中国石油工程设计大赛方案设计类作品

团队编号：1610皿但

中国石油工程设计大赛

方案设计类作品

比赛类别

油气田开发工程单项组

完成日期2016年4月14日

中国石油工程设计大赛组织委员会制

作品简介

作品简介

本设计方案是在调研与学习相关的国家、行业以及企业标准、《油气油气集

输工程》、《SafetyRegulationsforFPSU》等以及石油工程领域最新文献资料

的基础上，参照《海洋石油工程设计指南》中的相关要求，针对目标区块设计工

程方案进行的综合性优化与设计。

本设计方案研究目标区块为一具有复杂断层的半背斜断块油气藏。根据大赛

给出的基础数据以及查阅相关规范，设计了多套方案，后通过方案的可行性和经

济性比选，最终选择了一种海底井网部署方案进行详细设计。

在方案设计中，用AutoCAD软件对井网进行综合部署；用MicrosoftVisual

Studio2013软件对海底汇管位置进行最优计算以及产出的石油和天然气的基本

物性参数进行了计算；用PIPEASE软件和Excel软件对整套海底油气田设计方案

中管道系统进行了管网仿真，包括管道在不同管径、壁厚、海管埋地深度、保温

层的压力变化和温度变化进行了综合模拟，最后优选出一套最佳方案。

止匕外，综合考虑基础设计数据，选取FPSO作为海洋油气田的主要集输处理

中心，并对FPSO进行了初步设计，对处理站的流程进行了设计，分别进行了分

离器、压缩机组、脱酸装置、脱水装置的设计计算，选出适合方案设计的设备。

本设计还对整个油气田的自控系统、电力工程、通信工程、给排水及消防、

供热和暖通、生产维修工程、安全、节能节水及海洋环境保护等方面进行了详细

的描述，完成了一套完整的油气田开发设计方案。

目录

目录

作品简介..........................................................................I

第一章总论......................................................................1

1.1设计原则................................................................1

1.2相关的法律、法规和标准..................................................1

1.3油气田概况..............................................................4

1.3.1井位布置..........................................................4

1.3.2自然环境...........................................................5

第二章集输管线管网设计布局.....................................................7

2.1混输管线设计............................................................7

2.1.1管径的初步选择....................................................9

2.1.2管道壁厚的选择...................................................14

2.1.3管材的选择.......................................................16

2.2混输管线的模拟校核.....................................................17

2.2.1模拟参数确定.....................................................17

2.2.2混输管线的数值模拟...............................................20

2.2.3混输管线数值模拟结果.............................................29

2.3油气多相混输泵的选择...................................................31

2.3.1各种海底油气多相混输泵的研究和应用情况..........................31

2.3.2混输泵的选择.....................................................35

2.4防腐与阴极保护.........................................................37

2.4.1防腐与腐蚀监控...................................................37

2.4.2阴极保护..........................................................39

2.5线路保温层的选择.......................................................40

2.5.1保温材料的选用原则...............................................40

2.5.2保温材料的选用...................................................40

第三章FPS。海上浮式生产储油船.................................................42

3.1FPSO总体设计..........................................................42

3.1.1总体设计概念.....................................................42

3.1.2设计规范和标准...................................................43

3.1.3主船体尺度的确定.................................................43

3.2FPSO结构设计..........................................................45

3.2.1结构设计内容.....................................................45

3.2.2结构特点.........................................................45

3.2.3船体结构设计载荷.................................................45

3.2.4船体强度分析.....................................................45

3.3FPSO系泊系统设计......................................................45

3.3.1单点系泊功能.....................................................46

3.3.2单点系泊系统.....................................................46

3.3.3设计规范与法规...................................................47

3.4FPSO立管系统设计......................................................47

3.5FPSO货油外输系统设计.................................................48

3.5.1靠泊方式.........................................................48

目录

3.5.2运输油轮.........................................................48

3.5.3FPSO艇部原油外输作业的基本操作过程.............................49

3.5.4外输泵选型.......................................................50

3.6FPS。数字化设计........................................................51

3.7主要处理流程及设备选取................................................51

3.7.1处理流程.........................................................51

3.7.2主要设备选取.....................................................52

第四章港口接收站设计..........................................................70

4.1码头选址...............................................................70

4.2LNG接收终端的选择.....................................................70

4.3原油接收终端的选择.....................................................71

4.4接收站的计量与再处理...................................................72

第五章给水工程、污水处理......................................................73

5.1给水工程...............................................................73

5.1.1用户及用水量计算.................................................73

5.1.2海水提升泵.......................................................74

5.2污水处理...............................................................75

5.2.1海上含油污水的排放标准...........................................75

5.2.2设计条件.........................................................76

5.2.3水处理流程.......................................................76

5.2.4生活污水处理.....................................................76

第六章自动控制.................................................................78

6.1设计范围...............................................................78

6.2设计原则...............................................................78

6.3SCADA....................................................................................................................................78

6.4自动控制系统方案.......................................................79

6.4.1油田管理模式.....................................................79

6.4.2系统配置..........................................................79

6.4.3仪表选型.........................................................80

第七章消防安全................................................................82

7.1危险区域划分...........................................................82

7.1.1危险区域划分的目的...............................................82

7.1.2危险区域划分的原则...............................................82

7.1.3危险区域划分的规范...............................................83

7.2防火区域划分...........................................................83

7.2.1防火区域划分的目的...............................................83

7.2.2防火区域划分的原则...............................................83

7.2.3火灾的分类.......................................................84

7.2.4防火区域划分的规范...............................................85

7.3消防水系统.............................................................85

7.3.1消防水系统的介绍.................................................85

7.3.2消防水系统的设计.................................................86

第八章电力系统................................................................89

II

目录

8.1电力系统简介...........................................................89

8.2电力系统的构成.........................................................89

8.3电力系统的设计范围.....................................................91

8.4电力系统设计应遵循的规范与标准........................................92

第九章通信系统................................................................93

9.1通信系统简介...........................................................93

9.2通信系统分类...........................................................93

9.3通信系统内容...........................................................93

9.3.1卫星地球站（TES）................................................................................................93

9.3.2中短波单边带无线电台（SSB）...........................................................................94

9.3.3微波扩频通信（SSR）............................................................................................94

9.3.4海底电缆通信.....................................................94

9.3.5电话系统（PABX）..................................................................................................95

9.3.6声力电话系统（SPT）............................................................................................96

9.3.7广播娱乐报警系统（PA）......................................................................................96

