关于油气集输工程管网布局设计研究

关于油气集输工程管网布局设计研究

韦继福

长庆油田分公司第六采油厂

摘要：集输管网路线选择是石油厂设计初期的主要设计决策之一。化学工艺路线可以定义为原材料和将它们转化为所需产品的反应顺序。虽然以前工厂经济被认为是选择化学工艺路线的最重要因素，但安全、环境和职业健康问题也成为重要的考虑因素。从管网的设计以及安装分析，探讨石油行业中的潜在危害以及举例说明提高管网运输的方法。

关键词：油气集输管网；设计；探讨

1 油气集输管网的设计

油田集输是指对油气水进行分离， 在油气集输管网的布局当中，对油田生产的石油和天然气进行收集、计量、初加工和输送，将各个环节连接起来，形成稳定的工艺流程，最终得到合格的石油产品，促使油田生产企业获得更好的发展。由于油气集输管网输送介质包含油气，有腐蚀性，这就需要油气集输管网具有抗腐蚀性能，以防止出现管网泄露的事故，确保油气输送的安全稳定。而在油田的实际生产过程当中，很多油气集输管网都埋藏在地下，这就需要对其进行优化布局，针对不同的地层情况进行全面的分析与设计，特别注意一些复杂的地层情况，在越过大建筑的时候要确保管网的连续和通畅。所以在对油气集输管网进行布局时，要选择合适的管材，确保其能够与油气集输生产相适应。与此同时，还需要重视油田生产过程当中的能源消耗问题，尽可能的降低管网摩擦阻力，提高输送效率。石油行业在物料的运输方面，管网作为重要的载体，要用各种类型的管网，并且对于管网的运行标准有着严格的把关。为了保证管网使用中产生中的各种危险因素不会发生，保证管网的稳定运行，要在设计中要进行多方面的考虑。首先要考虑管网的受压极限和可承受的温度范围来选择合适管网材料。其次要严格地把控管网设计系数，如直径、内径、机械强度等，将其各项示数控制到可控范围内，以保障工人们安全的工作环境以及石油生产的需要。如果选择的材料不适合当前石油要求或者管网设计系数并不适合，这将会在石油生产过程中管材运输和管网运输引起的化学物质反应，管网破裂，石油生产不能正常进行，给石油企业带来严重的经济损失。

2 油气集输管网影响的分析

2.1 管网稳定性分析

石油领域中输送流体的管网，常常因含气流体的管网输送伴随着管网的振动作用，在某些情况下会导致管网的快速破坏。气体沿管网长度的积累和不均匀分布导致脉动振动，并导致流体重心沿管网横截面发生位移，从而使管网承受额外的动载荷，减少管网的使用寿命。面对输送长距离的物料时，因管身过长导致管网的悬置，导致管网的弯曲应力增大，这也使得管网的焊缝处也会产生向下弯曲引起的弯曲应力，从而导致轴向应力使焊接处发生形变。因此为管网的焊接接头强度失效或管网自身过重使得管体破裂，可以在管体外部设置保护支架，使得管网受到的应力减小，延长管体的使用寿命。

2.2 管网热力学分析

关于石油领域中输送流体的管网，有些管网需要铺设在地下，对于供热管网系统，地上管网的运行很容易监测，但长期暴露在地下对管网的热损失有很大影响，与小口径管网系统相比，大口径管网系统会放大更多的安全隐患。对于埋地采暖管网系统，高温高压的随着管网口径的增加，在管网中流动的介质，百万吨热水产生的应力对管网的影响不容忽视，流动特性被放大，温度边界层和速度边界层对流动和传热的影响也被放大。不同位置之间的温差会造成很大的热应力。随着时间的推移管网将会发生永久形变。其主要原因是埋设条件下管网的变形主要受流动介质温度的影响。随着压力的增加，压力载荷的影响逐渐趋近于温度载荷的影响，直到一定的压力条件下，温度和压力载荷的影响基本相同。之后，压力载荷主导了变形。

