管道及壁厚设计-方茂洲讲解

油气集输课程设计 摘要 天然气在离开油藏时或自地下储集层中采出的天然气及脱硫后的天然气通常含有 饱和水汽，有些气还含有H2S和CO2，水蒸气在天然气混合气的温度和压力改变时极易 形成水合物，影响天然气的输送和进一步加工和处理。另一方面，游离水与H 2S和C2O 会生成酸性气体会腐蚀管线和设备，因此必须脱除天然气中的水蒸气、H2S和CO2。在 油气田中常规的天然气脱水工艺是吸收脱水法和吸附脱水法，目前广泛使用的是甘醇吸 收脱水和分子筛吸附脱水两种方法。如果是为了保证天然气集输过程中不形成水合物， 通常使用三甘醇吸收脱水工艺脱除天然气中的水。 本报告根据提供的课程设计任务书，进行三甘醇天然气脱水工艺的站内工艺管道及 壁厚设计。设计中我们通过气体和液体的流速、流量、压力等数据，并根据公式计算管 径及壁厚，最后通过选型设计出合适的管道。 关键词：天然气脱水三甘醇（以下简称 TEG）管道设计壁厚 I 油气集输课程设计 目录 1 绪论.1 1.1 概述1 1.2 设计目的1 1.3 设计内容及要求1 2 三甘醇脱水工艺流程设计.3 2.1 工艺设备功能3 2.2 工艺流程简述3 2.3 工艺流程图3 2.4 基本参数4 2.5 计算过程6 2.6 管线选材8 3 分析与总结.10 4 附录及参考文献.12 II 油气集输课程设计 1 绪论 1.1 概述 天然气是清洁、高效、方便的能源，它的使用在发展世界经济和提高环境质量中起 着重要作用。全球蕴藏有相当丰富的天然气资源，目前，天然气是仅次于石油和煤炭的 世界第三大能源，近年其年产量增长速度高于石油和煤炭，据预测，21 世纪天然气在能 源消费结构组成中的比例将超过石油，成为世界第一能源。 天然气是以烷烃气体为主的各类气体与少量非烃类气体所组成的气体混合物。从地 层开采出来的天然气含有游离水和气态水，对于游离水，由于它是以液态方式存在的， 天然气集输过程中，通过分离器就可以实现分离；但对于气态水，由于它在天然气中以 气态方式存在，运用分离器不能完成分离，而这些气态水又会在天然气管道输送过程中 随着温度、压力的改变而重新凝结成液态水。液态水的存在会导致水合物的生成和液体 本身堵塞管路、设备或降低它们的负荷，引发CO2、H2S的酸液腐蚀。因此，为满足管 输和用户的需求，脱除天然气中的水分是很有必要的。 常用的脱水方法有直接冷却法、溶剂吸收脱水法、固体吸附脱水法，其中，综合经 济性能与脱水性能的考虑，常使用溶剂吸收脱水法中的三甘醇吸收脱水。 1.2 设计目的 为了对油气集输工程有更加系统、全面的理解，掌握油气集输的设计思路和方法， 根据课程设计任务书，进行三甘醇天然气脱水工艺设计。通过学习和查找资料，深入理 解油气集输工程的基本理论和技术。绘制的工艺流程图和相关图样完整规范。充分锻炼 学生的理论联系实际能力，并培养学生独立思考的能力，在查阅资料的过程中，完善自 身的不足，开拓眼界。 本报告根据课程设计任务书， 进行三甘醇天然气脱水工艺的站内工艺管道及壁厚设 计。设计中我们通过气体和液体的流速、流量、压力等数据，并根据公式计算管径及壁 厚，最后通过选型设计出合适的管道。管道的设计计算和安装不当，将会影响整个系统 的经济性及运行的可靠性，甚至会造成严重的破坏性事故。 1.3 设计内容及要求 1.3.1 设计内容 1）三甘醇脱水工艺流程设计，绘制流程图 2）三甘醇脱水工艺参数研究及选用 3）三甘醇脱水工艺设计： ①吸收塔 ②过滤器（机械过滤器，活性炭过滤器） ③站内工艺管道及壁厚 1 油气集输课程设计 ④甘醇循环量 ⑤再生塔 ⑥重沸器 ⑦甘醇泵 1.3.2 设计要求 设计过程中，我们主要通过气体和液体的流速、流量、压力等数据，并根据公式计 算管径和壁厚，最后通过选型设计出合适的管道，从而完成工艺管道部分设计。 