海外地面工程中央處理站設(shè)備配管設(shè)計(jì)實(shí)踐及特點(diǎn)

譚蕊，耿一臻，范宇，程浩力

（中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司北京設(shè)計(jì)分公司，北京 100085）

配管設(shè)計(jì)是油田地面工程的重要組成部分，為了保證站場(chǎng)建成后的運(yùn)行質(zhì)量，需要科學(xué)的進(jìn)行配管設(shè)計(jì)，促使廠(chǎng)區(qū)內(nèi)各個(gè)系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。配管設(shè)計(jì)需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工及運(yùn)營(yíng)需求，在不斷的優(yōu)化過(guò)程當(dāng)中進(jìn)行調(diào)整和完善。目前而言，油田地面工程配管設(shè)計(jì)方面的研究有很多[1～7]，但是針對(duì)于常用設(shè)備間工藝管線(xiàn)走向特點(diǎn)的研究比較少，本文通過(guò)研究設(shè)計(jì)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對(duì)管道布置的要求，結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)油田地面工程中常用設(shè)備間的典型配管方式進(jìn)行總結(jié)。

1 概述

油田地面工程中央處理站的設(shè)備及管線(xiàn)整體布置以平鋪為主，按照工藝系統(tǒng)不同，站場(chǎng)內(nèi)分為油區(qū)、氣區(qū)、水區(qū)、公用區(qū)及火炬區(qū)，各區(qū)域內(nèi)設(shè)備集中布置，通過(guò)各區(qū)域管廊串聯(lián)起全場(chǎng)。場(chǎng)區(qū)平面布置示意圖詳見(jiàn)圖1。

圖1 場(chǎng)區(qū)平面布置示意圖

2 常用設(shè)備典型配管

油田地面工程常用設(shè)備主要包括臥式分離器、換熱器、空冷器、電脫設(shè)備、塔器、泵等[8-10]，每類(lèi)設(shè)備均有各自的配管特點(diǎn)，以下逐一對(duì)各設(shè)備的典型配管方式及配管設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)。

2.1 臥式分離器

分離器屬于壓力容器的一種，可用來(lái)分離、儲(chǔ)存、緩沖的設(shè)備，主要用途是分離氣體和液體或分離互不相溶液體。油田地面工程常用的分離器為兩相或三相分離器，對(duì)油、氣、水三相進(jìn)行分離。

臥式分離器配管要求：

（1）工藝要求：對(duì)于分離器頂部氣相管道，為避免積液，管道應(yīng)采取步步高的方式，接入管廊。

（2）配管特點(diǎn)：分離器頂部管口一般沿設(shè)備中心線(xiàn)成一排布置，管口一側(cè)為操作區(qū)域，不進(jìn)行管線(xiàn)布置，管線(xiàn)布置在管口另一側(cè)。若管線(xiàn)從管口接出后均需沿罐體長(zhǎng)軸方向布置，接入管廊匯管，則管線(xiàn)應(yīng)在非操作區(qū)一側(cè)集中布置，管底標(biāo)高保持一致。分離器底部油出口及水出口接出的管線(xiàn)，分別布置在分離器兩側(cè)，接相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥組后上管廊，調(diào)節(jié)閥組操作側(cè)要留有操作空間（至少800mm），以滿(mǎn)足操作及維修需求，操作區(qū)域不進(jìn)行管線(xiàn)布置。

（3）分離器典型配管方式詳見(jiàn)圖2。

圖2 分離器管線(xiàn)布置圖

2.2 換熱器

換熱器是用來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量傳遞和交換的設(shè)備，熱量通過(guò)換熱器從高溫介質(zhì)傳向低溫介質(zhì)，使介質(zhì)溫度能夠滿(mǎn)足工藝要求[2]。換熱器典型流程詳見(jiàn)圖3。