2.3 管网断裂问题

材料会因工作的不同改变其结构和性能，需要将材料数据与实际材料状态联系起来进行分析研究。油气集输管网的运行条件比较复杂，对它们来说更重要的是机械和热负荷的变化以及恶劣环境的影响。在热负荷和机械负荷下，材料特性也会发生变化。在石油领域中，管网断裂现象也常常来源于长期运行导致，主要输气管网金属的物理力学性能下降。这主要与工艺应力影响、土壤沉降、暴露于腐蚀环境、氢脆等作用下结构状态发生变化有关。运行因素的影响导致管网材料力学性能下降。并在不超过最大允许设计值的载荷值下增加它们的断裂概率。

2.4 管网的焊接受力分析

焊接管网通常用于各种工程应用，在石油领域中，在焊接过程中的纵向和横向残余应力对结构耐久性都有显著影响。焊接残余应力通常集中在焊道附近，这是由于圆周焊接过程中的瞬时局部加热和随后的快速冷却造成的。实验研究表明，在有限元分析中可以利用最少数量的焊接层来提高效率，而不影响全厚度残余应力分布特征，并且对于补焊深度对补焊后的残余应力有显著影响。随着补焊深度的增加，壁厚方向的高应力区范围扩大，选择较小的补焊深度可以获得更理想的补焊后残余应力分布。在焊接后焊接残余应力是不受负载的管网所自身具备的应力，它将会和实际工作中的各种应力相互叠加作用到管网本身，因此较小的焊接深度可以减少焊接残余应力的产生，增强管体的抗负荷性。

2.5 管网材料的选用

对于油气集输管网来说，输送各种化学性质的物料，如耐腐蚀性的聚丙烯管网材料或输送气体的不锈钢或碳钢管网等。其中管网输送硫酸或其他有腐蚀性的物料时，应进行多方面的考虑，对于不同浓度酸性溶液其酸性效果是不同的，并且对于输送管网的温度及压力也应进行严格的控制，防止管网的腐蚀。

3 油气集输管网的布局优化

在设计油气集输管网时，要尽量减少投入到维护方面的费用，延长管网的使用时间，降低投资成本。要针对油田生产的布站方式进行优化，一级布站方式是指将油井采出的油气水直接输送到集中处理站进行彻底的分离，接着在油品的输送管网当中完成油气集输的生产工作。二级布站方式是指油井采出的油气水在计量站中经过计量后，再输送到联合站，根据生产实际情况， 选择适合的油气集输管网，以满足油田生产需求。三级布站方式需要油井、计量站、转油站、联合站的协同运行，油井采出后首先在计量站进行单井产量计量，接着在转油站当中进行油气水的初步分离，再在联合站当中对含水的原油进行彻底分离，最终得到合格的油品。由于油气集输管网存在水力学和热力学损失， 对其布局进行优化，可以有效的降低能量的损耗， 提高运行效率，实现油田生产的高质高量发展。而在对油气集输管网的布局进行优化设计时，要综合考虑各方面的因素，除首先确定开采油流的性质， 其次决定布站的形式，再根据相关工艺流程设计油气集输管网的布局。需要注意的是，油气集输管网要严格的遵循采出、处理、输送三者之间的一致性，不可以让管网憋压，以避免出现安全事故。对油气集输管网进行布局优化，不仅能够避免油气出现泄漏而造成能源损耗的情况发生，还能够降低生产成本，提高经济效益。对此，可以借助科学先进的计算机技术，通过软件模拟和计算，对油气集输管网进行优化布局，充分发挥出油气集输管网的作用，获得更加令人满意的生产效果。

4 结束语

油气集输管网的设计是一个极其复杂的过程，因输送材料的种类繁多，对于输送管网的材料选择、管网的连接、管网的放置位置、管网的保护等都需要精密的分析与计算。因此应该做好各个环节的工作，将其完整的衔接，进一步优化管网的设计，从而保持管网运行的稳定。

参考文献：

[1]叶振雷，任伟峰.集输管网管网设计、安装与维护研究[J].石油管理，2021（9）：155-156.