海上采油平台工艺管路设计常见问题.doc

1、海上采油平台工艺管路设计常见问题摘要：随着社会的发展与进步，重视海上采油平台工艺管路设计对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍海上采油平台工艺管路设计常见问题分析的有关内容。 关键词海上采油平台；管路设计；油气；工艺；原则； 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 引言 从 1975 年我国建成第一座海上采油平台渤海 4 号采油平台到现在，我国海上采油平台已建成十几座。但海上平台管道系统的正规设计是从 埕北油田开始的。1986 年渤海工程设计公司承担了 BZ 28-1 油田南、北采油平台管道系统的设计任务。继而又承担了 BZ 34 油田的 2EP , 4EP平台管道设计任务。通过

2、这些设计的学习实践我们掌握了设计管道的一整套符合国际标准的做法，建立了海洋工程项目中必不可少的配管专业。一、管道材料（材质） 油气混合物中的水、盐水、二氧化碳、硫化氢、氧等可能对系统中使用的金属产生腐蚀，腐蚀的方式有：金属均匀的损失、起麻点、腐蚀、锈蚀等。减轻腐蚀的措施有： （1）化学处理（添加防腐蚀剂） （2）采用抗腐蚀合金材料 （3）内保护涂层 根据海上作业经验，管路选材的常用指南： 1、油气管路 （1）无腐蚀性烃类作业 常温或高温下，两种最常用的钢材型号是 ASTM A106 B 级（低、中碳钢，相当于国内材料 20GB8163）和 API 5L B 级（高强度合金钢）无缝管。如果作业温

3、度低于 -29,可选用低温碳钢 ASTM A333 6 级。 （2）腐蚀性烃类作业 使用耐腐蚀材料如不锈钢，常使用 A316、A312(铬镍钼不锈钢)或使用内壁涂有防腐层的碳钢管。 2、生产水管 ASTM A106 B 级无缝管通常用作生产水管线，如果介质具有严重的腐蚀性，可采用镍铬高合金材料。 3、海水管路 输送海水作业可采用铜镍合金、非金属材料或内表面保护涂层的碳钢材料。 4、公用系统管路 （1）热介质和柴油 可使用同无腐蚀性烃类作业所用的材料 （2）空气和饮用水 可采用 ASMT A53 镀锌管材（相当于 DIN1629MSt45） （3）化学注入剂 一般具有腐蚀性能，常用 ASMT A

4、312 TP316 镍铬合金管（相当于国内 GB2270 0Cr18Ni12） 二、平台常用管道附件 2.1 管道滤器 管道滤器是用来除去介质中大于一定尺寸的固体颗粒的设备，用于保护下游设备的正常运转。管道滤器根据其结构形式一般分为篮式滤器和 Y 型滤器。 2.2 阻火器 阻火器是阻止管线，设备外界明火倒回管道内部的一种安全装置。它是一个两端有进出口通道的小型容器，内部装满不规则状态的铜丝或不锈钢丝，由于丝网状物对气体火焰的分割且铜和不锈钢传热较快，阻火器内的金属网起到分割火焰和降温散热作用从而阻止火焰倒回管道。锦州 93 油矿中,阻火器安装在向大气冷态排出管线的上部和端部，如柴油罐的呼吸口等

5、。安装阻火器后，管内产生负压将空气倒吸时，或大气放空管线排放时，外界的明火不至于倒吸而引起火灾,这样起到保护管线,并使设备正常,安全运行的作用。 三、设计温度和设计压力的选择 关于国际通用标准 ANSI B31.1 石油炼厂配管中，阀门 - 法兰压力、温度等级有 150，300，400，600，900，1500，2500lb 六级。选用阀门、法兰时，除了注意使用压力外，还要注意使用温度，如相同压力等级的法兰，提高其使用温度会降低使用压力，即平时我们说的升温降压使用。碳钢材料的阀门、法兰各压力 - 温度级别的最大允许操作压力值见表 1： 平台管路的设计压力通常按下述原则考虑： （1）设计压力为操

