某低温集气站的设计——分离器结构设计

重庆科技学院

课程设计报告

院（系）: 石油与天然气工程学院专业班级:油气储运10-02 学生姓名: 学号: 设计地点（单位）： K802 设计题目: 某低温集气站的工艺设计——分离器结构设计完成日期： 2013 年 6 月 27 日

指导教师评语:

成绩（五级记分制）:

指导教师（签字）:

某低温集气站工艺设计——分离器结构设计

摘要：气田集输工艺流程按其天然气分离时的温度条件，分为常温分离工艺流程和低温分离工艺流程。对于压力高，产量大，气液小，含有较高硫化氢、二氧化碳、凝析油的气井，常采用低温分离多井轮换计量集气站流程。本集气站用低温分离的方法，分离出天然气的凝析油，使管输天然气的烃露点达到要求。为保证管道与设备的安全可行，在天然气的集输系统中安装有分离设备，以对气---液杂质进行分离脱出。

关键词：天然气；分离器；压力；温度；直径

目录

1 设计说明书 (4)

1.1概述 (4)

1.1.1设计任务 (4)

1.1.2设计内容 (4)

1.1.3设计依据 (4)

1.1.4遵循的主要的规范和标准 (5)

1.2工艺设计说明 (5)

1.2.1工艺方法的选择 (5)

1.2.2工艺流程 (5)

1.3主要设备选型结果 (6)

2计算说明书 (7)

2.1设计参数 (7)

2.2主要设备工艺计算及选型 (11)

3 结束语 ................................................................................................. 错误！未定义书签。参考文献 ................................................................................................. 错误！未定义书签。

1设计说明书

本次课程设计是针对低温集气站进行的工艺设计。任务主要包括节流阀设计选型；甲醇(乙二醇)注入量的计算；分离器设计计算；站内管径及壁厚设计；画流程图和平面布置图；凝析油回收量的计算；流量计选型。本文根据课程设计任务书的要求，进行低温集气站的工艺设计中的分离器的结构设计计算，包括分离器高度、直径、进出口直径的计算。

1.1概述

全站设立两个分离器进行分离计量，供多井共用。分离器的结构尺寸设计，需要考虑到分离器的具体作用，通入流体的流量大小，控制其温度，压力，避免产生水合物，且能有效气液分离。对于气井的产气量，温度压力，选择适合的分离器类型。分离器的设计遵循相应的设计规范，注意事项，需要用到天然气在操作条件下的基本物理性质，如密度，粘度，相对分子质量，压缩因子等，计算出分离器工作所需的条件，进行分离器的设计。

1.1.1设计任务

影响分离器设计的因素很多，包括：天然气、液烃的密度，天然气的温度、压力、压缩因子、粘度、阻力系数、颗粒沉降速度等，通过分析以上因素，可以求得分离器的直径、高度、进口直径、出口直径，主体容器是分离器的最基本部件，它所承受的压力决定了分离器的工作压力，它的尺寸决定了分离器的处理能力。

1.1.2设计内容

主要设计以下几个部分：

（1）立式两相分离器直径

（2）立式两相分离器高度

（3）立式两相分离器进口直径

（4）立式两相分离器出口直径

（5）立式两相分离器壁厚

1.1.3设计依据

（1）课程设计任务书的设计要求及某低温集气站建设基础数据；

（2）油气集输工程设计相关规范及标准。

1.1.4 遵循的主要的规范和标准

（1）《油气集输设计规范》（GB 50350-2005）

（2）《油田地面工程建设规划设计规范》（SY/T 0049-2006）

（3）《石油天然气管道安全规程》（SY6186-2007）

（4）《油气分离器规范》（ SY/T 0515一1997）

1.2工艺设计说明

对于气田面积较大和井数较多的矿场为了管理方便，常将气井分为若干组，每一组的气井都在各自的集气站进行必要的初步处理，然后经各自的集气管道与集气干线连接起来，最后在天然气处理厂或总站集中外输。通过设计分离器的结构，可以了解天然气的净化程度，是否有水合物形成等。

