中国石油大学（华东）现代远程教育
毕业设计（论文）
题目：年处理原油350万吨联合站设计学习中心：胜利油田临盘教学点
年级专业：网络10春油气储运工程
学生姓名：李明学号：1080664001
指导教师：侯健职称：硕士
导师单位：中国石油大学临盘教学点
中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间：年月日
中国石油大学（华东）现代远程教育
毕业设计（论文）任务书
发给学员李明
1．设计(论文)题目：年处理原油能力350万吨联合站设计
2．学生完成设计(论文)期限：2011 年7 月6日至2012 年3月1 日3．设计(论文)课题要求：要求学员能结合四年来学习的专业知识与工作实践相结合，以认真、严谨的态度撰写论文。论文内容要求真实、可靠、准确，有一定技术含量，严谨抄袭他人论文或从网上下载文章、断章取义及拼凑虚假论文。
4．实验（上机、调研）部分要求内容：亲自参与论文所需实验数据和资料的收集，并保证资料及数据齐全、准确，调研及引用部分要真实可靠，有科学根据，治学严谨。
5．文献查阅要求：文献资料要紧密结合论文内容，查看借用的文献资料不得少于6篇，总字数不少于10万字。借鉴部分不能完全照搬，需要自己提炼总结，并及时做出学习笔记，以便更有针对性地查阅相关文献。
6．发出日期：2011 年12 月日
7．学员完成日期：2012 年 3 月日
指导教师签名：侯健
学生签名：
联合站是油田地面集输系统中重要的组成部分。联合站将来自井口的原油等进行必要的处理，然后将合格的原油运往特定的场所，本联合站年处理量为350万吨，采用密闭流程。
本站采用密闭生产流程，包括泵和事故流程，站外来油经三相分离器、缓冲罐、循环泵、电脱水器、加热炉、外输泵等之后外输。完成了有关基本参数的站内水力、热力计算以及三相分离器、电脱水器、加热炉的选型和校核，并进行了罐区计算，选取了浮顶油罐，接下来绘制了联合站平面布置图，联合站工艺流程图，之后又进行了站内管线的选取，以及站内外输泵和脱水泵的选取。
站内划分为油罐区，污水处理区，工艺区，配电区，消防区，辅助生产区，设计时设计了有泵流程，同时也考虑了停电流程。
根据任务书所给的站处理量和各种设计参数，首先初步选择了各工艺段设备，接着确定了总平面布置和联合站的工艺流程。与此同时，完成了平面布置图和流程图，设计并画了泵房的管线安装图。
关键词：联合站生产流程分离设备
第1章前言 (1)
第2章联合站设计说明 (2)
2.1 设计概述 (2)
2.1.1 联合站的主要工作任务 (2)
2.2 设计原始数据 (2)
2.3 站址选择及总平面布置 (2)
2.3.1 站址的选择 (2)
2.3.2 总平面布置 (2)
2.3.3 各区布置及设施 (3)
2.3.4 场地利用及绿化考虑 (3)
2.3.5 联合站设备的选择及参数确定 (3)
2.4 工艺设计流程 (4)
2.4.1 流程设计原则 (5)
2.4.2 本站工艺流程 (5)
2.4.3 站去工艺管线的布置及敷设方法考虑 (5)
第3章联合站工艺计算书 (6)
3.1 有关参数的计算 (6)
3.1.1 规模设计 (6)
3.1.2 油气物性计算…………………………………………………………7..
3.1.3 有关设计参数的确定 (7)
3.2 主要设备的选择 (8)
3.2.1 三相分离器的选择 (8)
3.2.2 原油缓冲罐的选型 (10)
3.3.3 电脱水器的选型………………………………………………………11.