9.3.8应急无线电设备...................................................96

9.3.9气象系统.........................................................97

9.3.10局域网..........................................................97

第十章海洋环境保护............................................................98

10.1环境保护采用的标准....................................................98

10.1.1海上工程设计采用的环境保护法规.................................98

10.1.2海上工程设计采用的环境保护标准.................................98

10.2环境保护控制的目标....................................................98

10.3主要污染源和污染物....................................................98

10.3.1水污染源及污染物................................................98

10.3.2固体及废物污染源及污染物........................................99

10.3.3噪声、振动的污染源和污染物.....................................99

10.4控制污染与生态破坏的初步方案.........................................99

10.4.1水污染控制方案..................................................99

10.4.2固废污染控制方案................................................99

10.4.3噪音污染控制方案................................................99

第十一章职业卫生.............................................................100

11.1编制依据.............................................................100

11.1.1相关法律法规...................................................100

11.1.2相关标准和规范.................................................100

11.1.3中国海洋石油总公司规则.........................................100

11.2职业病危害及防护措施.................................................101

11.2.1职业病危害因素.................................................101

11.2.2主要防护措施及防护设备.........................................101

附录一费马点程序............................................................104

附录二距离计算程序..........................................................105

附录三物性计算程序..........................................................107

III

第一章总论

第一章总论

1.1设计原则

1、贯彻国家基本建设方针政策，遵循国家和行业的各项技术标准、规范。

2、贯彻“安全、环保、节能、高效、科学、适用”的指导思想，紧密结合上、

下游工程，以保证集输系统和原油处理厂的安全、平稳地运行，减少本工程对环

境的污染。

3、合理利用井口流体的压力能，适当提高集输系统压力，降低集输能耗。

4、充分利用周边地区已建设施，因地制宜，力求设计方案工艺流程简洁、布

局合理、投资节省。

5、结合整体开发方案考虑地面工程设计，为改扩建留有余地，使油田整体开

发时能充分利用试采工程已建设施。

1.2相关的法律、法规和标准

1、有关的国家法规

《中华人民共和国文物保护法》2007年12月29日

《中华人民共和国水土保护法》1991年6月29日

《中华人民共和国环境保护法》

《压力容器安全技术监察规程》质技监局发[1999]154号；

《中华人民共和国安全生产法》主席令第70号（2002）；

《中华人民共和国消防法》主席令第6号（2008）；

《石油天然气管道保护条例》国务院令第313号；

《危险化学品安全管理条例》国务院令第344号；

《使用有毒物品作业场所劳动保护条例》国务院令第352号;

《特种设备安全监察条例》国务院令第59号（2009）；

《中华人民共和国防洪法》；

《中华人民共和国河道管理条例》；

国家、行业和工程所在地河道、航道的其他相关政策、法规。

2、有关的国家标准、规范及技术规定

《油气集输设计规范》（GB50350-2005）

1

第一章总论

《输送流体用无缝钢管》(GB/T8163-2008)

《石油化工建(构)筑物抗震设防分类标准》(GB50453-2008)

《油气输送管道线路工程抗震技术规范》(GB50470-2008)

《油气输送管道穿越工程设计规范》(GB50423-2007)

《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)(2008年版)

《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116-1998)

《电子计算机机房设计规范》(GB50174-93)

《石油化工企业自动化仪表选型设计规范》(SH3005-1999)

《石油化工仪表管道线设计规范》(SH/T3019-2003)

《石油化工可燃气和有毒气体检测报警设计规范》(SH3063-1999)

《油气田及管道仪表控制系统设计规范》(SY/T0090-2006)

《油气田及管道计算机控制系统设计规范》(SY/T0091-2006)

《油气管道仪表及自动化系统运行技术规范》(SY/T6069-2005)

《石油化工企业控制室和自动分析器室设计规范》(SH3006-1999)

《石油化工仪表供电设计规范》(SH/T3082-2003)

《石油化工仪表接地设计规范》(SH/T3081-2003)

《工业企业通信设计规范》(GBJ42-93)

《工业电视系统工程设计规范》(GBJ115-87)

《视频安防监控系统工程设计规范》(GB50395-2007)

《长途通信光缆线路工程设计规范》(YD5102-2005)

《全介质自承式光缆》(DL/T980-2002)

《石油化工企业电信设计规范》(SH/T3153-2007)

《石油化工装置电信设计规范》(SH/T3028-2007)

《入侵报警系统工程设计规范》(GB50394-2007)

《供配电系统设计规范》(GB50052-95)

《10kV及以下变电所设计规范》(GB50053-94)

《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》(GB/T50062-2008)

《电力装置的电测量仪表装置设计规范》(GB/T50063-2008)

《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》(GB50058-92)

2

第一章总论

《通用用电设备配电设计规范》(GB50055-93)

《电力工程电缆设计规范》(GB50217-2007)

《低压配电设计规范》(GB50054-1995)

《钢制压力容器》(GB150-1998)第1,2号修改单

《承压设备无损检测》(JB/T4730.1—4730.6-2005)

《污水综合排放标准》(GB8978-96)

《建筑设计防火规范》GB50016-2006

《建筑地面设计规范》(GB50037-96)

《建筑内部装修设计防火规范》(GB50222-95(2001年修订本))

《民用建筑热工设计规范》(GB50176-93)

《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94(2000年版))

《砌体结构设计规范》(GB50003-2001(2002年局部修订版))

《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)

《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)

《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)

《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)

《电力设施抗震设计规范》(GB50260-96)

《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL/T620-1997)

《交流电流装置的接地》(DL/T621-1997)

《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)

《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343-2004)

《建筑灭火器配置规范》(GB50140-2005)

《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2001)

《工业企业设计卫生规范》(GBZ1-2002)

《钢质管道外腐蚀控制规范》(GB/T21447-2008)

《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》(GB/T23257-2009)

《钢质管道聚乙烯胶粘带防腐层技术标准》(SY/T0414-2007)

《埋地钢质管道阴极保护技术规范》(GB/T21448-2008)

