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油气集输工艺技术现状与展望-第一章 概论


第一章 概论
《油气集输工艺技术》主要由“原油输送、油田伴生气处理及轻烃回收、 天然气集输”三部分内容组成,本书主要从生产工艺、生产管理、维护维修、关 键设备等方面,介绍了国内外的技术水平,指出了我国的差距,并提出了研究与 发展的方向。
1.我国与国外油气集输专业技术水平差距

总体来说,我国油气集输专业的整体技术水平与国外先进水平相比差距

是 明显的。 从生产工艺上来说,原油管道输送方面的差距最大,自 50 年代以来,世界 上发达国家的输油管道基本上普及了密闭输送工艺流程, 而我国输油工艺还普遍 采用开式流程运行和加热输送工艺, 能耗大。 天然气和油田气处理工艺相差不大。 油田伴生气的回收, 则靠管道将联合站进行原油处理生产的伴生气汇集起来,由 压缩机加压, 然后进行轻烃回收。轻烃回收一般采取辅助浅冷和高压膨胀制冷凝 液分馏生产工艺。天然气地面生产工艺比较简单,流程是:天然气经井口采气树 后,首先进加热炉加热、然后由气嘴进行配产和节流降压、进集气站分离器分离 出水、砂、油等杂质,最后经计量后外输。 从生产设备、管理和维护手段上来讲,差距更大。国外油田在生产上普遍 采用了先进的自动化数据采集与控制技术, 对生产工艺过程的实时监控已成为惯 例,如输油管道采用 SCADA 系统,站内采用 DCS 系统,跟生产辅助的电力、通讯 系统也实现了自动化。 而我国特别是东部老油田在自动化方面还限于单件的自动 化仪表的使用,除了少数生产设施外,自动化基本上处于起步阶段;加热炉、输 油泵等生产设备陈旧落后,收发油计量误差大,能耗也较大。 我们认为,我国油气集输专业的技术水平与国外相比有相当大的差距,总 体管理技术水平比发达国家落后 10~20 年左右,而且差距有继续拉大的趋势。 2. 我国油气集输专业技术发展方向与建议

“十五”期间,我国石油工业特别是东部老油田应该在油气集输工艺、生 产数据采集与控制自动化、 高效设备等方面进行攻关和试验, 引进推广先进技术, 加大科技投入,缩小差距,尽早实现现代化,提高经济效益,为石油工业的持续 稳定发展作出贡献。 随着东部油田进入开发后期,各种生产设施、设备日趋老化,当年设计工况 和现实不匹配,脱离,矛盾日益突出,我们应该面对落后的现实,认真借鉴国内 外先进技术,脚踏实地,系统、全面、彻底地对油气集输生产系统进行改造,依 靠科技进步,以经济效益为中心,以保障安全生产、节能降耗为重点,开展科技 攻关,研究开发出先进、适用的新技术,引进推广新技术、新工艺,坚持用高新 技术对传统行业进行技术改造,特别是要注意采用计算机技术、自动化技术、微 电子技术、现代通信技术、地理信息系统、全球定位系统等,努力实现集输生产 自动化、高效化,使老油田油气集输行业技术水平跨上一个新的台阶。 近期(今后 10 年内)发展目标:实现油气集输升级的自动化、信息化,建 成数字化的网上生产管理系统, 采用先进适用的生产工艺和管理手段,应用高效 可靠的生产设备,掌握和配备各种安全保障技术和机具,达到安全生产、节能降 耗、降低成本的目的。 2.1 输油生产方面 对现有老管线,应从节能和安全两个方面着手,加强密闭输送、处理技术的 研究与推广应用,改造工艺流程,逐步实现密闭输送,提高泵效和加热炉的热效 率,逐步采用“先炉后泵”流程和实现泵的大小搭配合适。具体来说,应从五个 方面开展工作: ① 研究进行原油改性,针对胜利油的流变特性,研究原油的降凝减阻输送 技术及热处理加剂输送综合处理工艺,降低输送温度,甚至实现常温输送。 ② 实现密闭输送,这是当务之急。在目前老输油管道没有自动化数据采集 与控制系统的情况下,近期可设置调节阀和双工泄压阀,长远目标则应采用先进 的智能压力释放阀。

