油气集输课程设计 ——站内工艺管道及壁厚设计

重庆科技学院

《油气集输工程》 课程设计报告

学 院: 石油与天然气工程学院 专业班级: 学生姓名: 学 号:

设计地点（单位）__ 石油科技大楼K802 __ 设计题目: 某低温集气站——站内工艺管道及壁厚设计

完成日期：年月

指导教师评语: ______________________ _________________

成绩（五级记分制）:______ __________

指导教师（签字）:_____ ___ ____油气集输工程课程设计 摘要

摘 要

油气集输工程中，管道设计是一项很重要的任务，如果管道设计不当，会造成很多问题，轻则会影响经济性，重则会引起管道炸裂而引起更大的事故。本次课程设计即根据课程设计任务书的任务内容计算低温集气站中工艺管道的管径和壁厚的设计。我们的设计主要根据进站温度和压力，产量；通过压力和温度的变化来确定管道的管径和壁厚。我们小组有两名同学组成，我的任务是站中1-5号井相关的管路工艺设计，主要分成三段来计算：第一次节流前，第一次节流后到第二次节流前，第二次节流后三个部分。首先通过压力和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对管道选型设计出合适的管道，从而完成管道部分设计。 关键词：管径 壁厚 经济流速 压力 密度

Ⅰ

油气集输工程课程设计 目录

目录

摘要……………………………………………………………………………………Ⅰ 1.设计说明……………………………………………………………………………1

1.1综述……………………………………………………………………………1 1.2工艺说明………………………………………………………………………1 2.计算说明……………………………………………………………………………3

2.1相关参数计算与处理…………………………………………………………3 2.2第一次节流前管道计算………………………………………………………4 2.2.1井口至汇管…………………………………………………………………4 2.2.2汇管至1号节流阀…………………………………………………………7 2.3第一次节流后到第二次节流前管道计算……………………………………9 2.3.1 生产分离器与计量分离器气体汇合前（1号节流阀后至汇合点）…10 2.3.2生产分离器与计量分离器气体汇合前（2号节流阀后至汇合点）……10 2.3.3汇合点到换热器……………………………………………………………11 2.3.4换热器到3号阀……………………………………………………………12 2.4二次节流后的管路计算………………………………………………………13 2.5管道选型………………………………………………………………………14 参考文献………………………………………………………………………………17

油气集输工程课程设计 设计说明

1. 设计说明

1.1综述

1.1.1设计任务及内容

本次课程设计，我们整个大组的任务是某低温集气站的工艺设计。主要包括节流阀的选型计算、安全阀的选型、乙二醇注入量的计算、凝析油回收量的计算、画流程图和平面布置图、站内管径及壁厚设计和分离器的计算。而我们小组则是承担站内管径及壁厚设计的任务。通过这一系列的计算，我们会设计一套完整的低温集气站的工艺流程。各个部分的设计都需要都需要大家齐心协力完成。

1.1.2设计依据

设计中我们主要通过气井产量、进站压力、以及进站温度等数据，对管道的管径和壁厚进行计算，并根据计算结果对设备进行选型。根据我们所学的计算公式，依据主要规范和标准《油田油气集输设计技术手册》等，可以通过压力和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对管道选型设计出合适的管道。

1.2工艺说明

1.2.1工艺流程说明

由于我们的任务中有七口井，五口压力相同且较大，2口压力相同且较小。对于压力较大的井，我们会在后续流程中设计两次节流，分别设计一次节流前，一二次节流之间，二次节流之后的管路。对于压力较小的井，我们设置一次节流，只需设计节流前后的管路。并且对于七口井，节流后成品气外输的压力都需要降低到6MP。为此，对于二级节流的管路，一次节流是从16Mp节流到10Mp,第二次节流从10Mp节流到6Mp；对于只有一级节流的管路我们直接通过节流阀将压力送10Mp降低到6Mp。

1.2.2工艺方法说明

计算过程中首先通过基础参数分析得出其他参数，再通过压力和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对

