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油田油气集输储运工艺设计技术

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油田 油气 储运 工艺 设计 技术
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技 之术蔺 光 坦本刊按 读者要求, 本刊从起连载 载完田油气集输储运工艺设计技术”讲座田设计 该讲座共分各讲的题目是气集输储运工艺设计概述气集输工艺管线设计, 采油井场、 计量站和原油处理站设计田原油库设计体处理厂设计气集输储运工艺管线、 站、 库的施工、 启动和投产。该技术讲座, 对于新从事和即将从事油田科研设计以及油田施工建设的工程技术人员, 对于石油企业职工技术学校的师生, 是一份较系统较全面的学习资杆。 该讲座的特点是通俗易懂, 简明扼要, 密切结合实际 , 学可致用。 这是在其它地方较难得到的。第四讲 油田原油库的设计油田上用来接收、 储存和发放原油的场所称为原油库。 它具有储存油品单一 、收发油量大、 周转频繁等特点。 是保证油田正常生产和外运 可缺少的组成部分。 目前, 按外运方式可分为三种 类型 铁路外运原油库。 主要是靠铁路槽车将原油运输出去 管线外输原油库。 是利用管线将原油外输到各用油单位 联合外运 油库。 利 用铁路槽车和管线, 将原油运输出去。当油田靠近河流、 湖泊、 或海洋时,还可利用水路外运。 这种油库可称为水路外运原油库。 不论那种类型的原油库, 一般都由收油、 储存、 发放设备以及公用工程、 生产和生活设施等部分组成。收油设备主要是指收油用的阀组。 用它来实现有关的操作和进行事故处理。 为了便于操作和管理, 一般都将收油用的阀门、 进行油罐和倒罐用的阀门, 设计在一起。储存原油的储罐称为储存设 备。 目前, 油田上的原油储罐, 主要是立式园柱形金属油罐。 按其结构形式分, 有析架顶罐、无力矩顶罐 、梁柱式顶罐、拱顶罐、套顶罐和浮顶罐等。常用的有无力矩顶罐、拱顶罐和浮顶罐。 从降低原油的蒸发损耗来看, 浮顶罐比其它结构形式的罐都优越。除金属油罐外, 还使用过钢筋混凝土和砖砌油罐。 这些油罐一般都建成半地下或地下式的。为了安全, 以及有关的维护和操作,油罐必须设置呼吸阀、 防火器、 液压安全阀、 量油孔、 透光孔、 放水排 污管、 人孔、 进出油短管、 梯子和栏杆等附件。发放设备是指将原油外运 需要的设备。 采用铁路外运时, 指铁路专用线、 装油鹤管、 栈桥、 装油泵和计量设备等用管线外输时, 指外输泵、 外输阀组、 加热设备和计量设备等。 联合油库的发放设备则是上述两类发放设备的综合。如果采用水路外运, 则要设装油码头、 装船鹤管、 装油泵和计量设备等。应指出, 在可能的条件下, 应充分利用地形高差来装船和装车, 以节省能源。原油库的公用工程与原油处理站的公用工程基本是一致的。 应强调的是油库的安全和消防。 原油库一旦发生火灾和爆炸事故, 是不堪设想的。 所以, 在公用工程设计中, 对防雷电、 防静电、 防火等, 应特别重视。为满足生产和生活的需要, 还应设置办公室、 食堂、 宿舍、 浴室和有关的公共场所等设施。油田原油库的工艺设计要解决以下几个问题根据油田集油和外运 条件, 选择并确定合适的库址。 然后, 按油田建设防火规范和其它有关规范的规定,进行平立面布置 根据所需要的总储存量 是按储备天数和每天的收油量来确定 确定储罐的类型和数量 按收油和外运 方 式, 确定工艺流程, 选择工艺设备及其它设备,并绘出相应的工艺流程图和设备安装图 确定公用工程, 编制生产操作 和管理人员、 提出行政管理和居民区的规划 提出所确定方案的概算、 主 要的经济和材料消耗指标。