某低溫集氣站的設計——分離器結構設計

1、重慶科技學院課程設計報告 院（系）: 石油與天然氣工程學院 專業(yè)班級:油氣儲運10-02 學生姓名: 學 號: 設計地點（單位）： k802 設計題目: 某低溫集氣站的工藝設計分離器結構設計 完成日期： 2013 年 6 月 27 日 指導教師評語: 成績（五級記分制）: 指導教師（簽字）: 某低溫集氣站工藝設計分離器結構設計 摘要：氣田集輸工藝流程按其天然氣分離時的溫度條件，分為常溫分離工藝流程和低溫分離工藝流程。對于壓力高，產(chǎn)量大，氣液小，含有較高硫化氫、二氧化碳、凝析油的氣井，常采用低溫分離多井輪換計量集氣站流程。本集氣站用低溫分離的方法，分離出天然氣的凝析油，使管輸天然氣的烴露點達到要

2、求。為保證管道與設備的安全可行，在天然氣的集輸系統(tǒng)中安裝有分離設備，以對氣-液雜質(zhì)進行分離脫出。關鍵詞：天然氣；分離器；壓力；溫度；直徑目錄1 設計說明書41.1概述41.1.1設計任務41.1.2設計內(nèi)容41.1.3設計依據(jù)41.1.4遵循的主要的規(guī)范和標準51.2工藝設計說明51.2.1工藝方法的選擇51.2.2工藝流程51.3主要設備選型結果62計算說明書72.1設計參數(shù)72.2主要設備工藝計算及選型113 結束語13參考文獻141設計說明書本次課程設計是針對低溫集氣站進行的工藝設計。任務主要包括節(jié)流閥設計選型；甲醇(乙二醇)注入量的計算；分離器設計計算；站內(nèi)管徑及壁厚設計；畫流程圖和平

3、面布置圖；凝析油回收量的計算；流量計選型。本文根據(jù)課程設計任務書的要求，進行低溫集氣站的工藝設計中的分離器的結構設計計算，包括分離器高度、直徑、進出口直徑的計算。1.1概述 全站設立兩個分離器進行分離計量，供多井共用。分離器的結構尺寸設計，需要考慮到分離器的具體作用，通入流體的流量大小，控制其溫度，壓力，避免產(chǎn)生水合物，且能有效氣液分離。對于氣井的產(chǎn)氣量，溫度壓力，選擇適合的分離器類型。分離器的設計遵循相應的設計規(guī)范，注意事項，需要用到天然氣在操作條件下的基本物理性質(zhì)，如密度，粘度，相對分子質(zhì)量，壓縮因子等，計算出分離器工作所需的條件，進行分離器的設計。 1.1.1設計任務 影響分離器設計的因

4、素很多，包括：天然氣、液烴的密度，天然氣的溫度、壓力、壓縮因子、粘度、阻力系數(shù)、顆粒沉降速度等，通過分析以上因素，可以求得分離器的直徑、高度、進口直徑、出口直徑，主體容器是分離器的最基本部件，它所承受的壓力決定了分離器的工作壓力，它的尺寸決定了分離器的處理能力。 1.1.2設計內(nèi)容 主要設計以下幾個部分： （1）立式兩相分離器直徑 （2）立式兩相分離器高度 （3）立式兩相分離器進口直徑 （4）立式兩相分離器出口直徑 （5）立式兩相分離器壁厚 1.1.3設計依據(jù) （1）課程設計任務書的設計要求及某低溫集氣站建設基礎數(shù)據(jù)； （2）油氣集輸工程設計相關規(guī)范及標準。 1.1.4 遵循的主要的規(guī)范和標準

5、（1）油氣集輸設計規(guī)范（gb 50350-2005）（2）油田地面工程建設規(guī)劃設計規(guī)范（sy/t 0049-2006）（3）石油天然氣管道安全規(guī)程（sy6186-2007） （4）油氣分離器規(guī)范（ sy/t 0515一1997）1.2工藝設計說明 對于氣田面積較大和井數(shù)較多的礦場為了管理方便，常將氣井分為若干組，每一組的氣井都在各自的集氣站進行必要的初步處理，然后經(jīng)各自的集氣管道與集氣干線連接起來，最后在天然氣處理廠或總站集中外輸。 通過設計分離器的結構，可以了解天然氣的凈化程度，是否有水合物形成等。 1.2.1工藝方法的選擇對于低溫集氣站的工藝，集氣站內(nèi)實現(xiàn)對氣井的工作調(diào)節(jié)和控制，分離氣體中