3.3.4.加热炉的选型 (12)
3.3.5 罐的选取 (13)
结论 (15)
致谢 (16)
参考文献 (17)
第一章前言
随着各大油田的含水率逐年上升，以及各大油田对石油伴生气利用的增多，联合站的作用也越来越大，联合站的设计工作就变得越来越重要。同时随着石油. 石油产品价格的上涨以及石油资源的减少，联合站的设计应该从节约能源，减少成本等方面来考虑，从而能以最少的投入来创造更多的财富。
联合站是油田地面技术系统中的重要组成部分，就是把分散的原料集中处理使之成为油田产品的过程，是油田生产的重要环节。
联合站设计是油气集输工艺设计的重要组成部分，为使其最大限度地满足油田开发和油气开采的要求，需要做到经济合理、技术先进、生产安全可靠，保证为国家生产符合数量和质量要求的合格油田产品。
这个过程从油井井口开始，将油井生产出来的原油.伴生天然气和其他产品，在油田上进行集中.输送和必要的处理，初加工，将合格的原油送往长距离输油管线首站，或者送往矿场油库经其他运输方式送往炼油厂或转运码头，合格的天然气则集中到输气管线首站，在运往石油化工厂，液化合格的天然气则集中到输气管线首站，在运往石油化工厂，液化气厂或其他用户。
以前联合站在设计工程中存在一些未能考虑的问题，同时随着原油特性的改变，需要各种油气设施的最优化设计，在本此联合站设计中都有所考虑。通过大量的计算以及论证，最终制定了一套可行方案，基本可以实现年处理量350万吨的生产任务，从而完成联合站的设计。
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第二章联合站设计说明
2.1 设计概述
联合站设计是油气集输工艺设计的重要组成部分，为了使其最大限度地满足油田开发和油气开采的要求，设计时应该做到技术先进，经济合理，生产安全可靠，保证为国家生产符合质量要求的合格油田产品。
2.1.1 联合站的主要任务
（1）接收接转站输来的气液混合物
（2）进行气油水三相分离
（3）对原油进行脱水稳定
（4）净化原油外输
（5）含油污水处理
（6）污水回收回注
2.2 设计原始数据
根据储运教研室给定的设计任务书进行设计。
2.3 站址选择及总平面布置
2.3.1 站址的选择
根据油田总规划，联合站位于山东省境内某干道一侧，据该干道 2.5km，已建转接站。该地区地势平坦开阔，土质为亚粘土，满足选择站址的工程地质条件。
2.3.2 总平面布置
2.3.2.1 总平面布置原则
1 总平面图上应有建北方向，各区块布置时应考虑风频和风向
2 考虑场地原始高程变化，一般罐区应该在地势高处的地方，并且在全年风频方向的上风向。
3 布置时应考虑流程使其有其加工流程简陋，节省建设和经营费用。
4 罐区和泵房应相邻，是泵的吸入管线尽可能短，避免泵抽空。
5设计时应避免外来人员经过油气区
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6各个区块之间应满足防火间距要求
7 建筑物尽可能坐北朝南，符合人们的居住习惯。
2.3.2.2 总平面布置及说明
1．本站坐北朝南，东西长350m,南北宽250m场区自然平整后相当标高-0.35m，相当于绝对标高55.75m(黄海)
2．为便于生产管理，每个作业内容的生产装置集中在同一界区之间的，电缆直接埋地，油气工艺管道采用管架和局部埋地敷设。
3．生产区之间以道路隔开，站内消防道路和一般道路均为8m,道路两侧设有边沟，南北沿公路边沟排至站外。含油污水全部进污水处理站，处理后回收回注，循环利用。
4. 在充分考虑安全前提下，站内共设有两个大门，任何一个火灾危险性较大的区域都可以通过大门直接到达，而不必穿越其他区，一旦发生火灾，消防车可以以最快速度到达事故现场，各区车辆及人员可迅速撤离。
5.行政管理区靠近主干道，这样可以减少非生产区人员、车辆进入生产区，减少对生产的干扰避免事故的发生。