最后用工艺设计说明书、 计算书、 工艺流程图、 平立面布置图、 库区管网图、工艺设备安装图以及有关公用工程的设计图、 设计概算等成果体现出来。在原油库的工艺设计中, 有许多内容与前面几讲所叙述的基本相同, 本讲不再重复。 下面叙述的只是那些不同的, 如库址的选择、 工艺流程、 装车场的工艺设计、 储油罐及附件、 安全防火等。一、 原油库库址的选择选择库址的原则及基本要求择库址的原则油库的位置应尽可能靠近油田, 但又不宜建在油田的中心区。 这样,既可以缩短来油干线, 又有利于油 田安全。 所以, 油田边缘是建原油库适合的地方。 对铁路外运原油库, 应尽量建在现有火车站的的附近。 按铁路部门的要求, 油库专用线不应与铁路主于线交叉, 应建在铁路备用线一侧。 对管线外输油库, 则应靠近外输管线库应尽可能地少占耕地、 不 占良田, 最好是建在荒地或薄地上址时要认真贯彻国家有关的法律、 法令和规定, 正确处理出现的各种矛盾, 努力做到经济合理、 安全可靠、 有利生产、 方便生活。择库址的基本要求区域环境的要求应有足够的面积, 以便使各种设备、建筑物和构筑物之间的距离符合防火规范并有利于扩建和改建。库址与一些公共建筑物、构筑物、居民区等, 要保持一定的安全距离址靠近河岸时, 通常应选择在码头、 水电站、 桥梁和城市的下游, 以利于油库与建筑物、 居民区等的安全距离 表 物类另。…铁”干线、 , 级及国防公路 及园林 大 型的易燃的仓或库 油、气井口安全距离 之全以及在油品着火时, 防止油品沿水面扩大火灾。库址附近有居民区时, 应尽可能使居民区处于下风向, 以免石油蒸汽刮向居民区。地形的要求库址的地势要比较高, 应是缓缓倾斜的高地, 以利于排水, 便于布置油罐和泵房。 如库址选择在山区, 更应该利用地形特点, 创造自流装油和进泵的条件, 以节省能源和改善泵的吸入条件。 绝对不允许选择在低洼的地方, 以免遭受雨水的淹没, 出现各种事故, 造成不应有的损失。工程地质和水文地质的要求土壤的腐蚀性要小, 沉陷不大, 地耐力在上, 例如砂土 层、 亚粘计量仪表、 管线外输库内循环 罐、泵、另一个油罐用空气清扫原油管线。 被吹扫的原油应进油罐如通过来油管线向油田反输原油、 用油田来油管线直接装车外运以及有关的辅助流程等。原油库工艺流程设计的要点 罐 区 流 程罐区流程主要是指储油罐进、 出油的流程。 一般有一罐双管 出油各一条管线 一罐一管 出油 用一条管线 多罐一管 出油共用一条管线几种形式 采用哪种形式根据储罐的容积、 数量来确定。 油库的整个罐区, 进、 出油管一般以但应指出, 不管采用那种形式, 都要保证在某一油罐因故检修的情同由地土、 亚砂土等。 对于杂土层、 粘土层,于不具备这些条件, 一般不宜建油库。时, 作库址的地方还应既无地面浸水,下水也要低。 一般说来, 地下水最高不得超过油库建筑基础的底面。 选择库址的方法选择库址的方法与选择原油处理站站址的方法基本相同, 这里不再重述。二、 油田原油库的工艺流程油田原油库的工艺流程必须满足 收油、 储油和外运 作业。 一般有油、阀组、油罐 罐、泵, 装车外运图 一罐一管 不妨碍来油进罐、 装车及外输。泵 房 阀 组泵房阀组是油库工艺流程的总枢扭。通过操作阀组可实现各种工艺过程。 常用的阀组是栉形 见图 栉形阀组中的倒罐阀可以设计成专用的, 也可与来油管汇结合。 