6、的雜質(zhì)，收集凝析油，防止水化物的形成，測量氣量和液量以及其他工作。 1.2.2工藝流程 從井口出來的天然氣一般是將兩口以上的氣井用管線分別從井口連接到集氣站，在集氣站對各井輸送來的天然氣分別進行節(jié)流降壓、分離計量后集中輸入集氣管線。1.3 主要設備的選型結果 （1）設計參數(shù)表1 基本參數(shù)井號產(chǎn)量（10m/d）進站壓力（mpa）進站溫度（）13917322291732326173241312325912306121231出站壓力：6mpa；天然氣露點： -5 表 已知天然氣氣體組成氣體組成c1c2c3c4c5c6c7c882.32.22.01.81.50.97.12.2凝析油含量： 20g/m3

7、 sl=0.78初選類型：立式兩相分離器、臥式兩相分離器、旋風式分離器2.計算說明書2.1設計參數(shù)按照設計內(nèi)容所給數(shù)據(jù)分析，該設計題目氣井總流程為：1、2、3與4、5、6分別匯攏節(jié)流后，集中到總管進入分離器處理的流程?？捎梢陨媳? 與 表2，得：同溫同壓下，氣體密度之比等于摩爾質(zhì)量之比進站天然氣氣體組成（%）：c1=82.3 c2=2.2 c3=2.0 c4=1.8 c5 =1.5 c6=0.9 h2s=7.1 co2=2.2天然氣的相對分子質(zhì)量m=16*0.823+30*0.022+44*0.02+58*0.018+72*0.015+86*0.009+34*0.071+44*0.022=21

8、.0空氣的相對分子質(zhì)量=29.0s=21.0/29=0.724對于凝析氣藏氣s0.7 ppc=5.102-0.689*0.724 =4.6tpc=132.2+116.7*0.724=216.2第二次節(jié)流降壓后的p=6mpa ，t=253k所以天然氣的擬對比壓力ppr=6/4.6=1.3天然氣的擬對比溫度tpr=253/216.2=1.17通過查天然氣集輸技術圖2-1可得天然氣壓縮因子z=0.69 （1）天然氣流量計算在標準狀態(tài)下流量qg=（39+29+26+13+9+12）104=128104m3/dq=0.12m/s （2）液滴沉降速度的計算在p=6mpa t=-20=253k條件下天然氣密

9、度=86.81kg/m3 根據(jù)油田油氣集輸設計技術手冊下冊可查到天然氣在不同壓力溫度下的粘度：氣體的相對密度是0.85，從圖15-2-4中查得臨界溫度是236k,臨界壓力5302kpa，用計算求得臨界參數(shù)p=6mpa t =253k條件下 tr=1.07 pr=1.13 通過對比壓力和對比溫度可以在圖中查得粘度比，再與圖15-2-7中查出的數(shù)字相乘，就可得到流體的運動粘度。從圖15-2-7中查得在101.325kpa和-20條件下經(jīng)過對h2s和co含量的校正氣體粘度是0.0091mpas從圖15-2-8查得p/1=1.4 p=1.4*0.0091=0.013mpas=1.30*10pas顆粒直

10、徑取d=100微米f（re2）=5906.0查圖b可得到阻力系數(shù)=1.2，所以顆粒沉降速度為：w=0.10m/sd顆粒直徑分別為液體和氣體的密度 （3）立式兩相分離器管徑計算 1）第二次節(jié)流降壓后立式兩相分離器的直徑：d=1.34m 2) 分離器高度 ： l=d*3=4.02m 3）分離器進出口管徑：進口管徑d1=0.097m 出口管徑d2=0.118m （4）分離器壁厚計算：式中 分離器圓管部分壁厚，mm； p 分離器工作壓力，公斤/厘米2； d 分離器內(nèi)徑，mm； 鋼材在工作溫度下的許用壓力，公斤/厘米2 ； 焊縫系數(shù)，一般取0.85； c1 腐蝕裕量，mm，輸送脫硫脫水天然氣，c10；