在工艺计算和选型时，确保理论依据充分，使用的图标和公式正确无误，计算步骤 简明扼要，计算结果正确可靠。 2 油气集输工程设计 2 三甘醇脱水工艺流程设计 2.1 工艺设备 常见的三甘醇脱水装置主要分为吸收和再生两部分。 1）吸收塔：一般采用泡罩塔，不易发生漏液现象，操作弹性较大，在负荷变动范 围较大时仍能保持较高的效率。塔顶设置除沫器。操作压力 6MPa，压降为 0.02MPa。 2）闪蒸罐：闪蒸出溶解在TEG 溶液中的烃类，防止溶液发泡。其操作压力为 0.018MPa，温度为 65℃。 3）过滤器：除去TEG 溶液中的机械杂质、H2S和CO2。操作压力为0.18MPa，温度 为 65℃。 4）贫富液换热器：控制进再生塔的富液温度，使富液升至 148℃左右再进再生塔， 以减轻重沸器的热负荷。多采用板式换热器。 5）再生塔和重沸器：蒸出富液中的水分，使三甘醇溶液被提浓，辅助使用汽提再 生。重沸器内压力 0.18MPa，温度为 193℃。 6）三甘醇循环泵：对已提浓的三甘醇贫液加压，泵入吸收塔。 2.2 工艺流程简述 被水汽所饱和的天然气（6MPa，38℃）从吸收塔底部进入，自下而上流经各塔板， 三甘醇贫液（6MPa，45℃）从塔顶自上而下与天然气接触，并进行逆流传质。脱水后的 天然气（5,98MPa，40℃）从塔顶流出，在干气-贫甘醇换热器中升温（5.98MPa，42℃）， 经过节流阀降压降温，干天然气（2MPa，21℃）输出。 吸水后的三甘醇富液经液位控制阀调控，以 0.18MPa，30℃从吸收塔底部流出，进 入精馏柱顶端， 升温至 65℃进入闪蒸罐。 从闪蒸罐闪蒸出轻烃后， 三甘醇富液 （0.18MPa， 65℃）依次经过机械过滤器，活性炭过滤器，流径贫富液换热器，与热的三甘醇贫液换 热，进入缓冲罐和再生塔，结合常压再生和汽提再生的方法对三甘醇溶液加热，使高粘 度三甘醇溶液中的水汽逸出，三甘醇贫液再经过缓冲罐流出，完成再生过程。经过贫富 液换热器后，由三甘醇循环泵对三甘醇加压（6MPa，80℃）泵入吸收塔顶部，完成一次 循环。 2.3 工艺流程图 见设计图 3 油气集输工程设计 2.4 基本参数 根据个人课程设计任务书，主要是对站内工艺管道及壁厚进行计算和选型。设计中 所选设备及管线材质 （特殊条件除外） 均采用 20 号优质碳素钢， 屈服强度 s  245MPa。 根据我们所学的计算公式，依据《油田油气集输设计技术手册》等，可以通过压力、密 度来确定经济流速，然后再根据流量和经济流速来确定管径、壁厚，最后根据管径和壁 厚选型设计出适合的管道。 2.4.1 天然气组成 表 2.1 天然气组成 组成体积分数（%） 97.816 0.569 0.111 0.022 0.034 0.015 0.015 0.038 0.976 0.006 0.015 0.087 0.000 0.296 100.00 CH 4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 n-C6H14 N 2 H 2 O2+Ar CO 2 H2S H2O 合计 4 油气集输工程设计 2.4.2 原料气参数 表 2.2 原料气参数表 原料气处理量 原料气露点 原料气压力 相对分子量 相对密度 拟临界压力 拟临界温度 压缩因子 40104m3/d 30—36