海外地面工程中央处理站设备配管设计实践及特点

谭蕊，耿一臻，范宇，程浩力

（中国石油工程建设有限公司北京设计分公司，北京 100085）

配管设计是油田地面工程的重要组成部分，为了保证站场建成后的运行质量，需要科学的进行配管设计，促使厂区内各个系统始终处于稳定的运行状态。配管设计需要根据现场施工及运营需求，在不断的优化过程当中进行调整和完善。目前而言，油田地面工程配管设计方面的研究有很多[1～7]，但是针对于常用设备间工艺管线走向特点的研究比较少，本文通过研究设计手册、标准规范中对管道布置的要求，结合实际工程经验，对油田地面工程中常用设备间的典型配管方式进行总结。

1 概述

油田地面工程中央处理站的设备及管线整体布置以平铺为主，按照工艺系统不同，站场内分为油区、气区、水区、公用区及火炬区，各区域内设备集中布置，通过各区域管廊串联起全场。场区平面布置示意图详见图1。

图1 场区平面布置示意图

2 常用设备典型配管

油田地面工程常用设备主要包括卧式分离器、换热器、空冷器、电脱设备、塔器、泵等[8-10]，每类设备均有各自的配管特点，以下逐一对各设备的典型配管方式及配管设计时的注意事项进行总结。

2.1 卧式分离器

分离器属于压力容器的一种，可用来分离、储存、缓冲的设备，主要用途是分离气体和液体或分离互不相溶液体。油田地面工程常用的分离器为两相或三相分离器，对油、气、水三相进行分离。

卧式分离器配管要求：

（1）工艺要求：对于分离器顶部气相管道，为避免积液，管道应采取步步高的方式，接入管廊。

（2）配管特点：分离器顶部管口一般沿设备中心线成一排布置，管口一侧为操作区域，不进行管线布置，管线布置在管口另一侧。若管线从管口接出后均需沿罐体长轴方向布置，接入管廊汇管，则管线应在非操作区一侧集中布置，管底标高保持一致。分离器底部油出口及水出口接出的管线，分别布置在分离器两侧，接相应的调节阀组后上管廊，调节阀组操作侧要留有操作空间（至少800mm），以满足操作及维修需求，操作区域不进行管线布置。

（3）分离器典型配管方式详见图2。

图2 分离器管线布置图

2.2 换热器

换热器是用来实现热量传递和交换的设备，热量通过换热器从高温介质传向低温介质，使介质温度能够满足工艺要求[2]。换热器典型流程详见图3。

图3 换热器典型流程

2.2.1 单台换热器配管方式

单台换热器配管特点：

对于单台换热器，冷热介质进出口管线分别布置在换热

器两侧，管道安装区域应留有至少800mm的操作通道。抽芯区域及换热器轴线正上方不进行管线和阀门布置。管道安装高度分两层，每层管底标高保持一致，管道1～4布置在高层，高度不小于2.2m，管道5～8通常需要安装进出换热器阀门，故布置在低层，高度设置在0.6m～0.8m。单台换热器典型配管平面图详见图4。

图4 单台换热器典型配管平面图

2.2.2 多台换热器配管方式

（1）工艺要求：对于两相流介质，换热器的入口管道需采取对称布置，增加传热效果。

（2）多台换热器配管特点：对于两台或两台以上并联操作的换热器，冷热介质管道进出口管线布置在换热器两侧，管道操作区域留有至少800mm的操作通道。管道安装高度分三层，每层管底标高保持一致，管道1～4布置在高层，管线高度可与管廊层高在同一高度，管道5～8布置在中层，安装高度不小于2.2m，管道9～16通常需要安装进出换热器阀门，故布置在低层，高度设置在0.6m～0.8m。多台换热器典型配管平面图详见图5。

图5 多台换热器典型配管平面图

2.3 空冷器

空冷器可通过利用空气替代水或其他冷却介质从而实现热交换的过程。与水冷相比，空冷器具有节约水资源、降低环境污染、节省投资等优点。空冷器由管束、风机、风箱、百叶窗、构架及其他附件构成。热介质在管束内流动，风机驱动空气流动穿过管束，使管束内高温介质得到冷却，以达到换热目的[3,4]。

