油田放空管线课程设计

摘要根据查《GB50350-2005油气技术设计规范》和《油田油气集输设计技术手册》 上的一些基本公式和一些原理，用的反推设计的方式，计算放空管路内的出压力 降，并且设计了放空系统内合适的分离器大小和火炬直径和火炬高度假设：气 体在管线中的流动为稳定流动，即在管线的任一截面上气体质量流量不变，即流 量Q不变气体在管线中的流动过程为等温过程，即温度T不变放空管线长度为 30m 关键词：放空管线 输气 管道 火炬目录摘要 21 设计资料和原始数据 42 遵循的主要规范、标准 43 设计步骤 53.1 管道 53.2 火炬 84.3 计算 104 总结 121 设计资料和原始数据1） 单井的温度、井口压力、产量及出站压力数据：温度（°C）井口压力（MPa）单井产量（X 104m3/d）出站压力（MPa）50251032） 天然气组成：甲烷79.21乙烷9.23丙烷2.72异丁烷0.54正丁烷0.64异戊烷0.19正戊烷0.16己烷及更重组分0.37氮气4.82一氧化碳2.13取样含空气0.68平均分子量20.25临界温度210.2理想体积咼位发热量40.41真实体积咼位发热量40.52相对密度0.7临界压力4601.2理想体积低位发热量36.6真实体积低位发热量36.72 遵循的主要规范、标准1) 《油气集输设计规范》GB50350 —2005；2) 《石油天然气工程制图标准》 SY/T 0003-20033) 《石油天然气工程设计防火规范》 GB50183—2004；4) 《石油天然气工业输送钢管交货技术条件 第 2 部分： B 级钢管》(GB/T9711.2—1999)；5) 《石油天然气工业输送钢管交货技术条件 第 3 部分： C 级钢管》(GB/T9711.3—2005)；6) 《高压锅炉用无缝钢管》(GB5310—1995)；7) 《输送流体用无缝钢管》(GB/T8163 —1999)；8) 《油气田及管道仪表控制系统设计规范》 SY/T0090—96；9) 《石油地面工程设计文件编制规程》(SY/T0009 — 2004)。

10) 《油气田地面管线和设备涂色规定》 SY0043—96；11) 《气田地面工程设计节能技术规定》 SY/T6331—97；12) 《天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求》 SY/T0599－ 1997；13) 《油气分离器规范》 SY/T 0515-199714) 林存瑛编. 天然气矿场集输. 北京：石油工业出版社. 199715) 《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. 19943 设计步骤一、管道首先，我们要求出压力降，已知起点压力，只要我们求出终点压力，就可以 求出压力降所以一下推导可以求出终点压力 假设：气体在管线中的流动为稳定流动，即在管线的任一截面上气体质量流量不 变，即流量Q不变气体在管线中的流动过程为等温过程，即温度T不变放空管线长度为30m① 、终点压力压力P2:当输气管道沿线的相对高度Ah < 200时，应按下式计算:Q = 1051乍-p 2勺5九 zATL0.51-1)式中：Q—标况下气体的流量（m3d）：Pl--输气管道计算段的起点压力（绝）（MPa）；P2--输气管道计算段的终点压力（绝）（MPa）；d--输气管道内直径（ cm）；九一水力摩阻系数；z--气体的压缩系数；A --气体的相对密度；T--气体的平均温度；L--输气管道计算段的长度（km）；公式中，要求终点压力。

但水力摩阻系数、压缩因子未知，所以根据以下公式求水力摩阻系数、压缩因子② 、压缩因子:根据对于干气：p = 4.881-0.3861SpcT 二 92.2 + 176.6SpC求出拟对比参数: p=丄pr p pc 压缩因子Z二申0 ,T ），查图得 pr pr③ 、水力摩阻系数：SHE 畜适用范颅计算公丈J??i VJ?*VR“ 时 _665- 7651»AW器)阻力平方只f&s A jF?#i态,64——S«. 1,4水力阻力礙數去计Jf公式水力光滑区恥帕＜KffV&L当禺＜1(?时山.*黄器适冗柩的卄算公買农 V20OQ公式：Re二—Kdou —原有运动粘度m 2fsQ—管内流量m3 s式中：九一水力摩阻系数;求得：④ 、管道直径：d = .'，4QQ—实际状态的流量m3.；s ；d--管内径 mV—经济流速mis⑤ 、管道壁厚计算公式：―旦+ C2oF©1-2)1-3)1-4)雷诺系数：p——管线设计的工作压力，MPad 管线内径，mm0 ——焊缝系数：无缝钢管© =1c ——刚性屈服极限，Mpa（查表1）s钢管材质优质碳素钢碳素钢A3F低合金钢16MnAPIS-SL1020X52X60X65X70c ，MPas205245235353358413448482表 1F——设计系数（查表2）f-'j"工作环境管线野外地区居住区，油气田站内部、穿跨越铁路公路小河渠（常年枯水面宽W20m）输油管线0.720.60输气管线0.600.50表 2C——腐蚀余量，根据所输介质腐蚀性大小取值，当所输油、气中不含腐蚀性物 质时C=0,当所输油、气中含腐蚀性物质时C=0.5〜1.0mm 根据公式可以求出管道的壁厚。