6.原油罐区属于危险性较大的区域应远离人流车辆密集的场所和有明火散发火花的地点，且应位于最小风频的上风侧，所以布置在本站的东南角。
7.加热炉、锅炉房是直接火源，由于本地区全年最大风频方向为东南风，而最小风频为西南风，所以放在本站的东北角上，以减少发生火灾的危险。
8．由于变配电区火灾危险性小于其他区，而把它与其他各区放在一块有十分危险，所以布置时将其置于联合站内侧西北角，并用围墙隔开。
2.3.3 各区布置及设施
联合站各区的各种设备、建筑物按生产操作、火灾危险程度、经营管理等特点进行分区布置，各区建有道路沟通，便于安装、检修、消防等工作。
2.3.3.1 工艺区
工艺区主要进行原油的初加工，原油在该区经过三级分离，即一级油气水三相分离器分离、缓冲罐内油气二项分离、原油稳定塔内三相分离。两段脱水分别在三
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相分离器和电脱水器内进行，然后经过加热炉加热后外输。
2.3.3.2 原油罐区
本站设有四座10000㎡的外浮顶油罐，事故罐与净化罐可互为使用。因总容量大于20000㎡，所以需设置隔提。雨水排水口设在提的内侧，防火提内侧基角线至油罐外壁的间距8m，油罐与油罐外壁之间的间距为12m.
2.3.3.3 污水处理区
污水处理区在联合站内很重要，污水一般含油在0.2～0.8左右，既为了节约原油必须回收，又为了得到干净的水。含油污水处理避免了污油随意排放，保证了安全生产。
2.3.3.4消防区
消防区设有消防泵房及半固定式消防设施
2.3.3.5 加热区
油气集输系统站库采暖、生产及生活热负荷均由锅炉房供给
2.3.3.6变配电区
联合站属于一级负荷，采用双电源、双回路使供电不中断
2.3.3.7 行政管理区
站内设有综合楼一座，楼内设有调度室、办公室、会议室、仪修、库房、总机室等，另有化验、维修平房一座，门卫值班室。
2.3.4 场地利用及绿化考虑
总平面布置中已提及场地的各种布置，一般中小站场利用系数为45%～50%，大型站库的土地利用系数为60%～65%。绿化系数不小于10%，站库绿化对场地工作人员的工作环境的改善是很重要的。
2.3.5 联合站设备的选取及参数的设定
油气水三相分离器 4000*16800 5台
原油卧式缓冲罐 4000*17600 2台
电脱水器 3000*17000 4台
水套加热炉 HJ1250-H/2.5-Q 3台
外输泵 DJ280-43*9 3台
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循环泵 SJA6*8P*13L 3台
钢制外浮顶罐 1000㎡ 4座
2.4工艺流程设计
2.4.1流程设计原则
工艺流程应能保证联合站处理的油气产品质量符合要求，避免油气水无次序往返，反复节流、加热等现象。
工艺流程应节约能源，防止污染，保护环境，安全可靠，并有一定的灵活性。尽量采用先进技术，实现自动化控制。
2.4.2 本站工艺流程
本站除正常的生产流程外，还有站内循环以满足原油不需外输时的要求，还有原油罐区用以事故（如停电）发生后储存油品，等来电后，在进入正常工作，避免因联合站或外输管线的突发事故而影响油田生产。
2.4.3 站区工艺管线的不置及敷设方法考虑
在满足总平面分区布置的基础上，油气、热力、供排水管线及电路应尽量缩短长度，在满足水力、热力要求的条件下，线路布置尽量保持整齐美观。
场区各种地上、地下管线和供配电、通信线路，宜集中布置在场区道路的两侧，避免地上管线和电力电信线路包围工艺装置和独立的建筑物，并减小与场区道路的交叉，交叉时应取直交，必须斜交时，交叉角不小于45。
场区管线的敷设方式是根据场区土壤性质和地下水分布情况确定，一般应尽量减少埋地和管沟敷设的管道。