空冷器配管要求：

（1）工艺要求：空冷器入口管道不应有“液袋”且宜对称布置；当介质为气液两相流时，进出口管道应对称布置，使各片空冷器流量均匀。

（2）配管特点[5]：空冷器根据管口数量不同，进出口管线典型配管形式如图6。

图6 空冷器典型配管示意图

2.4 电脱设备

电脱水的基本原理是利用水是导体，油是绝缘体这一物理特性，将W/O型原油乳状液至于电场中，乳状液中的水滴在电场作用下发生变形、聚结而形成大水滴从油中分离出来。电脱水器主要用途是使原油达到规定的含水量指标。

电脱设备配管方式：

电脱设备底部分别有入口及水出口各两个，沿设备中心线布置，入口及水出口汇管在分离器两侧布置。管线从入口及水出口接出后，分别拐向两侧，入口接入入口汇管，水出口接入水出口汇管，两汇管接相应调节阀组后上管廊。调节阀组操作侧要留有至少800mm的操作空间，以满足操作及维修需求，操作区域不进行管线布置。电脱设备顶部有油出口两个，沿设备中心线布置，管口一侧为操作区域，不进行管线布置，油出口管线接出后均拐向管口另一侧，与油汇管相连，油汇管接入管廊。电脱设备典型配管详见图7。

图7 电脱设备典型配管平面图

2.5 塔器

油田地面工程常用塔器设备主要为脱气塔。脱气塔主要作用是把原油经过密闭处理，脱除原油中轻质烃类，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等，将其分离出来并加以回收利用。

塔器配管要求[6]：

1）工艺要求：塔底进泵管道应步步低布置，不得出现袋形，以免塔底泵产生汽蚀现象。塔顶气体管道步步低布置，不得出现袋形，防止积液。

2）配管方式：

（1）塔的布置应划分为操作侧和管道侧。管道应布置在管道侧，不得四周均布，管道侧需朝向管廊。

（2）管线应尽可能沿塔敷设，管道侧的“管束”尽量布置在距设备中心同一曲率半径上，如图a所示，也可将管道布置在平行于设备切线的位置上，如图b所示。管外壁距塔外壁净距至少为100mm。

图8 塔器管束平面布置图

2.6 泵

泵是把原动机的机械能转换成液体能量的机器。泵用来增加液体的位能、压能、动能。泵的种类很多，油田地面工程常用的泵按其作用原理可分为如下两大类[7]：

（1）叶片式泵

通过泵轴旋转来带动叶轮叶片旋转，给液体施加动能。典型的叶片式泵主要有离心泵、轴流泵、混流泵、旋涡泵等。

（2）容积式泵

通过泵缸体内的容积周期性变化，给液体施加能量。典型的容积式泵主要有往复泵、隔膜泵、齿轮泵、螺杆泵等。

泵的配管要求：

1）工艺要求

（1）为了提高泵的吸入性能，泵吸入管路应尽可能短而直，以减少管道阻力损失。

（2）泵的吸入口标高与储罐或塔类设备的出口高差应满足NPSH的要求。

2）厂家要求：对于双吸离心泵，为使泵轴两侧推力相等，叶轮平衡，吸入管道应留有一段直管段。泵吸入口法兰前方应有7D以上的直管段，以防止由弯头引起介质偏流，从而降低泵效率，损伤叶轮；对于轴向吸入的离心泵，入口管嘴前应有一段至少3D的直管段[8]。

3）应力要求：泵进口管道通常应进行应力计算，确定是否需要增加U型或L型补偿以增强管道柔性。

4）配管特点：

由于不同类型的泵进出口位置不同，泵的典型配管也不相同，对于配管设计来说，可将泵分为侧进侧出类型，端进上出类型，上进上出类型。典型配管详见图9。是否需要加U型或L型补偿及A、B、C、D的值根据泵厂家要求及应力计算结果确定。

图9 泵典型配管平面图

3 小结

工艺装置是油气田地面工程的核心，各类设备及装备间的配管设计是工艺装置建设的最重要环节，对油田地面工程建设具有直接的影响，如果配管质量得不到保障，必然会发生安全隐患。对常用设备间配管特点进行总结，有利于提高设计质量和设计效率，规避安全隐患的发生，发挥配管的功能性和效率性，保证设计品质，创造优质工程。