《埋地钢质管道硬质聚氨酯泡沫塑料保温层技术标准》(SY/T0415T996)

3

第一章总论

《阴极保护管道的电绝缘标准》(SY/T0086-2003)

《石油化工设备和管道涂料防腐蚀技术规范》(SH3022T999)

《输油(气)钢质管道抗震设计规范》(SY/T0450-2004)

《管道干线标记设置技术规定》(SY/T6064-94)

《钢质管道穿越铁路和公路推荐做法》(SY/T0325-2001)

《工业企业厂界噪声标准》GB12348-2008

《工业企业噪声控制设计规范》GBJ87-85

《压力容器安全技术监察规程》1999版

《钢制焊接常压容器》(JB/T4735-1997)

《钢制焊接常压容器》(川/T4735T997)

《钢制卧式容器》(川/T4731-2005)

《石油化工企业燃料气系统和可燃气体排放系统设计规范》(SH3009-2001)

《油气田柴油机发电站设计规范》(SY/T0080-2008)

《锅炉房设计规范》(GB50041-2008)

《石油化工安全仪表系统设计规范》(SH/T3018)

《管道下向焊接工艺规程》(Q/CNPC78-2002)

《管道干线标记设置技术规定》(SY/T6064-94)

《油气输送管道穿越工程施工规范》(GB50424-2007)

《钢制管道焊接及验收规范》(SY/T4103-2005)

《油气管道焊接工艺评定方法》(SY0452-2002)

《涂装前钢材表面预处理规范》(SY/T0407-97)

《涂装前钢管表面锈蚀等级和除锈等级》(GB/T8923-88)

《埋地钢质管道阴极保护参数测试规范》(SY/T0023T997)

《阴极保护管道的电绝缘》(SY/0086-1995)

《油气输送管道穿越工程设计规范》(GB50423-2007)；

1.3油气田概况

1.3.1井位布置

本次设计方案研究目标区块为一具有复杂断层的半背斜断块油气藏。工区面

积约5.5km,东西宽约1858m,南北长约2980m。构造区距离最近港口油库为120

4

第一章总论

海里，区域水深1350〜1525n1。

1.3.2自然环境

1.3.2.1风向和风速

经统计，该海域主导风向为NE,次主风向S,风玫瑰见下图:

图1-1风玫瑰图

1.3.2.2水文条件

.1水温

海区表层及近底层水温参数见下表：

表1-1水温参数

水温（℃）

位置

最高最低

表层水温29.017.0

近底层水温

3.52.0

（1500ni深度）

在进行管网设计及数值模拟的过程中，海底埋地管线采用海区1500m深度的

最低温度进行计算。

.2波浪

由于该海域海浪以风浪为主，常浪向与主风向具有较强的一致性，该海域的

主浪向为NE,次主浪向为S,浪玫瑰见下图：

5

第一章总论

Hs(m)

图1-2浪玫瑰图

.3海流

该海域主流向为WNW,流玫瑰见下图：

图「3流玫瑰图

6

第二章集输管线管网设计布局

第二章集输管线管网设计布局

2.1混输管线设计

本次集输管网设计的目标为将油田所产油气进行集中并处理，安全输送至海

岸处终端接收站（距开发区块120海里）进行进一步处理或外输。该区块部署新

井12口，同一坐标位置部署两口相邻的生产井，井口坐标如下表2T所示：

表2T井口位置坐标

井口坐标

井号XY

1321882483986

23213402483173

33212162482615

43222842483984

53219682483166

63221592482302

根据6个井口位置，通过费马点（“费马点”是指位于三角形内且到三角形

三个顶点距离之和最短的点。若给定一个三角形ABC的话，从这个三角形的费马

点P到三角形的三个顶点A、B、C的距离之和比从其它点算起的都要小。这个特

殊点对于每个给定的三角形都只有一个）的计算，可以得出集输点的坐标P

（321685,2483216）。利用MicrosoftVisualStudio2013软件进行费马点P的

计算，如下图2T所示，代码见附录一：

图2-1费马点计算程序图

7

第二章集输管线管网设计布局

根据油田地面概况以及油田原油、采出水及天然气的物性参数，决定采用以

下集输方案。油井采出物（含水含气原油）经由井组出油管线输至集输点P,各

井组来油进入集输点P混合，混合油多相流混输泵加压后，进入FPSO立式水套

炉加热，加热至15〜20℃后进入密闭分离装置进行油气分离，分离出的伴生气经

气液分离器分液后，一部分作为水套加热炉燃料，剩余伴生气和原油则通过穿梭

邮轮至港口接收站。

其中各井口到集输点的距离利用MicrosoftVisualStudio2013软件进行

计算，如下图2-3所示，代码见附录二。

8

第二章集输管线管网设计布局

图2-3各井口到集输点距离计算程序图

运行结果如下表所示:

