第十二章 集输工艺流程 第一节 集输工艺流程 一、集输工艺流程 1. 集输流程简述 将油田生产的原油和天然气进行收集、计量、输送和初加工的工艺流程称为集输流程。 一个合理的集输流程,必须满足油田的具体情况,要妥善解决以下工艺问题:能量的利用、集油集气方式、油气分离、油气计量、油气净化、原油稳定、密闭集输、易凝原油和稠油的储存和输送、加热与保温,以及管线的防腐等。 液体—计量—净化—稳定—外输首站—外输 油井产品—油气水混合物—分离 外输 气体—计量—净化—轻烃回收——输气首站—外输 集输工艺流程的具体要求是: (1) 尽可能满足采油的生产要求,保证集输平衡,采多少,输多少,达到油田平稳生产。 (2) 流程的适应性强,既满足油田开发初期的生产要求,又便于开发中、后期进行流程的调整和改造。 (3) 要尽可能降低集输过程中的油、气损耗。 (4) 充分利用井口的剩余能量,减少流程中的动力和热力设备,节约电能和燃料。 (5) 采用先进的工艺和设备,保证油、气、水的净化符合要求,提供合格产品。 (6) 流程中各种设备仪表化、自动化、便于控制和管理。 2. 集输流程 (1) 按计量方式分类 ①单井计量流程:每口井分别安装分离器,各井的油气混合物分别在井场分离计量,然后再输至计量站或转油站。 ②集中计量流程:各井生产的油气混合物直接输送到计量站集中计量。 (2) 按油气的收集方式分类 ①油气分输流程:从井口采出的油气混合物经计量分离器计量后,油和气分别用两条管线输送。油由集油管线输往输油站,气由气管线输送到集气管线或用户。 ②油气混输流程:井中生产出的油气混合物经分离计量后,气又回到输油管线,在同一条管线内油气一起混合输至集油站。 (3) 按加热方式分类 对轻质原油及低凝固点、低粘度的原油,常采用等温输送。对高含蜡和高粘度(含有高胶质沥青)原油的输送,主要采用加热方法,以降低粘度,减少管输摩阻损失。 图1单管热油集输流程图 1—油井; 2—出油管; 3—加热炉; 4—热油管 ①单管热油流程:常用锅炉、管式加热炉或水套加热炉,使原油升温。 ②双管伴随流程:包括蒸汽伴随和双管掺油(水)流程。 蒸汽伴随流程是计量站的蒸汽送到井口,对井口油管线加热保温:双管掺油(水)在计量站加热后,经过总机关分配到井口,在井口与油井的油气混合物一起从油井的出油管线返回计量站。(见图2,图3) ③热水伴随三管流程:计量站的热水经过总机关分配到各井,井口出油管线与回水管线伴随进回水循环使用,这样形成三管流程。(见图4) 3. 工艺流程概述 油气集输流程分密闭输送工艺流程和非密闭输送工艺流程。 油气非密闭流程 原油在整个集输工艺过程中,采用常压储罐存油,油、气与大气接触,即为非密闭集输流程。非密闭集输流程的缺点是: 1.油气损耗大; 2.自动化程度低; 3.环境污染大。 油气密闭流程 油气密闭集输流程是在非密闭集输的基础上,将原非密闭集输流程中的常压开口油罐改为卧式压力缓冲罐而成。 特点: 1.集输过程中油气损耗小; 2.环境污染少;3.自动化程度高。 4. 油气集输流程的发展方向 从目前国内的经验来看,油气集输流程应按以下标准发展: (1) 经济性 在满足生产和工艺要求的前提下,投资少、经营管理费用省、油气自耗量小。 (2) 适应性 适应开发油田的原油性质和油井生产要求,适应油田开发过程中的调整和改造。 (3) 密闭性 密闭与否是影响油气质量的重要因素,流程要尽可能地做到密闭,降低油气损耗。 (4) 便于管理和实现自动化 流程应便于实现自动化和操作员管理,以便减轻工人劳动,减少操作人员。 二、计量站、联合站 1.计量站 计量站主要对单井生产出的原油与天然气或伴生气的分离、计量、加热、并输送到转油站。