圖3 換熱器典型流程

2.2.1 單臺(tái)換熱器配管方式

單臺(tái)換熱器配管特點(diǎn)：

對(duì)于單臺(tái)換熱器，冷熱介質(zhì)進(jìn)出口管線(xiàn)分別布置在換熱

器兩側(cè)，管道安裝區(qū)域應(yīng)留有至少800mm的操作通道。抽芯區(qū)域及換熱器軸線(xiàn)正上方不進(jìn)行管線(xiàn)和閥門(mén)布置。管道安裝高度分兩層，每層管底標(biāo)高保持一致，管道1～4布置在高層，高度不小于2.2m，管道5～8通常需要安裝進(jìn)出換熱器閥門(mén)，故布置在低層，高度設(shè)置在0.6m～0.8m。單臺(tái)換熱器典型配管平面圖詳見(jiàn)圖4。

圖4 單臺(tái)換熱器典型配管平面圖

2.2.2 多臺(tái)換熱器配管方式

（1）工藝要求：對(duì)于兩相流介質(zhì)，換熱器的入口管道需采取對(duì)稱(chēng)布置，增加傳熱效果。

（2）多臺(tái)換熱器配管特點(diǎn)：對(duì)于兩臺(tái)或兩臺(tái)以上并聯(lián)操作的換熱器，冷熱介質(zhì)管道進(jìn)出口管線(xiàn)布置在換熱器兩側(cè)，管道操作區(qū)域留有至少800mm的操作通道。管道安裝高度分三層，每層管底標(biāo)高保持一致，管道1～4布置在高層，管線(xiàn)高度可與管廊層高在同一高度，管道5～8布置在中層，安裝高度不小于2.2m，管道9～16通常需要安裝進(jìn)出換熱器閥門(mén)，故布置在低層，高度設(shè)置在0.6m～0.8m。多臺(tái)換熱器典型配管平面圖詳見(jiàn)圖5。

圖5 多臺(tái)換熱器典型配管平面圖

2.3 空冷器

空冷器可通過(guò)利用空氣替代水或其他冷卻介質(zhì)從而實(shí)現(xiàn)熱交換的過(guò)程。與水冷相比，空冷器具有節(jié)約水資源、降低環(huán)境污染、節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)?？绽淦饔晒苁L(fēng)機(jī)、風(fēng)箱、百葉窗、構(gòu)架及其他附件構(gòu)成。熱介質(zhì)在管束內(nèi)流動(dòng)，風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣流動(dòng)穿過(guò)管束，使管束內(nèi)高溫介質(zhì)得到冷卻，以達(dá)到換熱目的[3,4]。

空冷器配管要求：

（1）工藝要求：空冷器入口管道不應(yīng)有“液袋”且宜對(duì)稱(chēng)布置；當(dāng)介質(zhì)為氣液兩相流時(shí)，進(jìn)出口管道應(yīng)對(duì)稱(chēng)布置，使各片空冷器流量均勻。

（2）配管特點(diǎn)[5]：空冷器根據(jù)管口數(shù)量不同，進(jìn)出口管線(xiàn)典型配管形式如圖6。

圖6 空冷器典型配管示意圖

2.4 電脫設(shè)備

電脫水的基本原理是利用水是導(dǎo)體，油是絕緣體這一物理特性，將W/O型原油乳狀液至于電場(chǎng)中，乳狀液中的水滴在電場(chǎng)作用下發(fā)生變形、聚結(jié)而形成大水滴從油中分離出來(lái)。電脫水器主要用途是使原油達(dá)到規(guī)定的含水量指標(biāo)。

電脫設(shè)備配管方式：

電脫設(shè)備底部分別有入口及水出口各兩個(gè)，沿設(shè)備中心線(xiàn)布置，入口及水出口匯管在分離器兩側(cè)布置。管線(xiàn)從入口及水出口接出后，分別拐向兩側(cè)，入口接入入口匯管，水出口接入水出口匯管，兩匯管接相應(yīng)調(diào)節(jié)閥組后上管廊。調(diào)節(jié)閥組操作側(cè)要留有至少800mm的操作空間，以滿(mǎn)足操作及維修需求，操作區(qū)域不進(jìn)行管線(xiàn)布置。電脫設(shè)備頂部有油出口兩個(gè)，沿設(shè)備中心線(xiàn)布置，管口一側(cè)為操作區(qū)域，不進(jìn)行管線(xiàn)布置，油出口管線(xiàn)接出后均拐向管口另一側(cè)，與油匯管相連，油匯管接入管廊。電脫設(shè)備典型配管詳見(jiàn)圖7。