1号井2号井3号井4号井5号井6号井

到集输点

866m347m762m973m287m1029m

P点距离

2.1.1管径的初步选择

在不加热油气集输管线中，因为输送温度低，油气水在管线中常呈气体一累

律液体两相水平管流，其管径选择的合理与否，直接影响着整个系统的生产及其

经济效益。

管径对于不加热油气集输管线流动规律的影响

在气液两相水平管流中，按层流、紊流两种基本流动状态已远不能准确描述

其流动规律，而必须按层状流、波状流、泡状流、团状流、冲击流、环状流及雾

状流等7种基本流动型态描述其流动机理及规律。因而在两相水平管线中，管径

与摩阻之间的关系变得非常复杂，很难用一个简单的函数关系表示出来，这是因

为：

1、在其它参数一定的条件下，管径的变化将引起流速的变化，从而导致流

动型态发生变化。在不同流动型态下，摩阻与管径之间的关系完全不同；同时由

于摩阻的变化，将使管线的工作压力发生变化，从而导致气体体积流量和流速的

变化,这种变化又将反作用于流动型态，结果使管径与摩阻之间的关系异常复杂。

2、不加热油气集输系统中，油水混合物常呈基律液体状态。当管径发生变

化时，液体流速也将随之发生变化。增大管径既有降低摩阻的有利方面，同时也

有使液体流速降低，剪切降粘作用变小，从而使液体视粘度增大的不利方面。

9

第二章集输管线管网设计布局

3、不加热油气集输管线中，当原油含水率及温度发生变化时，油水混合物

的流变特性也随之发生变化。因此在不同的含水阶段，管径与摩阻之间呈不同的

变化规律。

综上所述，管径对气液两相水平管流的流动规律有显著影响，因此根据气液

两相流动规律优选管径具有重要的现实意义。

管径的选择方法

不加热油气集输管线的管径选择采用试算法进行。

1、初选管径：

J菽

式中：

Q----原油体积流量；

V一一管道内原油经济流速。

2、假定几种可供初步选择的管径D。

取经济流速1、1.5、2、2.5m/s,流量0.066m3/s,分别计算管径并进行平均,

如下表：

表2-2经济管径

流速（m/s）11.522.5

管径（mm）0.290.240.200.18

取平均值D=0.23m作为初步选择的管径。

3、按气液两相流动规律分别计算在已假定的不同管径及其运行参数（如:

压力、温度、流量等）下的压力损失及其它能耗。

其中压降的计算方法如下：

（1）层状流和波状流

=*1+TgSg

dxA

式中：

襄一一压力梯度；

dx

A——管线过流断面的面积；

q、Tg——气相与管壁、液相与管壁的剪切应力;

10

第二章集输管线管网设计布局

Si、Sg——管线过流断面上气相、液相的湿周。

（2）泡状流

dP/VmPmF,/J，/

_五=膈//+2（匕一匕）

式中：

Am一一气液混合物的沿程阻力系数；

Vm——气液混合物的平均流速；

pm——气液混合物的平均密度；

Vg、匕’——气相、液相的就地比容;