1.2.1工艺方法的选择

对于低温集气站的工艺，集气站内实现对气井的工作调节和控制，分离气体中的杂质，收集凝析油，防止水化物的形成，测量气量和液量以及其他工作。

1.2.2工艺流程

从井口出来的天然气一般是将两口以上的气井用管线分别从井口连接到集气站，在集气站对各井输送来的天然气分别进行节流降压、分离计量后集中输入集气管线。

1.3 主要设备的选型结果

（1）设计参数

表1 基本参数

井号产量（104m3/d）进站压力（MPa）进站温度（℃）

1 39 17 32

2 29 17 32

3 26 17 32

4 13 12 32

5 9 12 30

6 12 12 31

出站压力：6Mpa；天然气露点：＜ -5℃

表已知天然气气体组成

气体组成C

1C

2

C

3

C

4

C

5

C

6

C

7

C

8

％82.3 2.2 2.0 1.8 1.5 0.9 7.1 2.2

凝析油含量： 20g/m3 S

l

=0.78

初选类型：立式两相分离器、卧式两相分离器、旋风式分离器

2.计算说明书

2.1设计参数

按照设计内容所给数据分析，该设计题目气井总流程为：1、2、3与4、5、6分别汇拢节流后，集中到总管进入分离器处理的流程。可由以上表1 与 表2，得： 同温同压下，气体密度之比等于摩尔质量之比 进站天然气气体组成（%）：

C 1=82.3 C 2=2.2 C 3=2.0 C 4=1.8 C 5 =1.5 C 6=0.9 H 2S=7.1 CO 2=2.2 天然气的相对分子质量

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=21.0

空气的相对分子质量=29.0

S=

空

天

M M =21.0/29=0.724 对于凝析气藏气S ≥0.7

P PC =5.102-0.689*0.724 =4.6 T PC =132.2+116.7*0.724=216.2

第二次节流降压后的P=6MPa ，T=253K 所以

天然气的拟对比压力

P pr =6/4.6=1.3

天然气的拟对比温度

T pr =253/216.2=1.17

通过查《天然气集输技术》图2-1可得天然气压缩因子Z=0.69 （1）天然气流量计算 在标准状态下流量

Qg=（39+29+26+13+9+12）×104=128×104m 3/d

Q=

86400Qg ×P

101325

.0×293TZ =0.12m/s

（2）液滴沉降速度的计算

在P=6MPa T=-20℃=253K 条件下

天然气密度 =ZT pM 314.8=253

*69.0*314.80.21*6000=86.81kg/m

3

根据《油田油气集输设计技术手册下册》可查到天然气在不同压力温度下的粘度：气体的相对密度是0.85，从图15-2-4中查得临界温度是236K,临界压力5302KPa ，用计算求得临界参数

P=6MPa T =253K 条件下

T r =236253=1.07 P r =302

.56

=1.13

通过对比压力和对比温度可以在图中查得粘度比，再与图15-2-7中查出的数字相乘，就可得到流体的运动粘度。

从图15-2-7中查得在101.325KPa 和-20℃条件下经过对H 2S 和CO 含量的校正气体粘度是0.0091mPa ·S

从图15-2-8查得μp /μ1=1.4

μp =1.4*0.0091=0.013mPa ·S=1.30*10Pa ·S 颗粒直径取d =100微米

f （Re 2

）=2

33)(4G

G G L l gd μρρρ-=101210*69.1*383

.114*17.665*10*8.9*4--=5906.0

查图B 可得到阻力系数=1.2，所以颗粒沉降速度为：

W O =

ξ

ρρρG G L L gd 3)