⑥、经济流速v = J （1-5）0.5pP--入口压力p --气体密度根据以上的推导，可以求出进入分离器前的压力 P2 从而我们可以求出压力降二、火炬1、 放空气体应经放空竖管排入大气，并应符合环境保护和安全防火要求2、 输气干线放空竖管应设置在不致发生火灾危险和危害居民健康的地方其高度应比附近建构筑高出2M以上，且总高度不应小于10M3、 输气站放空竖管应设在围墙外，距离围墙不应小于10M，其高度应比附近建 构筑物高出2M及以上，且总高度不应小于10M4、 放空竖管的设置应符合下列规定：5、 放空竖管的设置应满足最大的放空量要求6、 禁止在放空竖管顶端装设弯管7、 放空竖管底部弯管和相连的水平放空引出管必须埋地，弯管前的水平埋设直 管段必须进行锚固8、 放空竖管应有稳管加固措施火炬燃烧器的直径火炬，特别是火炬燃烧器必须有合理的直径以保持火焰稳定及防止吹熄实验表明，当火炬气体出口速度为该气体声速的20% ~30%时， 火这些结果是用小直径管子实验得到的，实践证明比用较大的直径可以达到较高的吹熄速度但是在缺乏火炬吹熄速度的情况下，习惯做法是以 20%声速为基础作为出口速度来决定火炬尺寸。

火炬燃烧器直径按下式计算d 2 —690000、Md—燃烧器直径mW--事故时气体最大排放量， kg/h;T--气体温度， K；M--气体分子量分离罐直径计算：2-1)D — 0.0159W J2-2)热辐射强度计算式：q _ 「2217导 jq _ 4n「x 2 + H(H +120Dq—热辐射强度，KJ / C - m2)；2-3)w—最大气流量，kg/hM--气体分子量；x--计算点距火炬的平面长度， m;H--火炬高度， m；D--火炬直径， m.假定火炬底部的热辐射强度不能超过16800kJ/(h・m2)，则x=0代入上式得到 火炬高度H =七 0.01W、M + 3600D 2 - 60D (2-4)以上是设计的放空系统中所有需要的公式，现在根据我们所设计的单井数据进行 进一部的设计三、计算第一部分：高压放空1、经济流速：二 14.7m / s[p _ [25 x 10305? 0.5 x 229管道直径：d =呢=F16VT = \：14.7 x 3.14=0.32m管道壁厚：32.7x10-3 m25 X °・32 + 0 =2 x 245 x 0.5 x 1雷诺系数：4QRe = Q = 440.6 兀duRe < 2000•••为层流 水力摩阻系数：九=64 =_^ = 0.145Re 440.6Q = 1051p P^d5 T5九 zATL=1051(252 - P 2)X 1.1520.042 x 0.83 x 0.7 x 323 x 0.030.5求得 P = 20.27MP2a压力降就为：25 - 20.27 二 4.73MPa2.火炬燃烧器直径按下式计算：d2 _ W 可 _ 1169.2 '50 + 273 —690000 M _ 690000 20.25d _ 0.08m分离罐直径计算：1D _ 0.0159W 2_ 0.097m( 323 \ 0.25_ 0.0159 x 1169.20.5 x 1780 x 20.25 x 20.27 丿上式适用于单流式分离。

立式分离直径是其 1.4 倍分离罐的直径又是火炬直径的 3~4.5 倍则：11火炬的直径D「，_ 1.4x— D _ 1.4x —x0.097 _ 0.034m 火炬 4 4火炬高度:H _ *'0.01W、M + 3600D 2 - 60D^'0.01 X 1169.^/20.25 + 3600 x 0.0342 - 60 x 0.034_ 5.54 m第二部分 低压放空同样根据上述分析方式求出1、经济流速：'p 3 x 103 …/v _ _ _ 14.0m / s0.5p 0.5 x 62.56管道直径：d _徑阿= \1：0XI： _0.325m管道壁厚：3.98x10-3 m3 X 0.325 + 0 _2 x 245 x 0.5 x 1雷诺系数：4QRe 二 Q 二 1687.3 兀duRe < 2000•••为层流 水力摩阻系数：“詈二 16873 二 0.038Q = 1051¥ - p 2 勺5九 zATL0.5=1051(6.932 — P 2)x 2.1520.040 x 0.83 x 0.7 x 292 x 0.030.5求得 P = 1.68MP2a压力降就为：3 -1.68二1.32MPa2.火炬燃烧器直径按下式计算：d2 _ W [T _ 1169.2 ；19 + 273—690000 Y M _ 690000 20.25d _ 0.08m分离罐直径计算：1D _ 0.0159W 2_ 0.0159 x 1169.20.5 x [ 292 丫"1780 x 20.25 x 1.68 丿_ 0.176m11火炬的直径D「_ 1.4x— D _ 1.4x —x0.176 _ 0.062m火炬 4 4火炬高度:H _ \' 0.0叭M + 3600D 2 — 60D_ <0.01 x 1169.2、20.25 + 3600x 0.0622 — 60x 0.062_ 4.46m总结高压放空系统中：管道内径0 0.3527 *0.0327m，终点压力20.27MPa，压差为4.73MPa。

火炬的直径为0.034m，高度为5.54m低压放空系统中：管道内径00.32898 *0.00398m，终点压力1.68MPa，压差为1.32MPa火炬的直径为0.062m，高度为4.46m。