X一一质量含气率。

（3）团状流和冲击流

Pg、Pl一—气相、液相密度；

Qg、Q1一—气相、液相的体积流量；

Re2一一两相雷诺数；

a、b、c——与管径、液体性质有关的常数。

（4）环状流

倒

dx~%\dx）sa

式中：

联）Sg——气相单独流动时的压力梯度；

宿一一分气相折算系数。

3、按照以上计算结果及实际生产所要求的工艺参数，选择几种管径。进行

经济对比后，从中优选。

在进行压降计算时，因管线中气、液物性参数大多为温度和压力的函数，故

应首先将整个管线分为若干段，计算每一段平均温度和压力下流体的物性参数,

11

第二章集输管线管网设计布局

然后判定其流动型态，选用相应的压力梯度公式进行压降计算。为了使计算结果

准确，每一管段均需用迭代法进行计算。

PIPEPHASE模拟软件的介绍

由于多相流计算的困难性，在本次设计中，采用PIPEPHASE软件进行管道的

仿真模拟。

PIPEPHASE软件主要用于油田集油系统油气水三相流混输计算，包括了油气

水多相混输管道的稳态计算模块。该软件对多相混输管道的工艺计算采用多个经

验相关式，由于每个相关式都来自于一个特定范围的实验数据录取条件。因而，

当相关式用于与当时实验条件相近的工况时，其计算结果比较准确，而用于偏离

当时实验条件工况时，其计算结果的误差就比较大。影响PIPEPHASE软件混输

计算结果的主要因素有介质的流量、油气比、含水率、原油物性（粘度、密度以

及流变性）以及混输管道的管径和管道长度等。物性输入界面如下图所示：

图2-4物性输入界面

PIPEPHASE软件用于混输管道工艺计算时，相关经验式有二十多种，目前主

要应用贝格斯一布里尔（BBM）相关式进行工艺计算。在本设计中，应用BBM相

12

第二章集输管线管网设计布局

关式进行水平管道水力热力计算，如下图2-5所示，用Duns-Ros相关式进行竖

直管的水力热力计算，如下图2-6所示。

r

PressureDropFlowCorrelations

图2-5水平管水力计算模型

PressureDropFlowCorrelations

图2-6立管水力计算模型

2.1.1.4管径设计原则

本设计在满足安全生产及任务输量要求的前提下，力求满足以下原则:

