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油气集输

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油气
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第五章 油气集输把 石油 和 天然气 从生产矿场输送到炼油厂和加工厂,然后再把石油产品从炼油厂输送到消费者手中,把天然气从净化厂输送到用户手中,都需要一个复杂的 运输储集系统。绪论内陆的水运驳船、铁路运输的油罐车、公路运输的油离卡车和远洋航行的巨型油宅、原油及天然气的管线输送等.在石油天然气的运输中,都起着相当重要的作用。运输业是从四轮马拉货车运油及竹管输气开始兴起的。由于工业进步,运输手段有了很大的发展。今天,数百万吨的原油、汽油、燃料油及其他的石油产品和数十亿立方米的天然气都源源不断地从井口运输到加工厂、炼油厂,从海上到陆上,从一地送勉另一池,翻越千山万水,直至最终输送到消费者手中。§ 1 早期的油气输送方法马车及河运有的油由靠近河流,就用小驳船及马拉或人驾驶的四轮货车来解决运输问题。马拉车将油桶搬运到河边,然后装载到大小不同的各类油船及驳船上。铁路和油罐运输最初的油罐是木制桶。易损坏,易渗漏,还需要事先进行处理。接着又该用木制大油槽,它用胶粘紧并箍上铁箍,安装在平地车上。铁路运输是运输石油及石油产品的方法之一,它安全可靠、速度快。目前在美国等发达国家,铁路运油只占很少的比重,但在我国,对于石油和产品油的输送,铁路运输仍占有一定的比重。1865年,美国的塞克尔成功地铺设了一条直径两英寸的输油管,首创了管线输油方法。海上船运在十九世纪六十年代,有几艘装有铁箱的帆船开始将原油运过大西洋。当时,船舱载运仍然没有取代油桶,其装卸、船体平衡、泄漏问题也没有解决。这种情况曾持续了一段时间。1886年,格拉克哈夫将原油从美国纽约运到了法国的不来梅。该船是首次以船体作为装油舱的远洋油轮。第二次世界大战期间,美国的油轮船队运送了大量原油。这对缓解战时东海岸对石油的需求起了重要作用;因此,这些油轮就成了敌方潜艇的丰要袭击目标,这就迫使美国发展其管网系统 —— 一种不易受袭击的输送方式。气体的管线输送早在三千年以前,我国就用竹筒来输送天然气。我国是最早输气的国家之一,四川盐业展览厅的一些资料里,记载了我国古代劳动人民开采和输送天然气的光辉业迹。直到 1821年,美国的阿瑞哈特打了第一口天然气井,他只钻了 5米就发现了气层;然后他用空心圆木串在一起,制作成了美国的第一条输气管线,所产天然气用来给附近人家照明。这就是美国天然气工业的开端。§ 2 原油及产品油的集输管线输送油气的工作关系到千百万市民的日常生活。绵延几千公里的钢管将分布在海湾、沙漠和其他地方的天然气和石油产品输送到用户。由管线的密集程度可以看出那里的生活水准及技术进步的程度。1958年,我国建成了第一条长距离输油管,即克拉玛依 —— 独山子输油管。70年代,我国只用了两年多一点的时间,建成了大庆 —— 秦皇岛输油管,全长 1152公里。随后又建成了秦皇岛一北京输油管线。管线输送在我国石油工业中占有十分重要的地位。据不完全统计,目前国外大型长输管道的总长度已超过 185万公里 ,每年大约递增 4~5万公里 。以美国为例,到 1973年为止,美国的原油和成品油管道各有 10万公里左右。占原油运量的 80%,成品油运量的 20~ 30%。目前,我国长输管道的技术水平和国外尚存在不少差距,,还有待于我们继续努力。无论是哪个图家,石油工业都很注重油和气的输送问题。各国油气输送管线的铺设方法相似。但中间和终端处理站的设备有所不同。气体的管线输送使用压缩机,而管线输油是用泵。控制气体和油的力法也不相同,气管线是以压力高低来进行控制、调节的。而管输液体是根据控制流量的基本原理来进行的。历史上,气管输分属于不同的工业部门,主要是由于其控制调节机械不同的缘故。