③ 实现自动化,建设 SCADA 系统,应用配有现场总线的 SCADA 系统。现场 总线技术标志着自动化技术新的时代的开始。现场总线是综合运用微电子技术、 网络技术、通信技术和自动控制技术的产物。它把微处理器置入传统的测量控制 仪表,使它们各自具有了数字计算和数字通信能力,成为能独立承担某些控制、 通信任务的网络节电。 这样, 以现场总线为纽带, 把原来分散的测控设备和仪表, 连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统和控制系统。 应该尽快改革现在油田的原油计量交接方式,淘汰取样器和人工化验的方 法,推广应用以引进传感器为核心的原油含水、原油密度自动测量仪,避免人为 因素,这样可大大减少计量损耗、物资能源消耗和无谓的工作量,大大减少计量 工作人员。 ④ 优化运行, 研究专家生产调度系统。 加强生产运行优化软件的开发研究, 即计算机专家系统。SCADA 系统建立了,没有相应的软件还不能达到事半功倍的 目的。通过软件的分析、诊断和优化,把专家的经验和智慧都凝聚在里面。为了 调节管道输量,应设置调速装置。对于目前的开式流程,由于调速比较小,一般 都在 20%以内, 需调速的站多, 再加上管理水平较低, 从经济和安全的角度来说, 以液力偶合器或滑差离合器为宜。从发展的眼光看,密闭流程可以使全线的余压 集中到一个站来调节,这就要求调速装置的调速范围要大,可控性能要好,而这 两点正是变频调速的优势。所以,将来还是以应用变频调速装置。 ⑤ 采用清管工艺,降低摩阻损失。 2.2 天然气集输方面 近中期从以下几个方面开展工作: ①在气井集输工艺上,为解除冻堵这一心腹之患,应研究新的生产工艺, 如研究井口加醇(采用重力罐自动加注)、高压输送至集气站,再进行冷凝脱水 (如气波制冷或膨胀制冷方式)对天然气脱水,并分离回收甲醇,分离器采用自 动放水器实现自动放水。

②对输气干线,实现“干输”,保持输气管道干燥,避免管道内腐蚀和水 化物冻堵。 ③在生产管理上,首先实现数据自动采集,然后逐步实现自动化控制,实 现集气站无人职守,由工作人员巡回对气井、集气站进行维护、检查。 气井生产监控与计量自动化系统由现场仪表、计量站可编程控制器(PLC) 与无线远程终端 RTU 构成的 SCADA 系统,气井、计量站通过 RTU 进行测控管理, 从而能够及时掌握单井产量、产液量、压力、温度和含水率等参数。在仪表选用 上,应选用智能化的井底永久压力计、井口油压、套压、温度传感器,单井计量 采用孔板流量计,大口径输气管道采用超声波流量计。另外,通过 RTU 远程控制 终端应该实现远距离监视气井和计量站的应急关闭和火炬燃烧系统, 保护环境和 系统安全。 ④研究应用气井、站、管网集输优化设计软件,在新建气井工程中,根据现 有的集输管网和气井分布,设计最优的管网分布、管径组合和集气站位置,使其 布局合理,投资费用最低。 2.3 轻烃回收方面 在生产工艺中,应开展深冷工艺研究,进一步降低深冷温度,回收利用乙 烷。 在蒸汽加热方面,首先完成蒸汽系统密闭化,回收利用蒸汽冷凝水,使蒸 汽系统密闭循环运行,然后对蒸汽系统进行优化,降低能耗。长远来说,应打倒 蒸汽,推广使用导热油加热技术,消除蒸汽加热的许多弊端,使能量得到充分合 理地利用,避免能源浪费。 随着油田的开发,伴生气资源逐年递减,一些轻烃装置必将停用,因此, 应立即着手闲置轻烃装置的再利用技术调研,例如开展车载液化气生产,开发用 于双燃料环保汽车的配套燃料, 利用深冷装置回收废橡胶轮胎生产橡胶粉等技术 的研究。