前者操作灵活, 但阀门多一些, 后者虽然省去了几个阀门, 但倒罐时必须与来油混合一起迸罐。 这对来油将产生一些干扰。用, 从而减轻或消除水击现象和跑油事故。助工艺系统原油库的辅助工艺系统与原油处理站的基本相同, 但是, 油罐的排污系统则具有量大、 含有一定的污油、 排污不连续、去装车场泵组机与罐区连接来油拼砰与叫与淞〕洲 卜曰洲, 崛曰 二 喻月 笠图 房阀组流程图 房阀组流程图 以 , 原油库的排污系统不能象原油处理站那样考虑。 原油库常用的排污方式有两种式排污系统这种排污系统是将罐底含油污水及其它的含油污水, 经管线排到含油污水箱内, 再经污水泵抽吸上来, 加压后输送到污油坑或污油回收系统, 经处理和回收后排放掉。 因它是闭式的, 故可减少损耗和对环境的污染, 且安全。式排污系统开式排污系统是将罐底的含油污水及其它含油污水, 经管线流入积污坑内, 再用泵输送到污油坑,经处理和回收污油后排放掉。 这种方式在减少损耗和污油对环境的污染方, 显然不如闭式系统。 积污坑还是一个考虑到检修罐的进、 出油阀门而不影响操作, 也可采用 “双栉形” 阀组 应指出, 阀门多一些虽操作灵活,但出事故、 漏失的点也多了。 所以, 在保证操作方便的前提下, 应尽可能地减少阀门。泵送装车时, 泵的出口汇管和进口汇管之间应装压力调节阀。 在装车阀门突然关闭引起压力升高时, 调节阀起减压作危险源。 但在操作和管理上比闭式系统方便。三、 装车场的工艺设计装车场的工艺设计包括确定装车用的动力 装油温度和装车场等几部分。车用的动力装车用的动力有泵送和靠重力自流两种。 自流装车只是在罐区和装车场之间有相当大的高差时, 才有可能。送装车泵送装车需要确定输送泵的排量、 扬程、 输送管线的直径, 以满足装车的要求。装车流量可按下式计算车流量, 米’时—铁路罐车的载重量, 对于罐车, 犷一般取 于罐车, 取 油的重度, 吨’ 一列罐车所需要的时间 一般是 时。究竟取多少合适, 应根据装车场的情况、每天装车的数量、以及铁路调车的要求来确定。确定出装车的流量以后 , 运用以前所讲的内容就能确定泵的排量、 扬程和管线的直径。流装车满足下式者可采用自流装车。 一 一 —多石一一二‘‘“式中—储油罐最低的操作液面标高,米车场汇管或阀组标高, 米 区至装车场最远距离, 米车流量, 米,米阻系数, 可取不力加速度, 米虑装车场汇管、 鹤管及高差附加的水力阻力损失。由公式 以看出, 在 变的条件下, 减少如果基本上具备自流装车的条件, 装车时间等又允许, 应尽可能地改变 实现自流装车, 以节约能源。 车 温 度通过对铁路油罐车降温规律的实测发现, 提高装油温度, 对油罐车到达终点的油温并无明显的提高。 因为原油在油罐内壁冷却形成凝固层后, 就有了非常好的绝热层, 使罐中原油的温度变化十分小。 这说明, 装油温度对卸油操作的影响不大,应以有利于泵送装车为条件, 确定合理的装油温度。 一般取原油凝固点以上为最低的装油温度。其主要设施和优缺点见表 目前用得最多的是小鹤管装车场。车场主要设施的确定路专用线装 车 场 的 主 要 设 施 和 优、 缺 点 表 一一一一一一一一一一竹尸一一一一一一一嘴—一兰奎竺竺止二一一上一生一一二一卫竺一止坚 鬓肇热线澹集重∀# 豁擎, 日装车量天 管数农一曰犬” 曰里队一 ‘川一 ——一 万丁二二兀二二丁一 车速度慢, 装车牛她答丝幸拓 竺歹用笋了臀官甘哪四生矍夏经一一 , , 小, 鹤管活动部’ 、 ‘ ’ 曰 ’钱一牵弓陈统相操作厉, 计量仪表 ·便士头现装牛日刮性— 万兀万二二万一丁丁瓦一灭二一丁二丁三二丁反几万 一 要有专用罐车 竺育黑婴九装塑营决竺·葱带些件怪二。