1

油气集输工程课程设计 设计说明

管道选型，设计出合适的管道，从而完成管道部分设计。

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油气集输工程课程设计 计算说明

2.计算说明

2.1相关参数计算与处理

井号 1 2 3 4 5 6 7 产量 (104m3/d) 18 22 20 16 7 14 19 表1 相关参数 进站压力(Mpa) 16 16 16 16 16 10 10 进站温度 ℃ 31 30 32 32 30 31 30 出站压力：6Mpa； 天然气露点：＜-5℃

气体组成（%）：C1−85.33 C2-2.2 C3-1.7 C4-1.56 C5-1.23 C6-0.9 H2S-6.3 CO2−0.78 凝析油含量：20g/m3 S=0.78 相对分子质量： 根据公式M

=∑yiMi

M= 16×85.33﹪＋30×2.2﹪＋44×1.7﹪＋58×1.56﹪＋72×1.23﹪ ＋86×0.9﹪＋34×6.3﹪＋44×0.78﹪

=13.6258+0.66+0.748+0.9048+0.8856+0.774+2.142+0.3432 =20.0834 相对密度：SS天M天 空M空20.08340.69 29Ppc4.7780.248S拟临界参数：对于凝析气藏气，

S＜0.7 Tpc106.1152.21S

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油气集输工程课程设计 计算说明

Ppc4.60688 Tpc211.1349

2.2第一次节流前管道计算

2.2.1井口至汇管 2.2.1.1压缩因子的计算

Tt273.15

PprPT Tpc PpcTpcT1304.15 T2,5303.15 T3,4305.15

因为前五口井压力皆为16Mpa，所以 Ppr3.473

Tpc(1)1.441 Tpc(2,5)1.435 Tpc(3,4)1.445

图1 天然气压缩因子版图

查图1，发现压缩因子相差甚微，得

Z0.74

2.2.1.2流量的计算

4

油气集输工程课程设计 计算说明

由公式PQP0QgZTZ0T0Qg

QQ1Q2Q3Q4Q50.101325TZ800P293

1800000.1013250.74304.150.0101m3/s

800162932200000.1013250.74303.150.0123m3/s

800162932000000.1013250.74305.150.0113m3/s

800162931600000.1013250.74305.150.0090m3/s

80016293700000.1013250.74303.150.0039m3/s

800162932.2.1.3密度的计算

ρVRT MPM => 8.314ZT PVnRT11600020.0834171.72kg/m3

8.3140.74304.151600020.0834172.29kg/m3

8.3140.74303.15因为2、5号井压力温度相同，所以有：

2,5因为3、4号井压力温度相同，所以有：

3,41600020.0834171.16kg/m3

8.3140.74305.152.2.1.4流速的确定

经济流速由经济流速公式确定：

V2P 216000V113.651m/s171.72

因为2、5号井密度相同，所以流速相同

V2,521600013.628m/s

172.295

油气集输工程课程设计 计算说明

因为3、4号井密度相同，所以流速相同

V3,421600013.673m/s

171.162.2.1.5管径计算

由进气管道直径公式：DD1D2D34Q 40.01010.0307m

3.1413.65140.01230.0339m

3.1413.62840.01130.0324m

3.1413.673D4D540.00900.02m

3.1413.67340.00390.0191m

3.1413.6282.2.1.6壁厚计算

由壁厚度公式：

PdC 2sF---管线壁厚，mm

P---管线的设计工作压力，MPa； d---管线内径，mm

---焊缝系数，无缝钢管，直缝管和螺旋焊缝钢管=1，螺旋埋弧焊钢管=0.9。s--钢材屈服极限，MPa F---设计系数

C---腐蚀余量，当所输油，气中不含腐蚀性物质时C=0；当油气中含有腐蚀性物质时可取C=0.51mm。

s取优质碳素钢20的245Mpa ; F取0.5; C取0.8mm;取无缝钢管=1;

