——關聯(lián)常數，取值與填料的形狀及材質有關。對于金屬孔板波紋填料，A=0.291，K=1.75；塔板的校核U=L式中：U——液體噴淋密度，m3Lh——液體噴淋量，mD——填料塔直徑，m根據相關計算后得到吸收塔塔徑的計算結果表7.7吸收塔塔徑的計算校核結果直徑（D）圓整后3.5m空塔氣速μ（m/s）0.137液泛氣速μf0.249泛點率（％）48.86％＜70％噴淋密度U（m3/m2·h）94.78＞Umin站內匯管設計站內管線敷設采取地上敷設和埋地敷設相結合的方式，除放空管線、設備區(qū)間管道埋地安裝外，站內管線敷設以地上敷設為主。地面管線低墩敷設，匯氣管道盡可能地上安裝。要求埋地管線落在實土上，特殊土壤地區(qū)要求對基礎和回填土進行處理。結構匯管由筒體和兩端封頭組焊而成，其筒體上開有多個開孔，有的匯管端部也作為開口作用。根據氣體的流量，匯管筒體上開口直徑的大小也有所不同，筒體上的開口，從結構上有兩種類型，一是從筒體上模壓拔制成型；另一種是將筒體開孔，然后用接管焊于其上，目前國內設計、制造的匯管中兩種結構均有采用。拔制的開孔過渡區(qū)避免了焊接結構，也就不存在焊接缺陷，而筒體上開孔接管焊接結構的最重要缺點在于接管與筒體的焊接可能產生缺陷，而且無損檢測尚無標準可遵循，因此在可能的條件下匯管開口均采用拔制成型。開口采用拔制成型的匯管又可以有兩種制造方式，一是在一根或多根長筒體拔制多個開口，另一種方式是用多個三通（等徑或異徑三通）與多個同直徑的直管段組焊而成。目前國內有一些制造商具備在一定直徑的一根長筒體上模壓拔制多個開孔的裝備和技術，這種制造方式比將匯管由多個三通和直管段組焊成的結構有如下優(yōu)點：避免了多個三通與直管段的多條環(huán)焊縫的焊接，從而避免了因這些環(huán)焊縫焊接帶來的工時增加，效率降低，費用增加的缺點；焊縫越多，則其中隱含的缺陷就可能越多，采用長筒體上拔制開孔，則可以避免這個缺點；由三通和直管段組焊成匯管，很難避免出現十字焊縫，且組焊后的筒體直線度也可能難于保證達到標準要求，用長筒體模壓拔制開孔的匯管，則可以避免上述缺點。材質其筒體與封頭材質推薦選用與工藝相接管線相同或相近的材質。管徑與壁厚計算站內匯管管徑的選擇，采用以下公式計算：d=4QQ=QZ=100式中：—管線內徑，m；—操作條件下氣體的工況流量，m3/s；—站場內氣體流速，m/s；經濟流速取5m/s—標準狀態(tài)下氣體的流量，Nm3/d；—操作條件下氣體的絕對壓力，；—操作條件下氣體的絕對溫度，K；—氣體的壓縮因子。計算過程如下：Z=Q=d=選取標準管徑420mm匯管的壁厚采用以下公式計算：δ=PD式中：δ——鋼管計算壁厚，mm；P——設計壓力，MPa；D——鋼管外徑，mm；δsF——強度設計系數，取0.5；φ——焊縫系數；t——溫度折減系數，當溫度小于120℃時，t值取1.0。故匯管的壁厚為：δ=故選取標準壁厚14mm故站內匯管最終規(guī)格為：?420×14mm。分離器選型計算分離器的選取主要有三種：旋風分離器、過濾分離器和三相分離器。旋風分離器旋風分離器具有結構簡單、操作維護簡便、壓力損失小、性能穩(wěn)定、噪聲低、磨損小、使用壽命長等優(yōu)點，用于過濾、分離天然氣中5~10微米的固體雜質。過濾分離器過濾分離器具有過濾、分離效率高、噪聲低、磨損小、維護量小、使用壽命長等優(yōu)點，用于過濾、分離天然氣中的游離水及固體雜質。過濾分離器屬于精細分離設備，需定時更換濾芯。三相分離器在地面使地層流體中的油、氣、水三相分離，并準確計量其產量的裝置。分為立式、臥式、球形三種形式。三相分離器的結構示意圖及效果圖如圖4.17所示。圖4.17三相分離器結構示意圖三相分離器設計計算：臥式重力分離器的直徑可按下列式計算：D=0.35×10K2K3K4液滴在分離器中的沉降速度可按下列公式計算：W0f×ReRe=1.536Q?式中：W0g——重力加速度,g=9.81m/sdL——液滴直徑,取60×10-6m~100×10-6ρL——液體的密度(kg/m3ρG——氣體在操作條件下的密度(kg/m3f——阻力系數,按本規(guī)范公式計算f×Re—氣體在操作條件下的黏度()Re——雷諾數；Q—天然氣流量(P=101.325kPa，T=20℃)，m3/s；Δ—天然氣的相對密度；d—管道內徑，m；μ—天然氣的動力粘度，Pa·s。計算過程如下：f×Re=1.536可得f=2.8W可得D=0.35×安全閥的選型計算安全閥的最大泄放量安全閥的泄放量應根據具體工藝工程來確定。安全閥的泄放量均認為單位時間內流過設備的氣體質量流量。安全閥的泄放量按下式計算：G=Qρ式中：—天然氣的泄放量，kg/h；—天然氣的日產量，m3/d；ρ—天然氣的密度，kg/m3。