二拍冰 泛推广使用有困邵, 咒比径蒯示筑 , 计董仪衣 献少 ‘ , , ‘ ‘石招减口口口目一一一委托铁路有关部门设计、建造和管理。 下面介绍一些专用线的知识, 以便与铁路部门配合 ,并做好验收工作。 另一方面, 也便于选库址和确定所需要的铁路长度。油库专用线包括厂外线和作业线两部分。铁路专用线 专 用 线 等 级 表 等 级车方向最大货运量 等 级 般 地 段 难地 段 见图 由下式计算 十式中车时每股作业线上可停放的最多油罐车数辆油罐车的计算长度, 米 、业线首端和末端的安全长度, 通 常取 ,油作业线一般采用双股道。 这样操作比较灵活, 可节省作业时间, 加快装车速度。 如果受地形限制, 装车量又不大, 也可采用单股道。 采用双股道时, 鹤管和栈桥通常是设在两股道中间, 并要求两股道的中心有表厂外线的等级, 一般是根据货运量的大小划分的。 其长度取决于接轨点与库区的距离和地形 。一般不宜超过最好是米图 股道作业线作业线是进行装油作业的场所。 在可能的条件下, 应保持直线, 若不得不采用弯道时, 其曲率半径不得小于 。 为防止列车滑动, 保证计量精确, 作业线的坡度应该为零, 并要求严格保持水平。作业线最好布置在油库的最低处, 以利于装车。油鹤管目前常用的装油鹤管有气动升降式、机械升降式小鹤管, 重锤式鹤管和升降式大鹤管等许多种。 从油田原油库的装车来看, 气动升降式小鹤管较合适。 因以压缩空气作动力, 操作方便、 劳动强度小、 结构也不太复杂。鹤管的数量可根据装车的实际需要来确定。 采用气动升降式鹤管时, 一般是整列车一次对位 罐车帽口 对位 这种鹤管自身的活动范围约为 左右。 为适应常用罐车!米的长度, 并保证列车停留在作业线的任何位置都容易对位, 则要求每6米设一个鹤管。鹤管数、可按下式计算:哪“ ( 炸 + 1 ) 又 2 ( 3)式中:n—每列罐车数, 目前最多按43台罐车计, 也有43、 3 6 、 5 3 台等几种;1—考虑两端应留有余地, 所以加1。 对简易的、装车量较小的装车场 , 可以不考虑, 该值取为O。采用其它类型的鹤管, 可参照上述原则确定m 。3) 装油浅桥栈桥是为装油作业设置的操作台, 它由操作平台、支撑平台及鹤管的框架、 上下平台的斜梯及休息室等部分构成。 为操作人员到罐车上进行操作, 在米。 栈桥立柱的间距应尽量与鹤管间距一致, 即6米或12 米。 栈桥两端和中间付隔50~ 60米应设上、 下栈桥用的4, “ 角的斜梯。在油田原油库的设计中, 曾很据油库操作情况, 并征得铁路部门的同意, 允许栈桥局部地突破铁路限界, 使栈桥和罐车之间的距离缩小 (。 这样就可取消吊梯, 使栈桥成为无梯 栈 桥。( 2) 装车场的工艺流程装车场的工艺流程主要应满足装车场的正常操作、 便于维修。 例如, 采用小鹤管装车时, 为保证装油速度均匀, 检修一个鹤管不致影响其它鹤管, 将鹤管的汇汕管分成2~ 4段, 并成 “ n ” 型分枝 管供油, 而不是一根汇油管供 油 (见 图劝 。另外, 鹤管和供油管汇都设有风扫线 (或自流) 排空系统和蒸汽伴随保温系统。 采用大鹤管装车时, 其工艺流程可分为集中和分散阀池两种, 较普遍采用的是集中阀池(见图6), 因这种流程便于维修和管理。栈桥和罐车之间设有吊梯(其倾斜角不大于)。设计和建造栈桥时,必须注意任何部分都不得伸到规定的铁路限界中。如有些部件 (鹤管、 吊梯等)必须伸入限界以内, 则该部件应做成旋转式的。当不装油时, 应位于接近建筑物的限界之外。来油图 5 装车场装油工艺流程示意图栈桥有单侧和双侧操作两种。 