计量站可分为井口加热计量站、热水或蒸汽伴随加热计量站、掺油(水)计量站。 (1) 井口加热计量站的主要作用 井口加热计量站由计量分离器、油气计量仪表、生产分离器、输油加热设备、机泵加破乳剂设备等工艺设备组成。具有如下作用: ① 计量油井油气产量; ② 将油气输送到转油站; ③ 管道热化学脱水时,要给输送的原油加入破乳剂; ④ 靠油井剩余能量将油气输送到转油站,并能满足转油站进站压力要求,在剩余能量不足时,也可采用泵送。 (2) 热水或蒸汽伴随加热计量站的主要作用 热水或蒸汽伴随加热计量站由计量分离器、油气计量仪表、生产分离器、输油加热设备、伴热介质加热和输送设备、加破乳剂设备等设备组成。 具有如下作用: ① 计量油井油气产量; ② 将油气输送到转油站; ③ 给油井出油管线加热保温; ④ 管道热化学脱水时,要给输送原油加破乳剂; ⑤ 靠泵输送时,应增加缓冲罐和输油泵机组及供热设备等。 (3) 掺油(水)计量站的主要作用 掺油(水)计量站由计量分离器、油气计量仪表、生产分离器、输油加热设备、泵、掺和介质加热和输送设备等设备组成。采用热洗清蜡时应增加相应的设备:油罐、水罐、加破乳剂设备等。 具有如下作用: ① 计量油井油气产量; ② 将油气输送到转油站; ③ 供给油井掺和的热油、热水、并计量掺热油量; ④ 管道热化学脱水时,要给输送原油加破乳剂; ⑤ 采用热洗清蜡时,供给各井的热洗介质。 2. 联合站 站内包括有脱水站、转油站系统、原油稳定系统、污水处理系统、注水系统、配电系统、天然气处理系统等,这样的站就称联合站。 (1) 联合站的主要作用 收集井排、计量站、转油站来油; ② 对油气进行分离、净化、原油稳定、轻油回收、原油加热; ③ 将天然气外供,油输至油库 ④ 把脱出的污水进行处理,并将处理合格的污水进行回注; ⑤ 对水源来的清水进行处理,合格的清水进行外供。 (2) 主要设备和设施 ① 油气分离设备; ② 原油加热设备; ③ 原油脱水设备; ④ 天然气脱水设备; ⑤ 原油稳定设备及轻油回收装置设备; ⑤ 污水处理装置及设备; ⑦ 各种油水储罐; ⑧ 污水回注设备; ⑨ 脱水、输油、污水、供水、注水泵机组; ⑩ 自动化系统仪器仪表:安全防火、消防系统设备。 联合站主要生产指标 净化原油: 根据要求确定; 净化伴生气: 根据要求确定; ③ 净化污水:含铁、含油、悬浮物根据要求确定; ④ 稳定轻油:蒸汽压按用户要求确定。 三、集输设备 1. 油气分离器 使油、气达到分离的容器叫油气分离器。 (1) 油气分离器的类型和功能 ① 油气分离器的类型 按外型分:立式分离器、卧式分离器、球式分离器; 按工作压力分:真空分离器(设计工作压力小于0.1兆帕);低压分离器(设计工作压力小于 1.5兆帕);中压分离器(设计工作压力1.5~6.0兆帕);高压分离器(设计压力大于6.0兆帕)。 ② 油气分离器的特点 立式分离器便于控制液面,易于清洗泥沙、泥浆及杂物;缺点是处理气量小于卧式分离器。卧式分离器处理气量较大,但液面控制比较困难,不易清洗泥沙、泥浆及杂物。球式分离器承压较高,但制造麻烦,分离空间和液体缓冲能力受到限制,液面控制要求严格。 ③分离器的功能 实现液相和气相分离,从液相中除去气泡。在分离器中维持适度的压力、足够的气体或液体外输所需要的能量。在分离器中维持一定的液面,以保证气、液正常分输。 (2) 分离器的分离过程和工作原理 ① 分离器的分离过程 油气分离器的分离过程主要有以下四个过程。 1)初分离过程:依靠离心分离对大量的液体进行分离。 2)沉降过程:在分离器内有一定的沉降空间,依靠重力沉降原理,进行油气分离。 