在轻烃深加工方面开展技术攻关和市场调查,如开展甲烷制取甲醇、生产 C3、C4 烃类芳构化制取苯、甲苯、二甲苯,C5、C6 烃类异构化生产高辛烷值的异 构化物、 生产替代氯氟烃的环戊烷等产品的生产工艺研究,都是增加轻烃综合利 用的途径,根据市场需求变化进行可行性研究,加快天然气、轻烃资源的综合利 用,满足市场需求,创造经济效益。 2.4 推广应用高效设备 在集输生产中电量、 油气等能源消耗是巨大的, 约占油气集输生产成本的三 分之一,因此,应以节能降耗为重点,加强输油泵、压缩机、加热炉等耗能设备 的更新改造,逐步推广高效输油泵、热媒炉、阀门以及配套仪表。 对于加热炉,近期,应对现有加热炉普遍进行节能技术改造,推广高效燃烧 器,提高燃烧效率;采取余热回收措施降低排烟温度,合理控制空气过剩系数; 配备炉管清扫装置,如超声波、空气除灰器,减小炉管热阻,提高炉效,估计热 效率可以提高到 75%。长期来说,应全面推广应用热媒炉,消灭蒸汽加热系统, 为实现密闭输送打下基础。推广无机热管技术,回收烟气余热。 研究、优选精确、灵敏、可靠、适用的油气计量设备仪表及压力、温度、原 油含水、密度、阀位、油罐液位等监测仪表。 2.5 普及推广先进的设备故障诊断技术及仪器 在油气集输生产中使用的设备,如泵、压缩机、电机、阀门等,由于建设 时间、单位的不同,其生产日期、单位以及技术标准多种多样,这就给设备的维 护管理带来了困难, 并且增加了维修的工作量。故障诊断技术是对事故采取预防 为主的方针,减少生产故障、延长设备寿命,提高经济效益和减少维修费用的重 要途径。 鉴于国外在设备管理上的先进经验,我们应该建立一支专业化的设备 故障诊断队伍,大力推广普及简易诊断仪器,在提高覆盖率和确诊率的同时, 发展精度诊断和精密诊断技术,培养故障检测分析技术人员,健全设备故障

诊断档案,从定期维修转变到检测维修上来,为生产的安全运行提供有利 的保障。 对于运行设备来说,应研究应用在线设备故障系统,生产调度中心就能实 现对所有设备的监测。应该掌握的故障诊断技术主要是三类:振动分析、油液分 析和红外测温。振动分析技术主要应用在旋转类机动设备泵、压缩机、风机、发 动机、电动机 5 大类设备及轴承、齿轮箱两类部件。油液分析技术主要应用在低 速重载旋转机械和液压机械上。 红外检测技术主要应用在电机、 加热炉、 换热器、 阀门、管道及蒸汽系统。需配备的和工具有:振动分析仪器、轴承故障诊断仪、 超声波缺陷检测仪、泄漏检测仪、油液分析仪、红外测温仪、热成像仪等。压缩 机和膨胀机的控制和连锁保护是比较复杂的,尤其是轴位移和轴振动的检测,目 前国内还不能提供可靠的仪表供选择。 对于管道来说,应引进使用先进的管道内检测智能清管器,通过它检测出 壁厚变化、局部变形、泄漏以及其它缺陷,得到管道的强度和完整性数据,并建 立检测档案,从而可有计划地进行维修,减少穿孔泄漏事故。另外,研究建立管 道数据遥测系统, 利用管道作为信息的传输介质,随时掌握阴极保护系统运行状 况。 在更高层次的研究开发方面, 应加强故障诊断机理和诊断仪器的科研开发工 作, 在开发新的诊断方法和提高仪器可靠性的同时,发展计算机辅助诊断系统和 专家诊断系统。 2.6 信息化建设方面 毋庸置疑的是, 随着微电子和计算机技术的飞速发展, 数字化技术必将深 刻地改变我们的生产方式,从管理模式、仪器仪表到设备,都将有巨大的改进, 更加可靠和聪明。 对油气集输生产数据的采集不能仅仅限制在管道系统进出站的几个点上, 测量距离过长。 为了更清除地掌握站间管道的实时运行状况,一些单位采用计算 机软件模拟的方法来补充现场数据的不足。使用数字模拟技术,建立各生产系统