大、 中型油库一般采用双侧栈桥, 小型油库采用单侧栈桥。 单侧的可窄些, 双侧的可宽些。 台面的高度一般在铁路轨顶 以 罐油田原油库使用的储油罐主要是立式圆柱形钢油罐。 这种油罐安全可靠、耐用、零位罐l 厂,l 吮1 ’l 月l 伙l r:图 6 大鹤管装油工艺流程示意图不渗漏 、 施工方便。 常用的是拱顶罐和浮顶罐。 前者结构简单、 施工方便; 后者可降低油品的蒸发损耗。 原油库需要的储罐容量和数量, 可根据第三讲叙述的原则确定。应该指出, 原油库储罐的容量一般都比较大。 如果单个储罐的容量小, 势必要建许多储油罐。 这不仅使管理不方便, 也不经济。 因此, 目前趋于建容量大的储罐, 从几万米3到几十万米’。 确定原油库中单个储罐的容量时, 应在保证一个油库的储罐不少于2~ 3座的前提下, 尽可能地建造大容量的。2. 油罐的附件(1) 梯子和栏杆梯子是为了上下油罐设置的, 最常见的是沿罐壁的盘梯。 梯子坡度一般为30 “~ 40“ , 踏步高不超过25 厘米, 踏板宽12~ 20厘米, 梯宽65 厘米左右。 梯子自上而下沿罐壁作顺时针方向盘旋。栏杆是起保护作用的。 即起保护作用又当扶手; 在罐顶周围或量油孔、 透光孔旁设置局部栏杆, 2) 人孔和透光孔人孔和透光孔是为检修罐时进出油罐及采光和通风用的。 孔的直径常为50~10 0厘米。 一般情况下, 容积在3000米’以下的油罐, 人孔 和透光孔 各设一个;3000~5000米’的油罐, 可各设 i~ 2个;5000米’以上的油罐, 各设2个。人孔和透光孔的位置一般是: 各设一个时, 透光孔应在进出油管上方的罐顶处,人孔则设在该透光孔的对面; 各设 两个时, 透光孔和人孔应尽可能沿圆周均匀分布, 以利于采光和通风。 但至少要有一个透光孔设在罐顶平台附近。 透光孔的外缘应距罐壁80 ~ 10 厘米, 人孔中心距底板75厘米。(3) 量油孔量油孔是用来测量罐内液位高低和取样用的。 每个油罐设一个量 油孔, 直径15厘米, 布置在梯子平台附近。 为了防止关闭孔盖时撞击打火, 盖上应 安装 软金属(铜或铅)、 塑料或耐油橡胶垫片。( 4 ) 进、 出油短管原油储罐的进、 出油短管随油罐的容积而定, 一般是进、出油并用, 合为一 根。大型的是进、 出油分开。 为了充分利用油罐的容积, 其短管应设置在罐结构允许的最低位置。( 5 ) 排污放水管它是为罐排污水和检修罐时排污油用的。 管口应在罐底的最低处。 容积较大的罐常设积污坑, 管口就在积污坑内。 小容积的罐, 采用排污放水管; 3000米3以上的, 设6) 机械式呼吸阀油罐在装油和发油时, 罐顶的气体空间要发生变化 (油罐大呼吸) ; 罐周围的温度和气压变化时, 罐顶空间内的气体体积也要发生变化 (小呼吸) 。 呼吸阀的作用是保证当气体空间的体积发生变化时,使气体顺利进出, 以保证油罐在所规定的工作压力和真空度下安全工作。 同时, 又使罐空间维持一定的压力, 减少蒸发损耗。机械呼吸阀选用表 表 6罐的进、 出油量 } 呼吸阀的直径 } 呼吸阀的数量(米3/时) 1 (毫米) } (个)呼吸阀有定型产品, 可根据油罐的进出油量参照表6选用。 拱顶罐的呼吸阀 常安装在罐顶的中央位置。(7) 液压安全阀机械式呼吸阀有时会因诱蚀或冻结而不能正常动作。 为了保证油罐的安全, ’常常要装液压安全阀。 液压安全阀所控制的压力或真空度, 一般比机械呼吸阀高10 %左右。正常情况下它是不动作的, 只是在机械呼吸阀失灵或因其它原因使罐内出现过高的压力或真空度时才动作。安全阀一般与呼吸阀等径 、 等数选用, 并与呼吸阀安装在同一高度上。