3)捕雾过程:气体离开沉降段后,仍有细小的液滴,捕雾段的作用是采用碰撞原理将气从液滴中除去。 4)集液过程: 集液段的作用是储集以上各过程分离出来的液体,并有相应的液面控制系统使分离后的液体尽量不受气流扰动的影响,并有足够的空间适应处理量的变化。 ② 油气分离器的工作原理 油气在分离器中进行分离,主要是依靠重力、离心力和粘着力的作用完成的。 1 ) 重力沉降分离:主要是依靠气液相对密度不同实现油气分离的。重力分离只能除去100微米以上的液滴。如分离40~50微米的液滴,则需要十分庞大的设备。但是现场条件不允许,因此必须将重力沉降与其他作用原理同时使用,才能满足生产要求。 2 ) 离心分离:当液体改变流向时,密度较大的液滴具有较大的惯性,就会与器壁相撞,使液滴从气流中分离出来,这就是离心分离的原理。它主要用来分离大量液体和直径大的液滴,即主要适用于初分离段。 3 ) 碰撞分离:其原理是气流遇到障碍改变流向和速度,使气体中的液滴不断地在障碍面内聚结,由于液滴表面张力作用形成油膜,气体在不断的接触中,将油气中的细油滴聚结成大油滴,靠重力沉降下来。 (3) 分离器的结构 矿场对所有的油气分离器,主要要求分离效率高,能承受一定压力,操作稳定,压力降小。分离器的结构对满足这些要求起着重要的作用。从油气分离原理考虑,油气分离器大多应用沉降分离和碰撞粘附分离;在特殊情况时应用离心分离。分离器的结构应体现分离原理的要求。 一般来说,分离器主要由分离、液面控制、压力控制和加热等部分组成。 ① 分离部分 分离部分是分离器的重要部分,直接影响分离效果。分离部分包括:初次分离、主要分离和油雾捕集器三个部分。 1)初次分离部分由油气入口、油槽、防冲板组成。它的作用是把油气混合物大体分成以气体为主和以液体为主的两部分。 2 ) 主要分离部分就是主体容器本身。主体容器上有油气排除管等。主体容器有一定的直径和长度,满足气体和液体重力沉降要求。 3 ) 油雾捕集器的形式很多,常用的有伞状隔板、金属丝网和叶片油雾捕集器,其作用是阻挡未分离的气体直接跑出。利用碰撞分离把直径10~30微米以上的油滴除掉。 ② 液面控制部分 根据油气的分离形式和操作压力的要求,选用不同的液面控制机构,通常有以下几种: 1) 浮子控制机械动作的阀; 2) 浮子控制传动器操作的阀; 3) 置换式控制操作薄膜头阀。 靠这些机构保持分离器具有一定的压力,使天然气进入输气管网,防止原油进入输气管网,保持分离器液面稳定,防止天然气进入油管线。我国矿场大多采用浮子控制机械动作的阀来控制液面,实现液面控制作用。 ③ 压力控制部分 油气分离后的原油要流入油罐,为了在油气分离器中原油能克服油罐的静液柱压力,因此油气分离器工作时要保持一定的工作压力。保持压力稳定的方法,是在分离器排气管上安装一个阀门来控制,在密闭流程中常采用自动控制来调节分离器的压力。 ④分离器结构图 1)立式分离器结构图,见图7 2)卧式分离器结构图,见图8 图7立式分离器结构图 1-油气入口;2-油槽; 3-防冲板4-捕集器(散油帽) 5-回油管; 6-出气管; 7-安全阀; 8-入孔; 9-排污管; 10-出油阀; 11-浮漂;12-盘管; 13-底座; 14-压力计接头; 15-安全头 2. 油罐 储存原油及其产品的容器称为油罐。 目前,国内外所采用的油罐容量越来越大,种类越来越多。各种油罐,大致可按其建造方式,采用材料和结构形式进行分类。 (1) 按油罐建造方式分类 ① 地下油罐 油罐建造在地下。罐内油品的最高液面比邻近自然地面低0.2米以上的油罐。 ② 半地下油罐 油罐埋地下的深度(从罐底算起) ,一般相当于油罐高度的2/3左右。 ③ 地上油罐 油罐罐底设于地面,或高于地面都称为地上油罐。 (2)按建造材料分类 ① 金属油罐 一般为钢质油罐,常用的有立式圆柱形和卧式圆柱形金属罐,这种油罐大都建造在地上。金属罐具有安全可靠、经久耐用、不易渗漏、施工方便、施工期短、投资少、适宜于储存各类油品等优点。但耗用钢材量大,一般不宜建造在地下洞穴等潮湿条件下。 ② 非金属罐 用非金属材料作为主要材料建造的罐均称非金属罐。常见的有砖砌油罐、钢筋混凝土油罐等。这类油罐优点是:导热系数小,储存热油时,热损失小,刚度大,适合承受外压。大多是建造在地下或半地下。石砌油罐,50年代、60年代曾在我国大力推广,最大达4000m3。 (3) 按油罐结构形式分类 ① 立式圆柱形油罐 立式圆柱形金属油罐,按其形式可分三种类型: 1) 锥顶油罐:油罐顶盖呈锥体形,这类容积罐一般承受压力为正2.0千帕至负0.25千帕。 2) 拱顶油罐:罐顶盖圆柱形。顶盖本身就是承重结构,罐内无桁架和支柱,结构简单,应用广泛。承压能力较高,正压为2.0千帕,负压为0.5千帕。拱顶油罐也称为球顶罐。 3) 浮顶油罐:浮顶油罐顶盖浮于油面上,可随着油面的变化而上下浮动,故称浮顶油罐。具有减少大小呼吸损耗、降低火灾危险、降低油罐腐蚀的优点。在炼油厂、原油库浮顶油罐用的较多。 ② 卧式油罐:一般为圆柱形油罐,容积较小,承压能力较高,易于运输,用于工厂和农村的小型油库。 ③ 球形罐:大多数用于液化气储存,承压比较高。 (4) 油罐附件 油罐必须装设一些附件,以便于做好油品收发和储存,保证油罐的安全。 ① 机械式呼吸阀 油罐进行收发作业时,经机械呼吸阀呼出罐内(空气和油品蒸汽)混合气体,或从罐外吸入空气;油品在罐内储存过程中,因温度的变化和气压的变化而使油罐发生小呼吸时也是经过呼吸阀排气和吸气。由于呼吸阀的及时排出和吸入,使罐内正负压力不超过油罐允许数值,保证油罐的安全。 ② 液压安全阀 液压安全阀控制的压力或真空度值比机械式呼吸阀高10%,所以在正常情况下是不会动作的,只有当机械式呼吸阀失灵后它才起作用。 ③ 防火器 防火器装在呼吸阀和液压安全阀下面,它是由铜、铝或其他导热良好的金属制成皱纹网的箱体构成。 防火器的作用是,当有火焰通过防火器时,金属皱纹板吸收燃烧气体的热量,使火焰熄灭,从而防止外界的火焰经呼吸阀引入罐内。 ④ 泡沫箱 泡沫箱装在油罐壁的上层圈板上。使用时,泡沫液是在压力的作用下,冲破泡沫箱中的隔膜,沿着泡沫管喷射装置进到油面上,以隔绝空气,窒息火焰。隔膜的作用是防止油品蒸汽漏失,有纸膜、铅膜、玻璃膜等。泡沫箱装设数量,根据油罐容量大小确定。 3. 加热炉 在原油矿场集输储运过程中,为了原油加热脱水,不使油罐及管路中原油凝结,必须保持一定的温度,通常用加热炉来加热原油,常用的加热炉有两种类型,一种是直热式加热炉,另一种是间热式加热炉。 (1) 直热式加热炉 直热式加热炉也叫盘管式加热炉(简称管式炉) ,又分为立式和卧式两种。 ① 管式炉的工作原理 在点火前启动输油泵或热油泵,在盘管内形成循环后,再进行点火,点火后燃料在辐射室的炉堂内充分燃烧,高温烟气翻越(上行或下行)挡火墙至对流室;在对流室内,高温烟气又以对流和辐射的方式(同时炉墙砖壁也以辐射的方式)向对流管传热,最后由烟管排出。 ② 管式炉结构见图9 ③ 管式炉特点 ?管式加热炉的火焰直接加热炉管中的生产介质,加热温差大,温升快,允许介质压力高,单台功率可以很大,能以较小的换热面积获得较大的加热功率;但在加热原油和易结垢介质时,管壁结垢快,严重影响换热,且结垢不均匀,会导致管壁局部过热、失效等,这样可能引起爆炸事故。