海外地面工程中央處理站設備配管設計實踐及特點

譚蕊，耿一臻，范宇，程浩力

（中國石油工程建設有限公司北京設計分公司，北京 100085）

配管設計是油田地面工程的重要組成部分，為了保證站場建成后的運行質量，需要科學的進行配管設計，促使廠區內各個系統始終處于穩定的運行狀態。配管設計需要根據現場施工及運營需求，在不斷的優化過程當中進行調整和完善。目前而言，油田地面工程配管設計方面的研究有很多[1～7]，但是針對于常用設備間工藝管線走向特點的研究比較少，本文通過研究設計手冊、標準規范中對管道布置的要求，結合實際工程經驗，對油田地面工程中常用設備間的典型配管方式進行總結。

1 概述

油田地面工程中央處理站的設備及管線整體布置以平鋪為主，按照工藝系統不同，站場內分為油區、氣區、水區、公用區及火炬區，各區域內設備集中布置，通過各區域管廊串聯起全場。場區平面布置示意圖詳見圖1。

圖1 場區平面布置示意圖

2 常用設備典型配管

油田地面工程常用設備主要包括臥式分離器、換熱器、空冷器、電脫設備、塔器、泵等[8-10]，每類設備均有各自的配管特點，以下逐一對各設備的典型配管方式及配管設計時的注意事項進行總結。

2.1 臥式分離器

分離器屬于壓力容器的一種，可用來分離、儲存、緩沖的設備，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，對油、氣、水三相進行分離。

臥式分離器配管要求：

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

（2）配管特點：分離器頂部管口一般沿設備中心線成一排布置，管口一側為操作區域，不進行管線布置，管線布置在管口另一側。若管線從管口接出后均需沿罐體長軸方向布置，接入管廊匯管，則管線應在非操作區一側集中布置，管底標高保持一致。分離器底部油出口及水出口接出的管線，分別布置在分離器兩側，接相應的調節閥組后上管廊，調節閥組操作側要留有操作空間（至少800mm），以滿足操作及維修需求，操作區域不進行管線布置。

（3）分離器典型配管方式詳見圖2。

圖2 分離器管線布置圖

2.2 換熱器

換熱器是用來實現熱量傳遞和交換的設備，熱量通過換熱器從高溫介質傳向低溫介質，使介質溫度能夠滿足工藝要求[2]。換熱器典型流程詳見圖3。

圖3 換熱器典型流程

2.2.1 單臺換熱器配管方式

單臺換熱器配管特點：

對于單臺換熱器，冷熱介質進出口管線分別布置在換熱

器兩側，管道安裝區域應留有至少800mm的操作通道。抽芯區域及換熱器軸線正上方不進行管線和閥門布置。管道安裝高度分兩層，每層管底標高保持一致，管道1～4布置在高層，高度不小于2.2m，管道5～8通常需要安裝進出換熱器閥門，故布置在低層，高度設置在0.6m～0.8m。單臺換熱器典型配管平面圖詳見圖4。

圖4 單臺換熱器典型配管平面圖

2.2.2 多臺換熱器配管方式

（1）工藝要求：對于兩相流介質，換熱器的入口管道需采取對稱布置，增加傳熱效果。

（2）多臺換熱器配管特點：對于兩臺或兩臺以上并聯操作的換熱器，冷熱介質管道進出口管線布置在換熱器兩側，管道操作區域留有至少800mm的操作通道。管道安裝高度分三層，每層管底標高保持一致，管道1～4布置在高層，管線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通常需要安裝進出換熱器閥門，故布置在低層，高度設置在0.6m～0.8m。多臺換熱器典型配管平面圖詳見圖5。

圖5 多臺換熱器典型配管平面圖

2.3 空冷器

空冷器可通過利用空氣替代水或其他冷卻介質從而實現熱交換的過程。與水冷相比，空冷器具有節約水資源、降低環境污染、節省投資等優點?？绽淦饔晒苁?、風機、風箱、百葉窗、構架及其他附件構成。熱介質在管束內流動，風機驅動空氣流動穿過管束，使管束內高溫介質得到冷卻，以達到換熱目的[3,4]。

空冷器配管要求：

（1）工藝要求：空冷器入口管道不應有“液袋”且宜對稱布置；當介質為氣液兩相流時，進出口管道應對稱布置，使各片空冷器流量均勻。

（2）配管特點[5]：空冷器根據管口數量不同，進出口管線典型配管形式如圖6。

圖6 空冷器典型配管示意圖

2.4 電脫設備

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

電脫設備配管方式：

電脫設備底部分別有入口及水出口各兩個，沿設備中心線布置，入口及水出口匯管在分離器兩側布置。管線從入口及水出口接出后，分別拐向兩側，入口接入入口匯管，水出口接入水出口匯管，兩匯管接相應調節閥組后上管廊。調節閥組操作側要留有至少800mm的操作空間，以滿足操作及維修需求，操作區域不進行管線布置。電脫設備頂部有油出口兩個，沿設備中心線布置，管口一側為操作區域，不進行管線布置，油出口管線接出后均拐向管口另一側，與油匯管相連，油匯管接入管廊。電脫設備典型配管詳見圖7。

圖7 電脫設備典型配管平面圖

2.5 塔器

油田地面工程常用塔器設備主要為脫氣塔。脫氣塔主要作用是把原油經過密閉處理，脫除原油中輕質烴類，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等，將其分離出來并加以回收利用。

塔器配管要求[6]：

1）工藝要求：塔底進泵管道應步步低布置，不得出現袋形，以免塔底泵產生汽蝕現象。塔頂氣體管道步步低布置，不得出現袋形，防止積液。

2）配管方式：

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

（2）管線應盡可能沿塔敷設，管道側的“管束”盡量布置在距設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備切線的位置上，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

泵是把原動機的機械能轉換成液體能量的機器。泵用來增加液體的位能、壓能、動能。泵的種類很多，油田地面工程常用的泵按其作用原理可分為如下兩大類[7]：

（1）葉片式泵

通過泵軸旋轉來帶動葉輪葉片旋轉，給液體施加動能。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

通過泵缸體內的容積周期性變化，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，泵吸入管路應盡可能短而直，以減少管道阻力損失。

（2）泵的吸入口標高與儲罐或塔類設備的出口高差應滿足NPSH的要求。

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

3）應力要求：泵進口管道通常應進行應力計算，確定是否需要增加U型或L型補償以增強管道柔性。

4）配管特點：

由于不同類型的泵進出口位置不同，泵的典型配管也不相同，對于配管設計來說，可將泵分為側進側出類型，端進上出類型，上進上出類型。典型配管詳見圖9。是否需要加U型或L型補償及A、B、C、D的值根據泵廠家要求及應力計算結果確定。

圖9 泵典型配管平面圖

3 小結

工藝裝置是油氣田地面工程的核心，各類設備及裝備間的配管設計是工藝裝置建設的最重要環節，對油田地面工程建設具有直接的影響，如果配管質量得不到保障，必然會發生安全隱患。對常用設備間配管特點進行總結，有利于提高設計質量和設計效率，規避安全隱患的發生，發揮配管的功能性和效率性，保證設計品質，創造優質工程。