(8) 防火器一 防火器是防火安全装置。 ’仑是箱式构造, 内部装有许多铜、 铝或其它高热容金属制成的丝网或皱纹板。 防火器安装在机械呼吸阀和液压安全阀的下面, 当火焰通过防火器时, 金属丝网或皱纹板迅速吸收燃烧气体的热量, 使火焰熄灭, 以防止外界火焰经呼吸阀或安全阀引入罐内。五、 油库的防火和防爆八Ž”3”U,孟1马口,†n‘2 6~ 1 001 0 1~ 15 01 5 1~ 2 5 02 5 1~ 30 0> 3 0 0油田的原油库储存有大量的易燃易爆的原油, 一旦发生爆炸和火灾, 就可能造成巨大损失。 因此, 在设计中必须高度重视油库的防火、 防爆, 其具体做法可有:1、 油库设计必须严格遵守安全防 火规范。设备、建筑物、构筑物之间, 必须保持所需要的安全距离; 布置的方位应符合主导风向的要求; 油罐或油罐组周围必须有防火堤, 防火堤包围的面积要符合要求;要有方便消防车通行的公路, 供用的消防水栓等。2、 油库选用的电气设备必须是一安全防爆的, 以便在电气设备操作中, 以及在电气设备短路、 触头分离等原因引起火花时, 不致引起爆炸和发生火灾。 如果没有安全防爆设备, 则应采取其它防火和防爆措施。3、 在油品蒸汽容易产生和容易聚集的建筑物内, 应有足够的通风, 使油品蒸汽形成不了爆炸和燃烧的条件。4、 静电、 雷击和闪电是使油库产生爆炸、 造成火灾的原因之一。 在设计过程中, 必须考虑防静电、 防雷击和闪电的措施。防静电可从两个方面考虑, 一是减少静电的产生, 例如控制油流的速度、 防止喷溅装油、 防止不同油品相混或油品含水和空气等; 二是加速静电的泄漏, 防止其聚积。5、 选择恰当的消防方式, 设计所需要的消防系统。以上是从设计方面考虑的油库防火、防爆和消防措施。 但是, 要消灭油库的火灾和爆炸事故, 只从设计方面考虑是不够的。 在很大程度上, 还取决于操作人员和管理人员的重视, 防火、 防爆制度的贯彻和执行。 只有两方面都努力, 才能防止油库的爆炸和火灾事故的发生。今 考 文 献〔1〕大庆油田科学研究设计院:输储运设计手册》, 19 7 5 .〔2〕郭先巨等编: 《油库设计》。业出版社, 1 9 80.(? 由气集石油工(上接69 页) 由自然地面起算的基础埋深 就可较简便地计算出施工时采用的基础宽度。由上式还可看出, 上部结构施工后填土的建筑场区, 在同一条件下, 填土厚度越大, 基础宽度修正值越大; 原设计基础底面宽度越大, 基础宽度修正值越大; 基础埋深越大, 基础宽度修正值越大。在填土条件下, 地基强度对基础宽度修正的影响表现为设计地基强度大, 基础宽度修正值偏小。计算实例 设计施工条件: 建筑物为住宅楼, 刀二 1 , 〔B〕 = R == 工5了屯/米’ , h = , y 取2吨/米’。求施工时修正的住宅楼基础宽度。。 r B 〕 (R 一下D )B 二 二竺 尺一 下(九十刀)5 一2 x = 一全二二 全二卫二 二1 _8 (失)1乒一2 (1 , 0 + 1 , 6 )讨 论1、 本文的计算公式, 考虑了建 筑物上部结构施工后回填土使基础底面附加应力增加所引起的基础底面宽度的修正。 概念明确, 计算简便, 有一定实际意义。2、 大面积回填土作为堆载在填土厚度不大的情况下, 对建筑物基础产生的附加沉降不大, 并且沉降速度较小, 故可忽略其对基础宽度修正的影响。3、 使用本文提出的计算方法对建筑物基础宽度进行修正, 根据已建住宅楼工程的实践, 是安全的。
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