§ 3 原油及产品油的集输井场集油系统一个油田有上百口井, 它们产出的原油经管线输送到选油站或集油站。油田集油系统大部分是由各种罐和处理容器组成的。但如果铺有输油管线,就可直接将原油输走。只需用流量表记下输走的油量,而不用罐或其他地面设备。石油经矿场聚集、处理、计量及测试后,就汇入干线输送网中 。采油井场是油田开采原油的基础工程,由井口装置和地面工艺设施组成。它的功能为:)、气数量,满足油田开发的需要;)和气收集起来。采油井场的主要流程和工艺设施的设置要根据不同的采油方式和油井产出物物性做出选择,但总的要求是:井、加药防蜡、加热保温等;试、井下作业、关井、更换油嘴、测温、测压等;4、投产试运:油井建成后首先要进行投产试运,在投产试运满足要求后正式投入使用,应保证在不同环境能完成试运等要求;故处理:在突发事故或停电造成油井停产的状态下,能保证油井集油管线进行吹扫进行热水循环,确保集油管线不冻结。分井计量站工艺任务主要是进行分井计量、测量管辖油井的油、气、水产量。1、油井采出的油、气的集中计量和集中管理;2、为完成油、气集输提供实施各种工艺措施,在采用掺热水的油气集输方式时,可提供掺热水的分配阀组,以便于向所管辖的油井分配和输送热水。进站阀组接转站或集中处理站两相计量分离器气体计量液体计量含水分析仪油井来液两相计量站工艺原理流程框图立式两相分离器结构图泵站操作管线输送石油需要压力、该压力由泵站的泵提供。泵站既可用作集油站,也可用作 ’ 管道干线站或两者兼而有之。集油站位于油田内或靠近油田,它依靠管线汇集系统从各井接收原油。汕流经集油站、原油中转站进入管道干线站。管道千线的最大功用是转输石油到炼厂或装船的终点站。石油在管线中流动时,压力会逐渐降低,这筑需要在管道干线上每隔一定距离设置一个增压泵站。沿着管线还需设置一些油罐区用作接收原油。集油站在集油站,仍然大量使用往复式泵。因为输送汇集起来的原油需要往复泵来提供很强的驱动力。集油站可以有一个或多个泵,每天可以输送几十至几千米 3原油。泵通常是电驱动的往复式泵或离心泵管道干线站管道干线站位于主要的输油干线上,它的作用是泵送原油到炼厂或将炼油产品泵送到批发抽库。如果管道干线站靠近产油区,还可以起中转站的作用,有时 也用作集油站。目前,在管道干线站中最常用的泵是典型的 高速离心泵装置 。它直接与电机相连接。内燃机马达和气体叶轮机的维修费和燃料费用很高,已经很少使用了。在大的中转站,泵是多级安装的,以便让原油连续远过几个泵逐级提高举力油罐区油罐区对于管道输送来讲与铁路的车场相似。管输中,当油暂时需要转移到侧线条集、测量时,或在管线或泵站修理期间,油罐区用于储存原油。当来自生产现场或者其它装载工具的厩池需进入管路集输网中时,浊罐区还可当作一个接收站,池罐区还允许原油分装到很多不同的油罐去。以便于输油公司分输 给每个用户,炼厂或转运油库。泵站的管汇油罐区管线都汇集在站内的管汇处,管汇允许油流转换到适当的目的地。在总站,管线非常复杂,而在升压站,它又很简单。管汇可以与主干管线、现场集油管线、若干个罐、一个或多个泵相连接。调度程序为了应付在管输中所遇到的所有操作问题,程序调度员就需要与输送员共同建立相互一致同意的程序安排。当管路每天的输送量确定后,就需要选择泵装置以保证把油气输送到终端。在与管路相连的很多泵站、泵装置中,哪些站需要投入运行,使用哪几个泵可保证所需的输送,并使能耗最低,这些由计算机程序来确定。应根据从产油区来约油量及其他相邻站送来的油量大小,对原油的输送量作相应的安排。虽然油罐是管路输送起点和终点的最普通最必需的装置,但现代管网的设计是尽量少使用油罐。如何高效率地使用站上有限的油罐容量是管路程序调度中的重要问题。一批一批的原油相继到达终点站或中转站,这就需要相当的技巧来安排油轮和驳船运送。因此在现代化管路的安排调度中,使用计算机是必要的;使用计算机可以规划出完成输送任务的日程安排;打印出有关的输油日期、时间等资料;输入和转换实现这些安排的指令等等。在输送程序确定后,管线输油的调度员 就 应该和管网系统中其他 岗位上的人 员联系,以便于协作配合。