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油气集输工程课程设计 计算说明

表2

计算得

1Pd160000.0307C0.82.805mm 2sF22450.51同理

160000.03390.83.014mm

22450.51160000.032430.82.916mm

22450.51160000.0240.82.687mm

22450.5125160000.01910.82.047mm

22450.512.2.2汇管至1号节流阀

2.2.2.1压缩因子的计算

由公式Tt273.15

PprPT TpcPpcTpc Ppr3.473 Tpc1.1441

查图1，得Z=0.74

2.1.1.2流量计算

我们取从生产汇管和计量汇管中出来的气体温度均为31℃

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油气集输工程课程设计 计算说明

由公式PQP0QgZTZ0T0Qg

QQ10.101325TZ800P293

2200000.1013250.74304.150.0124m3/s（计量分离器前管路） 80016293Q27600000.1013250.74304.150.0428m3/s（生产分离器前管路） 800162932.2.2.2密度计算

根据公式 PM8.314ZT

因为取两管路温度压力都相同，所以有：

1600020.08340.74304.15171.72kg/m38.314

2.2.2.3流速计算

经济流速由经济流速公式确定：

V2P 因为两管路压力密度都相同，所以有：

V216000171.7213.651m/s

2.2.2.4管径计算

由管径计算公式：

D4Q，

D40.012413.1413.6510.0340m

D40.042823.1413.6510.0632m

2.2.2.5壁厚计算

由管壁厚度公式：

Pd2CsF

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油气集输工程课程设计 计算说明

160000.03400.83.0204mm

22450.51160000.063220.84.9273mm

22450.5112.3第一次节流后到第二次节流前管道计算

2.3.1 生产分离器与计量分离器气体汇合前（1号节流阀后至汇合点）

由小组其他成员算得这段管路 T=293.12K P=11.5Mpa

2.3.1.1压缩因子的确定

由公式Tt273.15

PprPT TpcPpcTpc Ppr2.496 Tpc1.3883

查图1，得Z=0.72

2.3.1.2流量计算

PQP0Qg由公式ZTZ0T0QQ

0.101325TZ800P293



Qg7600000.101325293.120.720.056m3/s 80011.5293

PM

8.314ZT2.3.1.3密度计算

根据公式 带入相关值后得

1150020.0834131.63kg/m38.3140.72293.12

2.3.1.4流速计算

经济流速由经济流速公式确定：

V2P 9

油气集输工程课程设计 计算说明

带入相关值计算得

V2p21150013.22m/s131.63

2.3.1.5管径计算

由管径计算公式：

D4Q，

D40.0560.073m

3.1413.222.3.1.6壁厚计算

由管壁厚度公式：

PdC 2sF115000.0730.84.227mm

22450.512.3.2生产分离器与计量分离器气体汇合前（2号节流阀后至汇合点）

由小组成员算得 T=293.12K P=11.5Mpa

2.3.2.1压缩因子的确定

由公式Tt273.15

PprPT TpcPpcTpc Ppr2.496 Tpc1.3883

查图1，得Z=0.72

2.3.2.2流量计算

PQP0Qg由公式ZTZ0T0QQ

0.101325TZ800P293

Qg2200000.101325293.120.720.016m3/s80011.5293

10

2.3.2.3密度计算

油气集输工程课程设计 根据公式 PM8.314ZT

1150020.08348.3140.72293.12131.63kg/m3

2.3.2.4流速计算

经济流速由经济流速公式确定：

V2P 带入相关值计算得

V2p211500131.6313.22m/s

2.3.2.5管径计算

由管径计算公式：

D4Q，

D40.0163.1413.220.039m

2.3.2.6壁厚计算

由管壁厚度公式：

Pd2C sF115000.03922450.510.82.58mm

2.3.3汇合点到换热器

此处只需考虑流量的变化，

由公式PQZTP0QgZ

0T0QQg0.101325800PTZ293

计算得Q=0.0609

m3/s

并由流量计算得管径、壁厚

计算说明

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油气集输工程课程设计 计算说明

D0.0772.3.4换热器到3号阀

由小组成员算得 T=283.12K P=11.5Mpa

4.41mm

2.3.4.1压缩因子的确定

由公式Tt273.15

PprPT TpcPpcTpc Ppr2.496 Tpc1.3409

查图1，得Z=0.69

2.3.4.2流量计算

PQP0Qg由公式ZTZ0T0QQ

0.101325TZ800P293

Qg8300000.101325283.120.690.056m3/s180011.5293