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第三章联合站工艺计算书
3.1 有关参数的计算
3.1.1 规模设计‘
3．1.1.1 原油处理能力（年工作日365天）
350 万吨/年=9589.0411吨/天=399.5434吨/小时
考虑油田生产不稳定性，取不稳定参数1.2
则原油处理能力为：9589.0411×1.2=11506.8493吨/天 399.5433×1.2=479.4520吨/小时
3.1.1.2 天然气处理能力
已知来油综合气油比为：55N㎡/t
则气体处理能力为：11506.8493×55=632876.7115N㎡/d 3.1.2油气物性计算
3.1.2.1原始数据
（1）原油密度 830.0㎏/㎡
（2）原油粘度 7.8448
（3）原油凝点 30
（4）原油比热 0.5
（5）原油含蜡 17.46%
（6）天然气密度 0.96
3.1．2.2原油物性参数计算
（1）密度
由（油气集输）式（4-42），在20 ～120 范围内
Pt=P20/1+a(t-20)
780 (2) 动力粘度 6 6 由《油田集输》式（4-44） Ut>=1000mpa.s时 c=10, a=2.52 10<=Ut<=1000 mpa.s时 c=100, a=1.44 Ut<10 mpa.s时 c=1000, a=0.76 式中，Ut Ut0——温度为t和t0时原油粘度，毫帕.秒 C,a-系数 （3）运动粘度 Ut=Vt/Pt 式中 Ut——t时原油的运动粘度 Vt——t时原油的动力粘度 Pt——t时原油的密度 由上面的公式，可以计算出各温度下原油的密度、运动粘度、动力粘度结果如表3-1所示 3.1.3有关设计参数的确定 3.1.3.1设计参数的确定 7 原油含水 70% 原油进站温度 40 进站压力 0.5MPa 油气水三相分离器进口温度 40 出口温度 55 控制压力0.5MPa 出口原油含水 <=20% 缓冲罐控制压力 0.15MPa 电脱水器脱水温度 52 操作压力 0.3MPa 出口原油含水 <0.5% 稳定塔稳定温度不低于60 操作压力 -0.03MPa 大罐储存温度 45～50 原油外输温度 60 外输距离 30km 油水在三相分离器中停留时间 5～30分钟 油水在电脱水器中停留时间 40分 3.2主要设备的选择 3.2.1三相分离器的选择 工作条件：进口温度：40℃出口温度：55℃ 控制压力：0.4MPa 3.2.1.1三相分离器的选取 由《油气分离器规范》表1选取4000×16800卧式三相分离器，有效长度L=16800×0.8=13440M，根据《油田油气集输设计手册》可知，工作页面在2/3～3/4之间，则取h=2/30=2.67m 由《油气集输式》式（3-80）， 8 计算集液部分弓形面积为 f=8.9090㎡ 集输部分的体积：V=fl=8.9090×13.440=119.737㎡ 由《油田油气集输设计手册》知，三相分离器的设计停留时间一般为5～30分钟，设液体在三相分离器内停留时间为12分钟，则单台三相分离器的处理量由公式 Q油=1440V/Bt 式中 Q油——原油处理量 B——载波系数 t ——原油停留时间 V——分离器集油部分的体积 由式（3-4）单台分离器的原油处理量： Q0=1440×119.737/1.4×12=10263.17㎡/d Tpi=t1+t2/2=47.5℃ P47.5=810.1㎏/㎡ 需要处理的原油总量为：Ｑ总＝11506849/810=14110.848㎡/d 处理的液体总量为14110.848/0.3=47036.16㎡/d 则需分离器的台数为 n=39456.2/10263.17=4.5 所以取n=5,则液体在分离器内停留时间为： t=1440×119.737×5/1.4×47036.16=13.09min 