1、结合实际情况，技术先进，经济合理，安全适用。

13

第二章集输管线管网设计布局

2、认真贯彻执行国家的方针政策，严格遵守相关设计标准，综合权衡安全、

环保、经济等诸多因素，优化设计。

3、努力汲取国外一切适用的先进技术成果，利用自动化技术、计算机技术、

控制技术、检测技术、仿真技术在管道设计中向实现智能管道技术迈进。

4线路则选那些工程量小、技术上可行、施工方便的地点。

2.1.2管道壁厚的选择

海上工程风险高，施工技术要求苛刻，投资巨大，其中海底管道的投资占了

很大的比重。海底管道设计中一项重要的内容就是管径和壁厚的选定问题。海底

管道的外径主要是根据工艺流量和压力，结合经济和安全两方面因素确定，材质

主要考虑强度大小以及制造工艺的优劣和价格因素。壁厚是管径以外最重要的参

数，在设计海底输送油气管道的壁厚过程中，应考虑多方面的因素。以管径为

219mm单壁管道为例，壁厚增加1mm,每公里管道的重量就要大约增加5.It,此

外还关系到海底管道安装方法的选择，以及经济投资的决策。经济合理的壁厚数

据，反映了海底管道工程的设计、制造以及安装水平。

目前，我国的海底管道设计者主要依据DNV1981版海底管道设计规范，等同

使用，还有CCS1992版《海底管道设计规范》。在以上规范规定中，对于设计壁

厚和计算壁厚的规定很少，且很笼统。技术人员在工程设计中都是根据经验选取,

存在很大的随意性。在DNV2000版中，基于概率极限设计方法，对于管道的壁厚

选取有较明确的规定，这样设计者可以有章可循。

海底管道壁厚的设计

由于海底管道特殊的工作环境，应严格要求管壁不出现泄漏，尤其是输送油

气介质的管道，管壁一旦泄漏，会造成大面积的海洋环境污染，且维修困难。规

范规定，管道应定期（比如1年）进行在线检测，其中包括沿线冲刷、管内外壁

的腐蚀及焊缝缺陷等。由于目前还没有足够的技术力量，还很难做到定期检验,

所以提高管壁厚度，增加安全裕度很有必要.胜利油田正在着手研究海底管道的

水下检测技术。

根据施工和设计的经验，对于中小管径的管道，和海水的相对密度相比，在

空管的状态下，在1.0〜2.0之间为宜，如果相对密度超过2.0,会给管道铺设造成

困难，如果小于1.0,施工时，应采取一些稳管措施，比如管内冲水。在运行和维

14

第二章集输管线管网设计布局

修期间，不得将管内排空，这样给生产管理带来很多弊端。

对于存在偶然荷载、落体和其它外部荷载作用的海底管道，并且没有相应的

安全措施，当管径等于或超过219mm,安全区划分为高危险区并且所在区域为2

区时，管道的壁厚应不小于12mm。

海底管道壁厚的计算

（1）计算抵抗压爆的能力，主要是管道内外的压力，包括外部静水压力和管

内流体的压力。

比如管子在工厂内进行静水压试验，检验管子本身会不会出现渗漏和渗水现

象；海底管道投产前，做管段或者整条管道的水压试验，检验整个管路是否严密

不漏。此种情况的计算壁厚采用

置=t-tfab

对于操作期的计算壁厚：

t1—t-tfab^corr

式中：

