HSZ联合站工艺设计
1.1课题的目的和意义
联合站是转油站的一种。站内包括有原油处理系统，转油系统，原油稳定系统，污水处理系统，注水系统，天然气处理系统等它是油气集中处理联合作业站的简称。主要包括油气集中处理（原油脱水、天然气净化、原油稳定、轻烃回收等）、油田注水、污水处理、供变电和辅助生产设施等部分。联合站（库）是油田原油集输和处理的中枢。联合站（库）设有输油，脱水，污水处理，注水，化验，变电，锅炉等生产装置，主要作用是通过对原油的处理，达到三脱（原油脱水，脱盐，脱硫；天然气脱水，脱油；污水脱油）三回收（回收污油，污水，轻烃），出四种合格产品（天然气，净化油，净化污水，轻烃）以及进行商品原油的外输。
联合站是油田油气集输过程中的重要生产环节，是集油气分离、原油脱水、原油计量、稳定外输、油田注水、污水处理、消防即热力系统等为一体的综合生产过程。目前我国大多数联合站的原油计量自动化水平还很低，还停留在人工手动状态，对物为、液量、压力和温度的过程参数都需要靠人工检测，人为误差大，严重影响生产效率及产品质量。针对联合站实际状况，以满足联合站原油外输计量生产要求，开发一套原油外输计量系统，能对生产现场实现原油计量高精度的远程集中化科学管理和实时在线监控、实现流程操作全自动化。
联合站的研究具有重大的意义和前景。根据联合站的功能和规模，搞好优化设计，不断提高联合站设计水平、争取达到开发方案的优化、油田总体布局优化、工艺流程优化、自动控制系统优化、联合站总图优化、配套系统优化，以合理有效的利用石油能源，提高能源的开发率和利用率，使联合站能够安全高效的生产。
1.2国内外研究现状
目前，我国各种规模的联合站中油水分离的控制过程大多数还采用手动或半自动控制防水。即一次仪表加手操器方式或根据经验来控制手动阀门的开启度。在这个环节上自动化程度很低，急待解决。而在发达国家，基本上实现了全自动控制，即脱水、加药、污水处理、平稳外输过程的全自动调节及控制。在这方面，我国处于落后状态的主要原因是传感器及调节仪表的性能质量均达不到要求，过去开发的一类型的自动控制系统无法使用等。近年来，随着各类先进控制产品的引入及操作人员的素质不断提高，采用先进的全自动控制系统来控制脱水过程已经实现，并在不断推广。
我国大部分的油田采油厂联合站是在20世纪70年代建立起来的，在当时的生产水平下是能够担负起诸如测量、手工操作的具体任务的。但是，随着油田的大规模开发，生产规模的日益扩大，原有的生产系统暴露出来的问题也日益突出，如，人工监控的误差大、人工操作的不及时、动态处理过程不实时等。另一方面，系统没有实现自动控制，耗能大、效率低、能量浪费比较严重。因此，这就迫切要求对联合站进行自动化改造，实行计算机系统的监控与管理。从而可以自动采集并监测生产过程的各个参数，并进行优化处理，实现节能降耗。联合站计算机控制系统，大都采用的是单回路给定点的PID控制算法PID控制是最早发展起来的控制策略之一，按偏差的比例积分和微分进行控制的调节器称为PID控制器，它是连续系统中技术成熟，应用最广泛的一种调节器但是在实际的工业生产过程中，往往具有非线性，时变不确定性，难以建立精确数字模型，应用常规PID控制器不能达到理想的控制效果。因此，利用神经网络的自学习能力和逼近任意函数的能力，把神经网络与传统的PID控制有机结合寻找一个最佳的PID非线性组合控制规律，将在一定程度上解决传统PID调节器不易在线实时整定参数，难于对一些复杂过程和参数慢时变系统进行有效控制的不足，从而提高控制器对系统与环境的适应能力和控制效果。
美国海湾石油公司于1954年10月，建成世界上第一套自动监控输送系统(简称LACT)装置，解决了原油的自动收集、处理、计量和输送问题，到1967年底，美国陆地石油公司己有75%的原油采用LACT装置。在LACT 应用的同时，一些原油处理站出现了以闭环控制为特点的就地自动化控制系统。从六十年代末期以后，计算机及PLC技术已开始应用于油田联合站内的部分生产系统中，但此时联合站集输系统还是处于简单常规仪表控制时期。随着集输工艺上计量站的形成和中心处理站(简称联合站)的产生，集散控制系统(简称DCS)开始应用于联合站集输系统中代替常规仪表。进入九十年代，DCS的功能越来越强，工作也越来越可靠。如HONEYWELL公司的TDC3000系统、FISHER-ROSEMOUNT公司的PROVOX系统等数十个厂商的DCS 都在油气处理站有所应用。随着通信技术的发展，SCADA(Supervisory Control And DataAcquisition)即监控与数据采集系统越来越多地应用于油田生产控制与管理中。
1.3研究目标
研究目标是拟建于陕西省吴起槐树庄地区的联合站。可在一块大约是600m×500m的区域上优先征用。站址周围无大型企事业单位及大型建（构）筑物，距离矿场油库32公里。该地区地势较平坦开阔，土质为黄土。
1.4研究的内容
1. 计算及说明书部分内容
（1）该联合站原油处理能力计算，原油、天然气物性计算；