(4-=0.10m/s

d ——颗粒直径

G L ρρ——分别为液体和气体的密度 （3）立式两相分离器管径计算

1）第二次节流降压后立式两相分离器的直径：

D=

π

ηw Q

4=1.34m 2) 分离器高度 ：

L=D*3=4.02m

3）分离器进出口管径： 进口管径D 1=

1785.0V Q =0.097m 出口管径 D 2=2

785.0V Q

=0.118m

（4）分离器壁厚计算：

[]212C C P

PD

++-Φ=

σδ

式中 δ— 分离器圆管部分壁厚，mm ；

P — 分离器工作压力，公斤/厘米2； D — 分离器内径，mm ；

[]σ— 钢材在工作温度下的许用压力，公斤/厘米2 ；

Φ— 焊缝系数，一般取0.85；

C 1 — 腐蚀裕量，mm ，输送脱硫脱水天然气，C 1＝0； C 2 — 壁厚负偏差，取容器壁厚的10~15%。

将各井参数代入上式，选20号的钢，其许用应力为25公斤/厘米2

，经计算第二个分离器壁厚为：2.61mm

2.2主要设备工艺计算及选型

通过以上计算得出：立式两相分离器直径1.34m ，高度4.02m ，进口直径0.097m ，出口直径0.118m ，壁厚2.61mm 。

分离器按照外形可以分为立式和卧式分离器。从分离器重力沉降部分液滴下沉的方向与气流运动方向来看，在立式分离器中，两者运动方向相反，而在卧式分离器中两者的运动方向相互垂直，在后一种情况下，液滴更容易从气流中分出，但是，根据基本资料，所采天然气中仅含有少量液体，且立式分离器操作灵活性与处理外来物的能力都比卧式好，故选择立式重力分离器。

立式分离器各部分结构尺寸推荐值：

除雾段：一般不小于400mm。

沉降段：一般取D，但不小于1m。

入口分离段：一般不小于600mm。

液体储存段：由液体在分离器内停留时间确定。

根据《油田油气集输设计技术手册》相关内容：

在油气分离器最高点的气体空间应安装弹簧式安全阀，由安全阀泄放出的天然气应有组织的汇集排放。

计量用的分离器的出气管上应安装压差流量计、用以计量天然气产量；在出油管线出油阀之前靠近分离器的部件应安装容积式流量计，用以计量油水混合液体的产量，在出油阀之后应安装在线含水分析仪或取样口，用以测得含水率。

每台分离器都应安装排污管和放空管。

3.结束语

在这次油气集输课程设计中，本小组的任务是低温集气站的工艺设计，本人的任务是分离器的设计。对于我们小组的气井资料，从中得出，气井压力高，产量大，气液小，含有较高硫化氢、二氧化碳、凝析油的气井，故采用低温分离多井轮换计量集气站流程。全站设立两个分离器供多井共用。

刚开始认为设计分离器很简单，因为上课的时候讲过公式计算，以为直接用公式就可以计算出所设计的分离器的直径。对资料进行分析后发才现，在平时的做题中，分离器中的液滴沉降速度，以及液滴直径等所需条件都是在题中告诉的，而现在对于这些条件，在我们的设计中都是未知的，而计算沉降速度又需要气体、液滴的粘度，密度等，因此，我们只能自己从气井基础资料的数据配合其他资料书中查资料，计算出设计分离器所需的条件。这样，就增加了很大的工作量。我们的有些数据还必须利用设计分离器前面的节流阀计算温度与压力，因为之前的数据计算问题，我们也进行过多次修改，不过，这也说明我们对计算很认真，抱有科学严谨态度。

通过这次的课程设计，我更加深刻的掌握到一些集气站的工艺流程，特别是我们小组这次选择的低温分离集气站流程，当然，对分离器的设计是深深地掌握了。并巩固了自己在油气集输技术课上学习到的知识，并能够运用于实际，通过这些流程中数据的计算，也了解到一个集气站的构成所需的单元结构，这些设备结构的选型应该根据什么来选择。根据气井的产量，能够设计出一个集气站。从这里，我也了解到我们油气储运工程专业的同学，以后就业的方向是什么，工作类型是什么样的，自己的工作任务是什么。这也让我对自己所学的专业有了一个更加直观的认识，也很接近于实际工作，有利于自己将来的发展。这次的课程设计，让我学到了很多在平时上课的时候不能学到的东西，也增进了同学们间的友谊。

参考文献

[1] 梁平,王天祥. 天然气集输技术[M]. 北京：石油工业出版社 2008.5：11-39；

[2]《油田油气集输设计技术手册》（编写组编. 油田油气集输设计技术手册(上、

下册).北京.石油工业出版社.1994）

[3]《油气集输设计规范》（ GB50350一2005）

[4]《工艺系统工程设计技术规定》（ HG/T 20570一95）

[5]《油气分离器规范》（ SY/T 0515一1997）