使用计算机控制台,可以控制几千里远的泵站,监测管线压力、流进和流出管网的油量及各种流动 原 油的比重等等。采油污水具有如下特点:别是 存大量的化学药剂及其它的杂质。主要污染物有:原油 —— 由浮油、分散油、乳化油及微量的溶解油所组成,以乳化油的处理难度最大。悬浮物 —— 地层采出泥砂等。化学物质 —— 聚合物、降粘剂、酸化液、压裂液、其它表面活性剂。重力式流程( 油田采油污水的处理 )目前,国内油田采油污水中 90%以上是用于注水油田的开发。这是因为采油污水具有较高的表面张力和矿化度,与地层的配伍性好,有利于石油开采。采油污水处理大多采用物理和化学方法相结合的技术达到回注水的要求。该法在新技术、新工艺、新设备未广泛推广使用前,在一定时间内仍然是主要的处理方法。但存在以下的缺陷:占地面积大、投资大、运行费用高、易造成二次污染等。脱出污水 预除油(旋流、气浮选)污水沉降 一 、 二级过滤 注水罐 注水泵注水计量配水间 去注水井(部分井配制井口精细过滤器)加入净水剂 加入杀菌剂传统的污水处理工艺是在沉降罐前投加化学药剂,经沉降罐自然沉降,除去浮油及颗粒大的杂质,再经过滤罐除去微小油滴及未沉降的悬浮物,从而达到注水标准。§ 4 天然气的集输和处理包括:集输、长输及城市配气三部分集气系统收集、处理和输送天然气的方法与很多因素有关;但对任何气体储集系统来说,需要用专门的设备来:(1)处理天然气,使它安全和稳定地流动。(2)控制、测量和记录它通过管线的流动情况 (如天然气的流量、压力等 )。天然气的处理设备,如分离器、加热器、脱水器和压缩机一般都安装在井口或油田的其池地方。每个设备都具有它独特的功能,从而保证气体安全稳定地从井口流入管线,最后到达几千里之外的终点站。油田气的集输流程天然气的集输包括起点调压计量站油、气、水的分离从气井中开采出来的天然气,常带有一部分液体和固体杂质,这些杂质不仅腐蚀管道、设备、仪表、而且还可以堵塞阀门、管线,影响正常生产。因此,从井场来的流体必须在集气站进行脱除杂质的处理,然后才能进入输气干线。两相分离在外力作用下,使密度不同的两相发生相对运动而实现分离的操作称为沉降。根据外力的不同,沉降分为重力沉降和离心沉降。因此两相分离器又分为重力式和离心式。1、重力沉降分离重力沉降分离是依靠液滴与气体的密度差,把液滴从气体中沉降下来的分离。油气分离器的主要分离部分就是应用的这个原理。集输过程中的加热换热设备水套炉水套加热炉结构示意图天然气处理与加工示意图从地层采出的天然气,通常处于被水饱和的状态。天然气中液相水的存在,在一定条件下会形成水合物,堵塞管路、设备、影响集输生产的正常运行。对于含有 于液相水的存在,会造成设备、管道的腐蚀。天然气脱水的方法:( 1)、低温冷凝法被水饱和的天然气在温度下降到水的露点以下时,天然气中水含有的饱和水就会冷凝成液相水析出(天然气在新的温度下仍被饱和),在分离和取走液相水的情况下,提高天然气的温度或降低天然气的压力,天然气就会变成不被水饱和的状态,从而降低了它的汽相含水量。这就是低温脱水的原理。天然气的脱水( 2)、溶剂吸收脱水法利用某些液体物质不与天然气中的水分发生化学反应,只对水有很好的溶解能力,溶水后蒸汽压很低、且可再生和循环使用的特点,将天然气中水汽脱出。这样的物质有甲醇、甘醇等。由于吸收剂可以再生和循环使用,故脱水成本低,在天然气脱水中得到广泛的应用。( 3)、固体吸附脱水法利用某些固体物质表面孔隙可以吸附大量水分子的特点来脱除天然气中的水分。脱水后天然气含水量可降至1样的固体物质有硅胶、活性氧化铝,分子筛等。固体吸附剂被水饱和后,容于再生,经过热吹脱附后可多次循环使用。因此常被用于天然气深度脱水。从气井中开采出来的天然气中或多或少含有 硫化氢( 、二氧化碳( 和 有机硫化合物 等酸性气体。在天然气中的有机硫化合物主要有二硫化碳( 羰基硫( 硫醇( 硫醚( 二硫醚( 。其中这些酸性气体中尤以硫化氢的危害最大,因此需将之脱除。依据天然气中酸性气体的含量又把天然气分为以下四类:(1)无硫或微含硫气,在这种天然气中, 需要净化即能达到管输天然气的质量标准。