因分离器不设备用，当其中一台检修时，原油在其他分离器内的停留时间为：t=4×1440×119.737/47036.16×1.4=10.47min>10min 基本满足要求 3.2.1.2校核气体处理量 标准状况下天然气的密度为： 0.9408㎏/㎡ 天然气的相对密度为0.9408/1.206=0.7801 由《油气集输》求天然气的临界参数 9 当在0.5～1之间时 临界压力为4.61MPa 临界温度为215.01K 对比压力为0.1084 对比温度为1.5255 由《油气集输》，天然气的压缩分子可用下述简便方法计算： Ｚ＝1+(0.34×1.5255-0.6)×0.1084=0.9912 分离条件下气体密度为0.9408×0.5×273.15/0.1013×(55+273)×0.9912 =3.90㎏/㎡ 分离条件下的气体粘度： X=2.57+0.2781×0.7801+1063.6/328=6.015 y=1.11+0.04X=1.11+0.04×6.015=1.351 c=0.0115 所以粘度为1.15Pa.s 标况下，卧式分离器的气体处理能力： 取Ｂ＝１.４ Ｑ＝3×（3.14×4-8.9090）×0.5×273/0.1013×0.9912×328×1.4 =49.612㎡/s 所以选用5台卧式三相分离器，完全能够满足生产要求 3.2.2原油缓冲罐的选型 从三相分离器出来的油水混合物含水20%，出口温度55℃，此时油水混合物的密度为0.8P0+0.2PW=0.8×804.83+0.2×1000=843.86㎏/㎡ 从三台三相分离器出来的含水油在55℃的体积流量，Q=Ｑ０＋Ｑｗ 其中：Ｑ０＝11506849/804.8=14300㎡/d Qw=14300/4=3574.4㎡/d 则Gw=3574.4t/d G总=15081.29t/d Q总=0.2069㎡/s 10 查文献得知规格4000×17600 假定来油停留15分钟，一台缓冲分离器的日处理量为9600㎡/d Ｑ０＝Ｇ总/P=11506849/0.8×804.8=17880㎡/d n=Q0/Q=17880/9600=1.86 取 n=2 由于罐内压力超过控制压力时，控制阀会自动打开，所以缓冲罐的罐压力可保持在0.15MPa. 3.2.3电脱水器的选取 3.2.3.1 确定电脱水器的台数 操作温度：52℃ 操作压力：0.3MPa; 查《油田油气集输设计技术手册》知选取3600×14000的电脱水器，其中空容积是155.7㎡/台，且知道一般原油在电脱水器中的停留时间是40分钟。 一级分离后，进入电脱水器的原油含水率为20%，由《油田油气集输设计技术手册》计算单台电脱水器的含水原油的体积流量： 单台电脱水器的含水原油体积流量： Ｖ＝Ｖi/t 式中 V——单台电脱水器处理的含水原油体积流量 Vi——电脱水器的空罐容积 T——选定的含水原油在电脱水器内的停留时间 由式（3-5） Ｖ＝Ｖi/t=155.7×60/40=233.55㎡/(h.台) 则，经电脱水器处理的含水原油的体积流量为： ∑V=479451.6/806900×0.8=742.74㎡/h 由《油田油气集输设计技术手册》计算所需的电脱水器运行的台数 n=∑V/V=742.74/233.55=3.18台 所以取n=4台 11 3.2.3.2电脱水器的校核 实际的体积流量为：V=742.74/4=185.685㎡/h 实际的停留时间： t=155.7×60/185.685=50.31min>40min 当一台检修时，即n=3 单台体积流量为V=742.74/3=247.58㎡/h 且120%V=1.2×233.55=280.26㎡/h>V=247.58㎡/h 即选用了4台3000×11000的电脱水器满足要求 3.2.4加热炉的选型 站内油品共有三次加热，分别是： （1）油品从电脱水器到稳定过程中需要加热 （2）原油从净化罐到外输泵的过程中需要加热 （3）在事故流程中，油品从低含水罐到电脱水器的过程中需要加热 下面分别计算： 3.2. 