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1、题目三 某轮换计量集输站场施工图设计1.设计资料和原始数据1）每口井的井口压力及气量数据：井号 气量（10 4m3/d） 井口压力（MPa）1 井 2 62 井 3 73 井 5 102）天然气气质参数：(%V)CH4 93.81C2H6 4.48C3H8 0.74C4H10 0.358C6+ 0.107N2 0.47He 0.0353）该集输站场要求出站压力为 3MPa。2.工程设计要求1）要求该站具有调压、集气、分离、轮换计量、加热防水合物生成以及清管的功能，确定站场工艺流程。2）进行站场工艺计算（站场设备计算并进行设备选型） 。3）绘制工艺流程图。4）进行站场工艺装置区的设备布置，绘制工
2、艺安装图。3.提交设计成果1）工艺流程图和工艺安装图；2）设计说明书、计算书。4.设计步骤4.1 技术路线及方案比较对于硫化氢含量低(约在 0.5以下)和凝析油含量不多的天然气，只需在矿场集气站内进行节流调压和分离计量等操作，就可以输住用户。在这种情况下，可以采用常温分离的集气站流程。1)常温分离单井集气站流程在这种流程中，所有用来调节气井工作、分离气体中杂质、测量气量和凝析液、防止水化物形成等的设备和仪表都直接布置和安装在距井口装置不远的地方。在这种情况下，每口井一般都有工人进行管理。2)常温分离多井集气站流程常温分离多井集气站流程也可分为两种型式A 型流程，它的特点是三相分离 ；B 型流程
3、，它的特点是气液分离。这两种常温分离多井集气站流程，其井数可以根据集输系统流程图设计，所辖井数不受限制。3)常温分离多井轮换计量流程该流程适用于单井产量较低而井数较多的气田。全站按井数多少设置一个或数个计量分离器供各井轮换计量；再按集气量多少设置一个或数个生产分离器，分离器供多井共用。需要选型计算的设备有：分离器、水套加热炉、安全阀、调压阀、节流阀和站内管线。4.2 各设备选型的比较和计算公式4.2.1 分离器的选型比较卧式分离器与立式分离器的比较和选择：对于正常的油气分离，特别是出现乳化、泡沫或高气油比的场合，卧式分离器可能是最经济的。在低气油比的场合，立式分离器工作得最有效；在非常高的气油
4、比场合(比如在从气体中仅仅需要脱除液体雾沫所使用的气体洗涤器)，也可以使用立式分离器。综合考虑，本设计采用卧式气液两相分离器。出站压力 P=3MPa，相对密度 0.595 查图 2-12 取水合物形成温度 81.计算视临界压力 Pc 、Tc虚拟临界温度和虚拟临界压力计算（2-7-1）niiTx1cc（2-7-2）niixp1cc式中 Tc气体混合物的虚拟临界温度，K；Pc气体混合物的虚拟临界压力，kPa（绝） ；Tci组分 i 的临界温度，K；Pci组分 i 的临界压力，kPa（绝） ；x i组分 i 的分子分率。Pc=4.60 MPaTc=197.8 K2.计算视对比压力 Pr、Tr对比温度
5、和对比压力计算（2-7-3）crT（2-7-4）crP式中 Tr气体混合物的对比温度，K；Pr气体混合物的对比压力，kPa（绝） ；T气体混合物的操作温度，K；P气体混合物的操作压力，kPa(绝)；Tc气体混合物的虚拟临界温度，K；Pc气体混合物的虚拟临界压力，kPa(绝)。Pr=P/Pc=0.65Tr=T/Tc=1.42查图 P37 1-18 取压缩因子 Z=0.923. 操作条件下混合气体的密度(2-7-7)zTP100GP式中 GO气体混合物在标准状况下的密度，kg/m 3； GP气体混合物在操作条件下的密度，kg/m 3；MG气体混合物的虚拟分子量；VG气体混合物的分子体积， VG=2
6、2.4；T0标准状况温度， T0=273K；P0标准状况压力， P0=101.325kPa； T操作条件温度，K；P操作条件压力，kPa（绝） ；z气体混合物的压缩因子。G= 24 kg/m4. 气体混合物相对密度 =0.595，已知。5.根据低压气体粘度 P18 公式（1-32） 图 1-3 G气体在操作条件下的动力粘度 0.065*10 -3 Pas6.气体混合物导热系数计算烷烃气体混合物在较高压力条件下的导热系热，可通过常压条件下的导热系数和压力校正计算求得。图 2-8-43 为常压下不同分子量烷烃气体混合物的导热系数曲线图。操作条件下的导热系数需进行压力校正，可按下列公式计算求得。（2
7、-7-17）AK式中 K操作条件下的导热系数，W/（mK） ；导热系数比，可由图 2-8-44 查得；书 P31 查得 1.1AKA常压条件的导热系数，W/（mK） ，可由图 2-8-43 查得。0.02K=1.1*0.02=0.022 ，W/（mK）7.气体混合物导热系数计算烷烃气体混合物在较高压力条件下的导热系热，可通过常压条件下的导热系数和压力校正计算求得。图 2-8-43 为常压下不同分子量烷烃气体混合物的导热系数曲线图。操作条件下的导热系数需进行压力校正，可按下列公式计算求得。（2-7-17）AK式中 K操作条件下的导热系数，W/（mK） ；导热系数比，可由图 2-8-44 查得；书
8、 P31 查得 1.1AKKA常压条件的导热系数，W/（mK） ，可由图 2-8-43 查得。0.02K=1.1*0.02=0.022 ，W/（mK8.气体混合物的比热计算天然气为多组分气体，需按气体混合物计算比热，可用下列公式进行计算。（2-7-niiPCx1p018）式中 气体混合物的定压比热，kJ(kgmol)；0PCxwi组分 i 物质量分率；Cpi组分 i 的定压比热，kJ(kgol)。气体的定压比热与压力有关。当压力大于 4.59102kPa 时，应进行压力校正。根据气体混合物组成， 可由图 2-8-45 查得，并按公式（2-7-18）计算理想气体混0P合物的定压比热。Cp=2.1
9、 kJ(kg)工艺才场站计算：1.计算液体沉降速度 w01）液滴在分离器中的沉降速度计算：（2-7-100 ）fgdGLW3)(40=0.067 m/s式中 W0液滴在分离器中的沉降速度，m/s；dL液滴直径 m，取得 6010-610010-6m；L液体密度，kg/m3；1000 kg/mG气体在操作条件下的密度，kg/m3；24 kg/mg重力加速度，m/s；9.8 m/sf阻力系数。用下式（2-7-101）计算 f.(Re2),再查图 2-7-5 得出 f 值(需要补 GB50350-2005 附录 B 的图 B)。（2-7-232)(4).(ReGLgdf101）f(Re2)=4*9.