2.3.4.3密度计算

根据公式 PM8.314ZT

1150020.0834142.202kg/m3

8.3140.69283.122.3.4.4流速计算

经济流速由经济流速公式确定：

V2P 带入相关值计算得

V2p21150012.71m/s142.202

2.3.4.5管径计算

由管径计算公式：

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油气集输工程课程设计 计算说明

DD4Q，

40.0580.074m3.1412.71

2.3.4.6壁厚计算

由管壁厚度公式：

PdC 2sF115000.0760.84.367mm

22450.512.4二次节流后的管路计算

由同组成员计算得到， T=256.52K P=6Mpa

2.4.1压缩因子的确定

由公式Tt273.15

PprPT TpcPpcTpc Ppr1.302 Tpc1.215

查图1，得Z=0.73

2.4.2流量计算

PQP0Qg由公式ZTZ0T0QQ

0.101325TZ800P293

Qg8300000.101325256.520.730.104m3/s8006293

2.4.3密度计算

根据公式 PM8.314ZT

600020.083477.399kg/m38.3140.73256.52

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油气集输工程课程设计 计算说明

2.4.4流速计算

经济流速由经济流速公式确定：

V2P 带入相关值计算得

V2p2600012.45m/s77.399

2.4.5管径计算

由管径计算公式：

DD4Q，

40.1040.103m

3.1412.452.4.6壁厚计算

由管壁厚度公式：

PdC 2sF60000.1030.83.32mm

22450.512.5管道选型

钢管公称直径 100、150 200 250 300 350、400、450 500、550 最小壁厚 2.5 3.5 4.0 4.5 5.0 钢管公称直径 600、650、700 750、800、850、900 950、1000 1050、1100、1150、1200 1300、1400 最小壁厚 6.5 6.5 8.0 9.0 11.5 13.0 6.0 1500、1600 表3 最小管壁厚度（mm）

钢管 公称直径 15 内径d 15.75 计算内径dj1 14.75 计算内径dj2 13.25 14

铸铁管 内径d 50 计算内径dj1 49 油气集输工程课程设计 计算说明

20 25 32 40 50 70 80 100 125 150 175 200 225 250 275 21.25 27.00 35.75 41.00 53.00 68.00 80.00 106.00 131.00 156.00 174.00 199.00 224.00 253.00 279.00 20.25 26.00 34.75 40.00 52.00 67.00 79.00 105.00 130.00 155.00 173.00 198.00 223.00 252.00 278.00 18.75 24.50 33.25 38.50 50.00 65.00 77.00 103.00 127.00 152.00 174.00 195.00 220.00 249.00 275.00 75 100 125 150 200 250 74 99 124 149 199 249 表4 管道内径选用范围（mm）

根据以上两个表格，管材选型结果如下 2.5.1井口至汇管

一号井：323.0，二号井：323.5，三号井：323.0，四号井：323.0，五号井：

202.5

2.5.2汇管至分离器

计量汇管到计量分离器：323.5 生产汇管到生产分离器：705.0 2.5.3 1号节流阀后至汇合点

804.5

2.5.4 2号节流阀后至汇合点

403.0

2.5.5汇合点到换热器

804.5

2.5.6换热器到节流阀3

804.5 2.5.7二次节流后

1003.5

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油气集输工程课程设计 结语

结语

通过本次课程设计，我初步掌握了简单的油气集输过程中管道的相关计算，虽然只是很小一个部分，但是做出来之后还是很有成就感。每一个步骤，我们都学到很多东西，本次课程设计使我基本掌握了如何进行工艺管道设计，以及管道设计与工艺设计中其他部分设计的关联。在这次设计过程中，体现出自己综合运用知识的能力，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

在此感谢我们的指导老师。老师的细心指导，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。同时感谢同组的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到与同学合作的愉快。

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油气集输工程课程设计 参考文献

参考文献

[1]梁平，王天祥．天然气集输技术M．北京：石油工业出版社．2008．5（1）；

[2]《油田油气集输设计技术手册》编写组．油田油气集输设计技术手册M．北京：石油工业出版社．1994．12；

[3]《油气集输设计规范》. GB5035-2005油气集输设计规范S.中国石油天然气集团公司

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