6、作压力的 1.1 倍或操作压力加上 350kPa，取其中较大者。但最高设计压力不能大于可能出现的最高操作压力以上 700kPa。 （2）连接常压设计设备的管道最低设计压力不能低于 150lb 的压力 - 温度级别。 （3）井口出油管线和管汇的设计压力应等于或大于油气井的关井压力，如果低于油气井的关井压力，应有紧急切断和流体源切断，并装有压力安全阀加以保护。 （4）平台工艺管路可按系统设计压力分段确定其压力 - 温度级别，每段系统压力（包括容器、阀门、法兰、管子或附件）都应该有相应的超压切断原料源和压力安全释放措施加以保护。平台的设计温度通常按下述原则考虑： （1）当输送介质温度高于环境温度时，

7、最高设计温度至少要高于可能出现的最高设计温度以上 30。 （2）当输送介质温度低于环境温度时，最低设计温度至少要低于可能出现的最低设计温度 7。 （注：在工业金属管道设计规范GB50316-2000 中对设计条件和设计基准也做了相关阐述，可参阅其 P13P23） 四、管道壁厚 某一特定的管壁厚基本上是内部操作压力和温度的函数，制造 ASTM A106 和 API 5L 无缝管所遵照的标准，允许壁厚有低于标称壁厚 12.5%的变化。对于碳素钢管，要求腐蚀机械强度余量最小是 0.05in(0.127mm)，如果能够预测腐蚀速率，应该使用一个计算的腐蚀余量， 例如在某气田的管道壁厚的计算中，管道腐蚀

8、余量取了 4.5mm,管子使用寿命 30 年。下面是管道壁厚的计算公式和方法： 式中：tm计算的理论最小壁厚，mm; D 管子外径，mm; E 纵向焊缝系数（见 ANSI B 31.3） ，用于无缝管，E=1.00;用于电阻焊接管，E=0.85; Y 温度系数，用于 482以下的铁基材料，Y=0.4； S 遵循 ANSI B 31.3 的许用应力，105Pa， （见表 2）; C 腐蚀余量，mm。 考虑到制造公差调整厚的管子壁厚 t 为 再根据 t , 查阅有关管子手册并向上园整到规格的管子壁厚。 （注：其压力单位采用 kPa） 五、管道应力（关于海洋平台上管道的热力管道的说明） 在海洋平台上

9、的管道，只有热介质管道和发电动力机的管道需要做应力分析，其他管道的操作温度均在 100以下，而且管路的拐弯和方向变化很多，已经能够自然补偿。因此，一般情况下是不考虑管子热膨胀伸长造成管路内应力超过管子强度的问题。 六、管内流速的选择及管道管径的计算 1、概述 管径的计算在很多资料中都有叙述，一般过程是这样的：首先根据工艺条件明确:管内介质和流量，选择合适的介质流速，然后就可以计算管径了。管径计算公式很简单，其核心问题是正确选择管内流速以及压降的计算，还有管径选择的经济性分析。本节我们只介绍管径的计算和流速的选择，对于管道摩阻将专题做介绍。本节的目标是能够根据项目的不同需求选择合理的管径。 2、

10、管道管径的计算 计算公式： 其中：d管子内径，m; Q流量，m3/s; V流速，m/s; 根据式（1）,只要确定其中的两个参数，就能推导出第三个变量。 3、管内流速的选择 流速的选择要考虑管材质、流体性质、系统使用寿命、使用频率。对于海洋平台上的管路流速，管子流速一般在 15m/s 之间，如果流速小于 1m/s, 液体中的砂或其他固体可能沉积下来。若大于 5m/s, 会对一些部位如控制阀、管件等产生喷射冲刷。在此流速范围内，一般摩阻很小。 结束语 综上所述，本文论述关于海上采油平台工艺设计中常见的问题及注意要点。由于海上平台采用的规范多为美国国标，而国内的工艺、管道专业的设计从业者大多较为习惯中国国标，故本文一般用美国国标，并尽可能地列出等同的中国国标。 参考文献 1 桑运水,贾芳民,王泽浩,迟艳芬. 海洋石油 161 采油平台建造技术探讨J. 石油工程建设. 2010(01) 2 张灼安. 浅谈汽轮机海上采油平台应用J. 科技资讯. 2010(10) 3 董平兴. 采油平台海水处理自动控制系统的研究与开发J. 知识经济. 2010(11) 4 张贺威,张效忠,江爱民. 基于有限元的采油平台抗震分析J. 山西建筑. 2009(18) 5 陈昊. 海上采油平台工艺管路设计常见问题J. 科技信息. 2009(18)