t——管子的设计壁厚，即公称壁厚（不考虑腐蚀裕量）；

tl——管子的计算壁厚；

tfab——管子的制造误差；

tcorr一一管子的腐蚀裕量。

（2）计算管道抵抗压力之外荷载的能力，比如拖曳力，管道的弯曲等时；在

计算起吊、铺管船铺管或者海上拖管等施工应力分析时，计算壁厚取：

tl=t

其他情况取：

t-i=t—tfab

（3）在计算管道的水下重量，校核海底在位稳定性时，一般宜减掉腐蚀裕

量，计算壁厚：

一t-tcorr

壁厚计算

本次设计管道所在海区属于浅海和深海的过渡区，水深为1400至1500m,链

接最短347m,最多1029m的海上油气集输干线，设计寿命35年，环境载荷按照

50年重现期选取。

15

第二章集输管线管网设计布局

由于输油管道需要保温，所以选用常规的保温结构，初步内管选择①230*12,

外管中250*12。这样内管还会受到外管和泡沫夹克材料的保护，避免了直接和海

底土壤接触，且管道埋设到泥面以下1.5m,安全性很好。

考虑到管段运输、管道铺设以及海底稳定性等因素，D/t的数值分别为34.91

（内管）与35.41（外管），是合适的。

该双层管道的相对密度为1.85,管道的在位稳定性较好，且易于铺设。

对于内管；t=12mm,tcorr=3mm（只考虑管道的内腐蚀裕量），"ab=12.5%t»

对于外观：t=12mm,。。仃=°，t_fab=12.5%t0

1、管道的环向应力计算壁厚

操作工况=t—tfab一tcorr、再启动。=t—tfab'和试压工况h=t-tfab

结果见于下表：

表2-3管道设计

工况操作启动试压

内管7.5mm10.5mm10.5mm

外管10.5mm10.5mm10.5mm

2、在计算管道由于温度、土壤压力和地震引起的纵向应力时，计算壁厚取为

tr=t-tfab,对于内、外管均为10.5mm。

3、在校核管道的屈曲和压溃时，计算壁厚取为=t——%）rr，内、外

管的数值分别为7.5mm和10.5mm。

4、在计算起吊和海上拖管等施工应力分析时，计算壁厚取为=3内外管

的数值均为12mm。

5、校核管道的水下重量时，计算壁厚取为=内、外管的数值分

别为9mm和12mm。

6、在厂内静水压试验和投产前的水压试验，计算所需要的压力时，计算壁

厚取为匕2=t一夕她对于内、外管均为10.5mm。

2.1.3管材的选择

目前，碳钢海管敷设费用约万元千米，如果海管采用复合软管，则敷设费用约万元千米，

16

第二章集输管线管网设计布局

因此采用复合软管进行敷设海管，节约费用。

2.2混输管线的模拟校核

2.2.1模拟参数确定

天然气性质

该区天然气各组分含量如下所示：

表2-4天然气组分

相对

摩尔

分子式组分Mol%分子

容积V

质量M

Co2二氧化碳0.4544.01022.260

N2氮气0.1628.01322.403

Cl甲烷35.1316.04322.363

C2乙烷2.7430.07022.187

C3丙烷1.4544.09722.257

iC4异