11、c2 壁厚負偏差，取容器壁厚的1015%。將各井參數(shù)代入上式，選20號的鋼，其許用應力為25公斤/厘米2，經(jīng)計算第二個分離器壁厚為：2.61mm2.2主要設備工藝計算及選型通過以上計算得出：立式兩相分離器直徑1.34m ，高度4.02m，進口直徑0.097m，出口直徑0.118m，壁厚2.61mm。 分離器按照外形可以分為立式和臥式分離器。從分離器重力沉降部分液滴下沉的方向與氣流運動方向來看，在立式分離器中，兩者運動方向相反，而在臥式分離器中兩者的運動方向相互垂直，在后一種情況下，液滴更容易從氣流中分出，但是，根據(jù)基本資料，所采天然氣中僅含有少量液體，且立式分離器操作靈活性與處理外來物的能力都

12、比臥式好，故選擇立式重力分離器。立式分離器各部分結構尺寸推薦值：除霧段：一般不小于400mm。沉降段：一般取d，但不小于1m。入口分離段：一般不小于600mm。液體儲存段：由液體在分離器內(nèi)停留時間確定。根據(jù)油田油氣集輸設計技術手冊相關內(nèi)容：在油氣分離器最高點的氣體空間應安裝彈簧式安全閥，由安全閥泄放出的天然氣應有組織的匯集排放。計量用的分離器的出氣管上應安裝壓差流量計、用以計量天然氣產(chǎn)量；在出油管線出油閥之前靠近分離器的部件應安裝容積式流量計，用以計量油水混合液體的產(chǎn)量，在出油閥之后應安裝在線含水分析儀或取樣口，用以測得含水率。每臺分離器都應安裝排污管和放空管。3.結束語在這次油氣集輸課程設計

13、中，本小組的任務是低溫集氣站的工藝設計，本人的任務是分離器的設計。對于我們小組的氣井資料，從中得出，氣井壓力高，產(chǎn)量大，氣液小，含有較高硫化氫、二氧化碳、凝析油的氣井，故采用低溫分離多井輪換計量集氣站流程。全站設立兩個分離器供多井共用。剛開始認為設計分離器很簡單，因為上課的時候講過公式計算，以為直接用公式就可以計算出所設計的分離器的直徑。對資料進行分析后發(fā)才現(xiàn)，在平時的做題中，分離器中的液滴沉降速度，以及液滴直徑等所需條件都是在題中告訴的，而現(xiàn)在對于這些條件，在我們的設計中都是未知的，而計算沉降速度又需要氣體、液滴的粘度，密度等，因此，我們只能自己從氣井基礎資料的數(shù)據(jù)配合其他資料書中查資料，計

14、算出設計分離器所需的條件。這樣，就增加了很大的工作量。我們的有些數(shù)據(jù)還必須利用設計分離器前面的節(jié)流閥計算溫度與壓力，因為之前的數(shù)據(jù)計算問題，我們也進行過多次修改，不過，這也說明我們對計算很認真，抱有科學嚴謹態(tài)度。通過這次的課程設計，我更加深刻的掌握到一些集氣站的工藝流程，特別是我們小組這次選擇的低溫分離集氣站流程，當然，對分離器的設計是深深地掌握了。并鞏固了自己在油氣集輸技術課上學習到的知識，并能夠運用于實際，通過這些流程中數(shù)據(jù)的計算，也了解到一個集氣站的構成所需的單元結構，這些設備結構的選型應該根據(jù)什么來選擇。根據(jù)氣井的產(chǎn)量，能夠設計出一個集氣站。從這里，我也了解到我們油氣儲運工程專業(yè)的同學，以后就業(yè)的方向是什么，工作類型是什么樣的，自己的工作任務是什么。這也讓我對自己所學的專業(yè)有了一個更加直觀的認識，也很接近于實際工作，有利于自己將來的發(fā)展。這次的課程設計，讓我學到了很多在平時上課的時候不能學到的東西，也增進了同