10、8*(1/10000)3*(1000-24）*24/3/(0.065/1000)2=72.4f=12G气体在操作条件下的动力粘度，Pas。0.065*10-3 Pas（2）分离器内丝网捕雾器计算：（2-7-102）GLSBK)(max=0.68m/s式中 气体通过丝网最大允许速度，m/s ；maxKSB桑得-布朗（Souders-Brown）系数，KSB 取 0.107m/s。3.节流前后温度一号井节流 初始压力 6MPa 节流后压力 3MPa 反查图 2-13 P52 天然气集输工程得 在不形成水合物的条件下允许达到的膨胀程度 始点温度应为 22温度富裕量取 5 则节流降压前的操作温度应为
11、27二号井节流 初始压力 7MPa 节流后压力 3MPa 反查图 2-13 P52 天然气集输工程得 在不形成水合物的条件下允许达到的膨胀程度 始点温度应为 26温度富裕量取 5 则节流降压前的操作温度应为 31三号井节流 初始压力 10MPa 节流后压力 3MPa 反查图 2-13 P52 天然气集输工程得 在不形成水合物的条件下允许达到的膨胀程度 始点温度应为 33温度富裕量取 5 ，则节流降压前的操作温度应为 38。a）分离器的直径气田地面工程设计77 页04231036.pWKTZqkDv式中：q v气体流量，m 3/h (P0=0.101325MPa T0=293K 条件下)；K2气
12、体空间占有的面积分率 K2取 0.63K3气体空间占有的高度分率，K 3取 0.6K4分离器长径比，K 4=L/D；P1.8MPa 时：K 4=3.0;1.8P3.5MPa 时：K 4=4.0;P3.5MPa 时：K 4=5.0Z气体压缩系数（压缩因子） ；0.92T操作温度，K；281KP操作压力（绝压） ，MPa；3MPaD分离器内径，m；W0液滴沉降速度， （m/s）0.067 m/sb）分离器进出口直径计算00864.785vPTZqdu式中 标况下气体的流量，m 3/svqd进口、出口管直径，m；u进口、出口管内气体流速，经济流速取 15m/sc）分离器进出口管壁厚CFpDS2式中：
13、 钢管壁厚，mm；p设计压力，MPa；D钢管外径，mm； S钢管最低屈服强度，MPa，取 245MPaF设计系数（站场内部管线，穿越河流，铁路及公路管段，F=0.5；野外地区敷设的管线，F=0.6） ，取 0.5焊缝系数（对于符合现行的国家标准输送流体无缝钢管规定的钢管， 值取 1.0） ；C腐蚀裕量附加值，mm（当钢管不刷内涂层或不注缓蚀剂时， 中等腐蚀，C 值取 1；强腐蚀，C 值取 2） ，取 2节流前温度，K节流温度降节流后温度，K标况下气量 m/h分离器直径分离器进出口直径d（m)一号井 300 18.7 281.3 833.3 0.1771 0.0242二号井 304 22 282
14、 1250 0.2169 0.0296三号井 311 28 283 2083.3 0.2800 0.03834.2.2 水套加热炉的计算水套加热炉是一种间接明火式加热器，在天然气和石油矿场上用得非常普遍。它是一个内部盛满加热流体(通常是水)的卧式圆筒形大容器。管和火管就沉浸在加热流体中。在水套加热炉内，燃料燃烧所产生的热量通过火管传给(加热)流体，然后再传给盘管内所需加热的冷流体。盛满水的大容器通常在大气压力下工作。而盘管则必须承受比较高的流体压力。水套加热炉所需热负荷Q=1.1qv gCp(t1-t0) 式中：Q水套炉所需热负荷，KJ/h;qv天然气标况下流量，m 3/h;g天然气标况下密度
15、，kg/m 3;Cp天然气在 Pcp 和 tcp 条件下的定压比热，KJ/(kg, 0C);P26取 2.1t1天然气加热后温度， 0C;t0天然气加热前温度， 0C钢管壁厚（mm） t1, t2， Q，KJ/h一号井 2.2969034031 27 25 66248.49二号井 2.3636309203 31 25 299376三号井 2.4694454995 38 25 10810804.2.3 安全阀的计算安全阀计算公式气田地面工程设计 46 页 10.97GAMCKPZT式中： A安全阀通道截面积，cm 2；G安全阀最大泄放量，kg/h；R安全阀在最大泄放量时的进口压力，MPa（绝） ；K流量系数，取 0.9；Cf（k）与气体的绝热指数 k 有关；M气体千克分子量，取 17.2338；T1安全阀进口处绝对温度，K；Z 气体压缩系数 4.2.4 调压阀的计算调压阀计算公式气田地面工程设计470.2380.4762132.98()vqZTdP