圖7 電脫設(shè)備典型配管平面圖

2.5 塔器

油田地面工程常用塔器設(shè)備主要為脫氣塔。脫氣塔主要作用是把原油經(jīng)過(guò)密閉處理，脫除原油中輕質(zhì)烴類(lèi)，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等，將其分離出來(lái)并加以回收利用。

塔器配管要求[6]：

1）工藝要求：塔底進(jìn)泵管道應(yīng)步步低布置，不得出現(xiàn)袋形，以免塔底泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。塔頂氣體管道步步低布置，不得出現(xiàn)袋形，防止積液。

2）配管方式：

（1）塔的布置應(yīng)劃分為操作側(cè)和管道側(cè)。管道應(yīng)布置在管道側(cè)，不得四周均布，管道側(cè)需朝向管廊。

（2）管線(xiàn)應(yīng)盡可能沿塔敷設(shè)，管道側(cè)的“管束”盡量布置在距設(shè)備中心同一曲率半徑上，如圖a所示，也可將管道布置在平行于設(shè)備切線(xiàn)的位置上，如圖b所示。管外壁距塔外壁凈距至少為100mm。

圖8 塔器管束平面布置圖

2.6 泵

泵是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體能量的機(jī)器。泵用來(lái)增加液體的位能、壓能、動(dòng)能。泵的種類(lèi)很多，油田地面工程常用的泵按其作用原理可分為如下兩大類(lèi)[7]：

（1）葉片式泵

通過(guò)泵軸旋轉(zhuǎn)來(lái)帶動(dòng)葉輪葉片旋轉(zhuǎn)，給液體施加動(dòng)能。典型的葉片式泵主要有離心泵、軸流泵、混流泵、旋渦泵等。

（2）容積式泵

通過(guò)泵缸體內(nèi)的容積周期性變化，給液體施加能量。典型的容積式泵主要有往復(fù)泵、隔膜泵、齒輪泵、螺桿泵等。

泵的配管要求：

1）工藝要求

（1）為了提高泵的吸入性能，泵吸入管路應(yīng)盡可能短而直，以減少管道阻力損失。

（2）泵的吸入口標(biāo)高與儲(chǔ)罐或塔類(lèi)設(shè)備的出口高差應(yīng)滿(mǎn)足NPSH的要求。

2）廠(chǎng)家要求：對(duì)于雙吸離心泵，為使泵軸兩側(cè)推力相等，葉輪平衡，吸入管道應(yīng)留有一段直管段。泵吸入口法蘭前方應(yīng)有7D以上的直管段，以防止由彎頭引起介質(zhì)偏流，從而降低泵效率，損傷葉輪；對(duì)于軸向吸入的離心泵，入口管嘴前應(yīng)有一段至少3D的直管段[8]。

3）應(yīng)力要求：泵進(jìn)口管道通常應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，確定是否需要增加U型或L型補(bǔ)償以增強(qiáng)管道柔性。

4）配管特點(diǎn)：

由于不同類(lèi)型的泵進(jìn)出口位置不同，泵的典型配管也不相同，對(duì)于配管設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，可將泵分為側(cè)進(jìn)側(cè)出類(lèi)型，端進(jìn)上出類(lèi)型，上進(jìn)上出類(lèi)型。典型配管詳見(jiàn)圖9。是否需要加U型或L型補(bǔ)償及A、B、C、D的值根據(jù)泵廠(chǎng)家要求及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果確定。

圖9 泵典型配管平面圖

3 小結(jié)

工藝裝置是油氣田地面工程的核心，各類(lèi)設(shè)備及裝備間的配管設(shè)計(jì)是工藝裝置建設(shè)的最重要環(huán)節(jié)，對(duì)油田地面工程建設(shè)具有直接的影響，如果配管質(zhì)量得不到保障，必然會(huì)發(fā)生安全隱患。對(duì)常用設(shè)備間配管特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，有利于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率，規(guī)避安全隱患的發(fā)生，發(fā)揮配管的功能性和效率性，保證設(shè)計(jì)品質(zhì)，創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)工程。