（2）方案设计（确定处理工艺和方框流程）；
（3）主要设备选型计算：
a. 分离器的台数、尺寸；
b. 缓冲罐的大小、台数；
c. 脱水器的台数、尺寸；
d. 加热炉的台数、热负荷、热效率；
e. 泵的规格、型号、类型、功能、台数；
f. 储油罐的个数、容量、防火堤等。
（4）根据地形测图确定总平面布置；
一般应提出2个以上的布置方案，选优确定。应考虑的因素包括：平面、竖向、分区、道路、防火间距、消防、风向、周围环境、绿化、油气流向、管线布置等；
（5）撰写该联合站总平面布置说明书，完成工程说明书的编制；
（6）根据平面布置图和方框流程图确定联合站的工艺流程，撰写流程说明，包括正常操作时的油气水流向、事故（停电）、站内循环时油气流向；
（7）进行站内水力、热力计算和设备（如分离器、电脱水器、缓冲罐、加热炉、泵等）的选型计算及数量的确定，完成工艺计算
2设计说明书
2.1设计资料
2.1.1设计规模：
原油处理能力：240万吨／年（纯油）（综合含水按75％计）预留原油接转能力60万吨／年
天然气净化能力30万m3/d
系统配套工程：变电所一座，设置双路电源供电；加热设施，消防泵房一座，通讯装置一套，道路。
2.1.2设计基础数据
（1）原油物性：
密度：865.8kg/m3(20℃)
粘度：（50℃）22.8mPa?s 原油初馏点：87℃
凝固点：28℃原油含蜡：38.9％
含胶质：22.5％含沥青质：11.7％
含硫：1.9% 平均气油比：32Nm3/t
气液进站温度：38℃气液进站压力：0.56MPa
（2）天然气物性
伴生气组分
CH
4：86.71％ C
2
H
6
：4.77％
C
3H
8
：4.39％ C
4
H
10
：1.37％
C
5H
12
：1.12％ C
6
H
14
：0.19％
C
7H
16
：0.18％ C
8
H
18
：0.04％
CO
2：0.19％ N
2
：1.04％
（3）气象、工程地质及水文资料
地震等级：按6级烈度设防
地耐力：7t/m2
月平均最高温度：30.2℃，月平均最低温度：－15℃
最小频率风向冬季S，风频5％；夏季W，风频4％。
月平均风速：5.2m/s
最大冻土深度：1.3m
（4）参考设计参数
三相分离器进口温度：55℃
三相分离器出口温度：55℃
三相分离器控制压力：0.5MPa
三相分离器出口原油含水：<30％
原油缓冲罐控制压力：0.15MPa
电脱水器控制压力：0.3MPa
电脱水器脱水温度：55℃
电脱水器入口原油含水应 <30%
电脱水器出口原油含水＜0.5％
电脱水器出口污水含油＜0.5％
原油稳定温度：60℃
原油负稳定压力：0.04MPa
原油外输温度：60℃
油罐储存温度：45℃～50℃
2.2 站址及自然概况
该联合站拟建于陕西省吴起槐树庄地区。联合站可在一块大约是600m×500m的区域上优先征用。站址周围无大型企事业单位及大型建（构）筑物，距离矿场油库32公里。该地区地势较平坦开阔，土质为黄土。
2.3工艺流程
1、正常流程：
注破乳剂
污水→污水处理区
2、停电流程：
进站来油→进站阀组→油气水三相分离器→缓冲罐→循环泵→事故罐→正常流程
3联合站工艺计算
3.1基础数据计算
3.1.1 设计规模
原油处理能力：240万吨 (年工作日：365天)
d t /6575.3425/240=年万吨
考虑油田生产不稳定性，取不稳定系数1.2，则原油处理能力为
d t M o /7890.4112.16575.3425=?=
3.1.2 天然气处理能力
已知来油综合气油比为：32Nm 3/t ，则天然气的处理量为
d Nm Q gs /252493.152327890.4113=?=
3.1.3 污水处理能力
综合含水为75%，则
w Q =7890.411×75%/(1-75%)=23671.233t/d
3.2 油气物性计算
3.2.1 原油物性参数计算
1、密度
由《油气集输与矿场加工》式（2-16）知，在0℃～50℃范围内、温度为t 的原油密度可按下式计算：
)20(20--=t t ξρρ
(3-1)
式中 t ρ，20ρ——温度为t ℃，20℃时原油的密度，3
kg/m ；
ξ——温度系数，)/(3C m kg ??，ξ=1.828-0.0013220ρ。
在20℃-120℃范围内，原油密度为
)
20(120
t -+=
t αρρ (3-2)
当780≤20ρ＜860时，320310)10638.2083.3(--??-=ρα
860≤20ρ≤960时，3
20310
)10975.1513.2(--??-=ρα
2、动力粘度
已知某一温度下原油的粘度值，其他温度t 下原油的粘度值由《油气集输》式（4-44）计算：
()
()()[]1
000
lg 11-??-+?=t c t t t t c c μαμμ
(3-3)
3
1052.2,101000-?==?≥a c s mPa t 时，μ
3
101000c 100, 1.4410t mPa s a μ-≤≤?==?时，
3
10