安全閥的泄放量為：G=安全閥的最大泄放壓力當P＜7.5MPa時，管道的安全閥定壓（P0）應按下式計算：P0式中：P0P—被保護設備或管道操作絕對壓力，MPa則安全閥的定壓為：P流量計流量計采用目前普遍使用的由標準孔板節(jié)流裝置構成的孔板流量計。因為它具有堅固耐用、性能可靠、維修方便、按標準制造的優(yōu)點。流量的確定：利用壓差變送器、壓力變送器代替雙波紋管壓差流量記錄儀，并采用熱電阻溫度變送器測溫，將變送器的標準信號通過模數轉換儀表轉變成數字信號輸入到計算機，即可得到流量?，F選用壓力等級為6MPa，精度0.5級，量程范圍0~90m3/s的孔板流量計。清管裝置在天然氣長輸管道投產前或運行中，需要進行清管作業(yè)，保證管道安全正常運行。及時清管可清除管內固體雜質和內部明水，降低全線水露點，保證下游用氣質量。清管還可以清除管道內部泥沙、污液等雜質來降低天然氣輸送的摩阻損失，提高管道輸氣效率，減少能耗。同時，施工殘渣的清除可保證下游過濾設備的正常運行，并保護計量儀器和調壓裝置免受損傷。管輸天然氣的水露點雖然滿足輸送要求，但是由于管道存在節(jié)流降溫現象，使得天然氣中的飽和水蒸氣凝析出來，同樣積聚在管道底部和低洼處，由此減小了管道的實際流通截面，降低了管道輸氣效率。同時，且管道腐蝕會使內壁粗糙度增加，導致水力摩阻系數增大，進一步降低管道輸氣效率。因此，管道出現管內積液、污物、粉塵等的原因主要是由于管內水合物的形成以及內腐蝕的出現。給排水系統(tǒng)供水系統(tǒng)為了滿足終端生產和生活用水的需要，供水系統(tǒng)應向終端提供足夠的、滿足用水質量要求的生產和生活用水。用戶生活用水為了滿足終端處理廠全體員工的生活用水，水量按人數確定，每人每天消耗淡水0.2~0.25m3生產用水生產用水主要包括氣體壓縮機冷卻、大功率泵冷卻、化學藥劑配置、沖洗設備及車間地面、大罐防曬噴淋用水及防曬循環(huán)冷卻水系統(tǒng)得補充水等。綠化及道路噴灑用水參考《給水排水設計手冊》（第二版），按處理終端綠化及道路所占得面積計算，澆灑道路和綠化用水定額表4.23，根據路面、氣候、地區(qū)和土壤情況選取。表7.10終端處理廠澆灑與綠化用水量項目用水定額，L/（m澆灑次數，次/d澆灑道路和場地用水1.0~1.52~3綠化用水1.5~2.01~2消防用水不可預見水量及漏損取前述四項（生活用水、生產用水、綠化及道路噴灑用水、消防用水）用水量之和的8％。水源本終端由市政管網供水。供水設備由城市市政管網供水，水質較好且供水設備相對簡單。將市政管網與終端處理廠管網相連，保證市政管網的供水壓力及每小時能供的最大水量能滿足中斷處理的用水要求。如果市政管網的供水壓力及供水量不能滿足終端站場每小時最大容積，以滿足終端站場每天某幾小時內最大用水量的要求。儲水罐中的水由供水泵輸送至終端場站供水管網。排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)包括生產污水排放、生活污水排放和雨水排放。排水系統(tǒng)是將污染的水與非污染的水分開，以減少需要處理的污水量，現將各系統(tǒng)分述如下。含油污水處理。含油污水主要來源于油氣中帶出的地層水，在終端場站必定要從油氣中分離出來;其次是生產中的跑、冒、滴、漏和沖洗設備及車間地面產生的含油污水。經三級處理后達到外排標準即可送至注水井回注。生活污水處理。生活污水是指終端工作人員生活產生的污水，生活污水處理主要控制污水中的生化需氧量(BOD)懸浮物大腸桿菌等。終端場站如果靠近城市污水管網，可以與市政管理部門協(xié)商，按照市政管理的要求排入市政污水管網統(tǒng)一處理；如果離市政污水管網較遠，就需自建獨立的生活污水處理設施。如需自建生活污水處理設施，本設計選用生化法作為生活污水處理方法，這種方法能有效地除去污水中溶解的和不溶解的有機物，并能減少污泥量污水最終經氯化消毒后，可達到國家的排放標準。表7.11生活污水處理裝置的主要工藝指標項目COBOS．SPH進水口水質，mg/L-2003006~9出口水質，mg/L-20306~9去除率-90％90％-出水水質達到GB8978-1996國家排放標準的級別-一級≤20（mg/L）一級≤70（mg/L）6~9站內防腐站內管網種類多、規(guī)格雜、敷設差異大，而且有許多閥門、彎頭等、宜采用現場涂敷防腐層的方式。站內埋地管道防腐層選用站內的管線主要是地上管道鋪設，地下管道為極少數，但是地下防腐結構層要滿足防腐需求。本工程土壤腐蝕性均為弱腐蝕性，故采用防腐層防腐。參考相關防腐文件及規(guī)范，獲得防腐層結構要求如下。地下管道防腐層等級與結構要求見表7.12所示。表7.12地下管道防