4.1油品进入稳定塔前需要的加热炉 进口温度52℃，出口温度60℃，此时原油含水<0.5%，所需热量分两部分进行 （1）加热纯油需要的热量： 从《油田油气集输设计技术手册》计算加热炉的热负荷： Q=GmCp(t1-t2)/3.6 式中 Q——被加热介质所需的热负荷 Gm——被加热介质质量流量 Cp——被加热介质定压比热容 T1——被加热介质入炉温度 T2——被加热介质出炉温度 Q油=479.4516×0.5×4.2×（60-52）/3.6=2237.44kw (2)加热炉中水所需热量： Q水=479.4516×0.005/0.995×4.2×(60-52)/3.6=22.49kw 12 (3)油和水所需的总热量： Q油+Q水=2237.44+22.49=2259.93kw n=2259.93/1250×90.6%=1.98 取n=2台 选2台HJ-H/2.5-Q微正压燃烧加热炉基本满足要求 3.2. 4.2 原油从净化到外输泵所需要的加热炉的台数 净化油罐中油品为45℃，外输温度为60℃，则加热炉的热负荷为：Q=GmCp(t1-t2)/3.6=479.4516×0.5×4.2×(60-45)/3.6=4195.20kw 考虑到同一站内最好使用同一型号的炉子，则选用HI1250-H/2.5-Q微正压燃烧水套炉，所需台数为： n=4195.20/1250×90.6%=3.70 选取4台 所以，选取4台HJ1250-H/2.5-Q微正压燃烧加热炉基本满足要求。 3.2. 4.3油品从低水罐到电脱水器的过程中所需要的加热炉的台数 低含水油罐油温为45℃，电脱水器的操作温度为52℃，此时油水共存，也分两部分计算： （1）加热纯油所需要的热量： Q油==GmCp(t1-t2)/3.6=479.4516×0.5× 4.2× (52-45)/3.6=1957.725kw (2) 加热炉油中水所需要的热量 Q水=479.4516/0.8×0.2×4.2×(52-45)/3.6=978.88kw 总热量为 Q=Q油+Q水=1957.725+978.88=2936.61kw 即加热炉的总负荷为2936.61kw，由 3.2.4.1中计算可知选三台HJ1250-H/2.5-Q微正压燃烧水套加热炉满足要求。由于油品从低含水油罐到电脱所需加热炉可以与从净化罐到外输泵所需加热炉公用，故选4台加热炉。 3.2.5罐的选取 由《油库设计和管理》计算站内油罐总容量： 13 V=MT/365Ｐ 其中V——油库的设计容量 M——油田预计全年输往该油库的总容量 P——原油密度 T——储存天数，取3天 V=350000000×1.2×3/365×811.86×0.9=47000 所以，选取10000的浮顶罐的台数为n=5台，其中含水油罐和净化罐互为备用。 14 经过设计与计算该联合站主要布置为储罐区、生产工艺区、消防区、污水处理区、气体处理区和辅助生产区。站内主要工艺流程包括：有泵密闭流程、无泵密闭流程和停电流程。 在设计中，首先根据任务书和当地的实际情况进行了站址的选择和设计方案的确定，然后再基本参数即热力和水力计算之后进行了站内设备设施及管线管径的选取，本站共选了三台分离器、两台原油缓冲罐、四台电脱水器、四台加热炉、五台浮顶罐。在此基础上设计并完成了总平面布置图。 15 经过近两个月的毕业设计，我充分结合自己学过的理论知识，并参阅了大量的有关资料，同时结合在以前生产实习中获得的实践知识，使我对联合站的设计工作有了整体的了解和初步认识，得到了不少收益。 在本次设计中，我得到了老师的悉心指导和同学的帮助，在此表示感谢。 16
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