(2)低含硫天然气, 体 )(3)中含硫天然气, 体 )(4)高含硫天然气, %~ 7%(体 )之间 。天然气的脱硫天然气酸性组分的脱除,其目的是按不同用途把天然气中的酸性气体脱除到要求的范围内。目前,国内外报道过的脱硫方法有近百种。就其过程的物态特征而言,可分为 干法 和 湿法 两大类;在习惯上将采用溶液或溶剂作脱硫剂的方法统称为湿法,将采用固体作脱硫剂的脱硫方法统称为干法。就其作用机理而言,可分为 化学溶剂吸收法 、 物理溶剂吸收法 、 物理 —化学吸收法 、 直接氧化法 、 固体吸收 /吸附法 及 膜分离法 等。国家标准一般要求净化天然气中 ~ 20 总硫含量视具体情况而定,常在 24~ 460生产场所的工作区域内,空气中硫化氢的极限浓度为10理:含 或 )进入吸收塔下部,气体由下而上流动,与由上向下的胺溶液逆流接触,醇胺溶液吸收酸气,净化后的天然气由塔顶流出。吸收酸气后的富胺液由吸收塔底流出,经闪蒸罐蒸出吸收的烃类气体,再经过滤器、换热器至汽提塔 (再生塔 )上部,沿汽提塔与蒸汽 (主要为水蒸汽 )逆流接触,使酸气解吸而溶液得到完全的再生。再生后烷醇胺贫液从重沸器底部流出,在贫富液换热器中与冷富液换热,再循环回吸收塔;汽提塔顶流出的酸气和水蒸汽经过冷凝器和回流罐,酸气从罐顶分离出来并送往硫磺回收装置或送往火炬,凝结的水蒸汽作为回流液返回汽提塔顶。从天然气中脱硫装置出来的酸气主要含有 2硫磺回收装置生产硫磺,使资源得到充分利用,同时又防止了大气污染,从而化害为利,变废为宝。因此,硫磺回收具有十分重要的意义。酸气生产单质硫普遍采用氧化催化制硫法,通常称之为 克劳斯 ( 。在天然气工业中随酸性气体的组成不同,又有不同的制硫方案 ,即所谓 单流法 、 分流法 硫磺回收工艺。单流法 (直通法 )工艺流程硫磺回收原理:原料气经分离后全部进入燃烧炉中 , 同时按比例向炉中鼓入空气 , 使 1/3以便与剩下的 2/3 鼓入空气量还要保证原料气中的烃类组分完全燃烧 。 燃烧炉的温度应控制在 1373~ 1873 此时酸气中的 0化为单质硫 。 从燃烧炉出来的含有硫蒸汽的高温气体经废热锅炉回收热能之后 , 进入一级冷凝器再次回收热量并分离液态硫 , 出一级冷凝器的过程气经再热升温至一定温度 , 进入一级转化器 ,使气流中未反应的 又使约20%~ 25%的 反应气流至二级冷凝器分出液态硫 , 从二级冷凝器引出的过程气 , 流入酸气再热炉再升温至反应温度后 , 导入二级转化器 , 在更高活性催化剂的作用下 , 使剩余的 反应气流入三级冷凝器 , 再次分出液态硫 。 从三级冷凝器流出的过程余气称为克劳斯尾气 , 送往下游的尾气处理装置或经灼烧后放空 。单流法的硫回收率较高, 可达 95%左右。分流法 工艺流程在分流法中 , 先只以 1/3的酸气进入燃烧炉 ,严格按照要求配给空气量 , 使酸气中的 燃烧炉的温度通常可达 1000℃ 左右 。 要求燃烧后的气体中没有过剩的氧存在 , 因为氧的存在对制硫有不利的影响 。 因此 , 与单流法一样 , 燃烧炉的配风比和操作状态是决定装置回收率的关键 。从燃烧炉出来的含有 经废热锅炉回收热量以后,与其余 2/3的酸气混合,使达到一级转化器所要求的温度 ,进入一级转化器,以后流程与单流法相同。用克劳斯法从酸气中回收硫磺时,由于该反应是可逆的,受到平衡条件的限制,即使采用四级转化器,硫磺回收率也只能达到 93~ 95%,尾气中尚有 蒸汽等含硫化合物,含量约为 10000~ 40000 )。现今,全球对环境保护要求越来越高,如上述的总硫含量,即使采用极高的烟囱来排放经灼烧过的尾气。也很难符合排放要求,其结果促进了脱除痕量硫化物方法的研究。到目前为止,不下数十种处理法,归纳起来可分为三大类:设计成使克劳斯法反应进行完全的尾气处理法;将硫转化为 气处理斯科特法 (硫生产装置来的尾气与还原性气体混合,还原性气体可为 可为 (O)气。混合气流入反应器中,在 572尾气中的硫或硫化物都基本转化成 冷却后的转化气进入烷醇胺吸收塔,经吸收后的克劳斯尾气中 以入标准克劳斯灼烧炉,经灼烧后排空。