的数学模型,编制完成数字模拟软件,模拟系统内油气的流动状态。把从现场采 集的数据作为边界条件输入模型,根据计算结果与实际数据的比较,就能推测管 道的泄漏、堵塞等运行故障;运用模拟软件,还可以改变目前靠经验进行技术参 数的设定、调整,成为靠计算机软件科学运作,对于确保管道的安全运行,降低 生产成本具有重要意义,从而建成数字化的“网上油田” ,缩小与发达国家的 “数字”差距。 近期应该开展的研究内容包括: 油气集输 SCADA 系统、 管道泄漏监测技术、 油气集输管道计算机仿真技术及专家系统的研究等。 2.7 生产维护维修技术 随着管道使用时间的延长,管道防腐层老化将日趋严重,腐蚀泄漏事故增 多,因此对长输管道的综合检测、评估、大修、更换技术亟待发展。
在生产维修、抢险、维护方面,要进一步提高抢修能力和机动能力,可引进一部分国外先进 适用的技术和设备,形成一整套完善的抢修机具,提高应付事故灾害的应急处理能力。

研究应用冷冻封堵技术、管道内充填封堵技术,改进目前的管道内封堵工 艺,使封堵过程更简单、安全,提高成功率,降低作业成本。 在管道维修方面,淘汰焊接补强工艺技术,引进推广“钟发条”缠绕修复 技术,实现不动火维修。在处理突发性泄漏方面,应推广应用不停产带压堵漏技 术。 研究开发废旧管线修复与再利用技术, 对报废气井集输管道重新恢复使用, 节约新井建设投资。 研究自动清罐工艺技术,降低原油损耗,保护环境。 2.8 安全技术 由于人为破坏、自然条件造成生产设施发生泄漏的事故是难以避免的,随 着生产设施使用年限的延长,设备日趋老化,事故率必将逐年提高。一是采取措

施,防患于未然,二是抢险能力,一旦发生泄漏、着火、爆炸事故,能够有得力 的措施应急,把事故损失降低到最小程度。 应提高安全工作的科技含量,强化隐患治理,深化关键装置要害部位的安 全监控管理,把防范重点、大事故的措施落到实处,加大设备安全监管力度,提 高设备安全可靠度。为此,应开展的研究内容包括:为推行 HSE 管理体系而研究 生产装置风险评估技术;浮顶储罐安全运行监测技术;油罐泄漏检测技术;管道 失效机理及判废准则及完整性评价技术;管道缺陷识别、判断技术;老管线剩余 强度评定方法和剩余寿命评估预测方法;管、罐结构可靠性分析技术;油气储运 系统风险管理技术。

21 世纪,将是科学技术飞速发展的世纪,也将是企业管理模式发生巨大变 革的世纪,石油科技也必然有也必将取得新的突破和重大进展。因此,科技创新 将变得越来越重要。 油田应该增加科技投入,营造有利于科技进步和技术创新的 政策环境,吸引高科技人才,提高技术人员从事科技攻关的积极性,从而才能在 今后激烈的市场竞争中立于不败之地,有光明的前景。


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