从烷醇胺富液中解吸出的以 5 管线的建设铺设输油管在铺设现代化的输油管之前,进行可行性分析:对油藏的潜力和市场需求进行调查和研究,以便确定建设这条管在经济上是否划算,在技术上有哪些重大难题 ?最后决定是否投资建设这条管线:勘测路线是采用区域照像、地面绘图或者踏勘等方法。在一些地形复杂的地区,偶然也用直升飞机来进行勘察和快速传递工作。油田铺设管线前,应该拥有指导工作所需的图件和资料。如地图、:路线清单表和协议说明书等。绘制的地图要能详细准确地表示出影响施工的地表特征。路线清单应列出管线穿过的地区、管路的名称、有那些条件和限制等。还应包拒许穿越某些道路、隧道和其它公共设施的许可证书的复印件。合同说明书中包括每一的工作计划和许多可能出现的不测之事。设备和人员的组合清理路面挖沟沿线路铺管管线的清洁、定位、焊接及涂防层将管子放入沟中§ 6 海上管线的铺设在浅水地区,钻井和铺设管线一般能够顺利进行;而在海上钻井和铺设管线就要困难得多,它需要复杂的技术和设备。对于海上铺设管线,目前比较现代化的方法是使用各种类型的驳船。常规的铺管船海上管线是由铺管船铺设的。铺管船就象一个完整的海上工厂,它可对管线进行连续组装,并按照选择的路线将管线放到海底或者浅水区挖好的沟中。如果与供给拖船和锚泊系统配合使用,铺管船一次能在海上工作好几个月。在安放管子时,钢丝绳的 8点锚泊系统和锚使用铺管船精确地保持航向以防止管子发生弯曲。当锚绳卷起或放出时,这个系统还能推动驳船前进。管线拖船从岸上把管线运来,堆放在甲板上。连接管线时,管线对准装置使管线对准。焊接、涂保护层和 述工序完成后,用船上的倾斜链钳或船尾托管架以适当的角度将管线放进水中。管线用高比重水泥作保护层以防止管线上浮。下入管线时,特别是在深水中作业时,为防止水泥层破裂或管线弯曲,使用一种称为浮桥的附属装置,装配到船尾托管架上。浮桥通过控制水的充满度使管线以一定的角度下放到海底,从而防止管线的应力过高。随海底地形的变化,采用不同的方法来避免可能出现的险情。在多岩的海底,用管线把管线固定在海底。埋管船在松软的海底铺设管线,采用带有雪橇的埋管船或管线挖沟船来埋住管线。将雪橇安装在水下管线上,随着海底管线运动。利用高压喷射作用形成沟槽,供管线放入。埋住管线是为了防止在拖网时被拌住。超级大驳船超级大驳船是用在极端险恶的条件和特深水域中的巨型铺管船。它约有 200米长、 43米宽、 15米高。船的中心线、提升管线吊环以及三个管线控紧器允许在深水区铺设约 25米长的管子而不需使用铺管浮桥。超级船可供 350人住宿、能储备 20000吨的管线。它有七个工作台用于把二根管子连成一体;或有 9个工作台用来自动或手动焊接 12米长的管子。它还有一个给管子开坡口的工作台、两个承载 125吨的起重机、12个 27吨的锚及一架直升飞机。半潜式船设计海上铺设管线所用的半潜式铺管船是为了减少波浪和风的影响。其操作方式与半潜式钻机相类似。它特别使用于风浪大、气候恶劣的海上条件。例如:在北海油田,当海浪为 10米、风速为每个小时 100公里时,常规的驳船不可能进行操作。而半潜式驳船则能继续铺设管线。其稳定性来自于潜入水中的部分船体,这使得船体重心降低、从而易于在风浪中保持稳定。卷轴式铺设船近年来,已开始逐渐使用卷轴式铺设船。在卷轴式铺管船上,可将管线焊接好后缠绕到巨大的卷筒上;铺管时,再将卷筒上的连续长管松开 。这就需要管线必须有足够的柔性,以便能在缠绕和松开时不致破裂和弯曲。通过铺管船向前移动松开缠绕的管线。管线的长度从上百米到三、五公里不等,这取决于管径的大小。从卷筒上松下的管线,在直线通道上被拉直。位于船尾部的巨大拉直装置可保证管线伸直不产生褶皱。管线在拉直后就进入水中。当一卷管线用完时,它的尾端露出水面上,用焊接方法将它与一卷新管线联接起来。然后,侵没的管线下沉。从卷筒上松下新管线的操作继续进行,直到铺完这管道为止。
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