自控工程课程设计-转油站课程设计.doc

目录目录 第 1 章 转油站概述 .1 1.1 转油站简介 .1 1.2 集油站工艺流程、监控目标及要求 .1 1.3 系统硬件参数与选型、工作原理 .2 1.4 流程及流程说明.3 第 2 章 转油站装置及有关参数的计算 .5 2.1 工艺流程图.5 2.2 原油物性计算.5 2.3 有关设计参数的确定.6 2.4 转油站的选取.6 2.5 油田联合站外输天然气节流装置的口径d20 计算 .7 2.6 油田转油站油水界面控制中的调节阀口径计算.9 第 3 章 工艺管线的选取 10 3.1 循环泵到转油站之间管线的计算 10 3.2 转油站到加热炉之间管线的计算10 第 4 章 结论与体会 13 第 5 章 参考文献 14 自控工程课程设计 1 第第 1 1 章章转油站概述转油站概述 1.11.1 转油站简介转油站简介 转油站是把数座计量(接转)站来油集中在一起，进行油气分离、油气计量、加热沉 降和油气转输等作业的中型油站，又叫集油站。有的转油站还包括原油脱水作业，这种 站叫脱水转油站。 1.21.2 集油站工艺流程、监控目标及要求集油站工艺流程、监控目标及要求 油田集油站是油气集输系统的主要环节，它是由脱水转油、污水处理、注水系统三 大部分组成，而脱水转油部分则是联合站的重要组成部分，脱水转油部分具生产连续， 多工序关联和工艺设备复杂的特点。集油站的主要产品是原油，当原油合格时才能外输， 而原油含水率是检验原油质量的重要标准，计算机结合自动化仪表形成的监控系统能够 有效的提高产品质量、增强工作效率、减轻工作负担，且性能可靠、价格比较低，已经 被大家接受。 图 1-1 工艺流程图 图 1-1 工艺流程图 自控工程课程设计 2 1.31.3 系统硬件参数与选型、工作原理系统硬件参数与选型、工作原理 外来油经管线进入游离水脱除器之前，需要对来油的温度和压力进行测量。在游离水脱除器中需 要对脱除器的油水界面及油出口汇管压力进行控制。含水油加热炉生温，需要对加热炉温度进行检测。 净化后的原油进入缓冲罐进行油气分离，缓冲罐液位过低将造成抽空，过高会造成气管线进油，而压 力过高会造成回压高，影响油气生产量，必须对缓冲罐的液位和压力进行控制。油气分离器的液位进 行控制。事故情况下，进入事故罐的原油的油水界面需要检测。含油污水进入污水沉降罐进行沉降， 需要对其液位进行控制 sm322sm322数字量输出模块数字量输出模块 该模块是德国西门子公司生产的 s7-300plc 系列数字量输出模块，为 16 通道的数字 量输出模块。 主要性能与指标 可用于连接电磁阀，接触器，小功能电机、 灯和电机启动器 数字量输出模块将 s7-300 的内部信号电平转 化为控制过程所需的外部信号电平 16 路增强数字量输出模块 额定负载电压，输出范围为20.4-28.8v 输出电流，信号为0是电流为0.5ma,信号为1时-60时的电流为0.5ma sm323sm323数字量输入数字量输入/ /输出模块输出模块 主要性能与指标 8 通道的数字量输入/输出模块 可用于连接开关、2 总线近开关，小功率电机等 可将控制过程的外部数字量电平转化为 s7-300 的 内部信号电平 也可将 s7-300 的内部信号电平转化为控制过程的 外部数字量电平 rs-232c接口 研华工控主机研华工控主机 主要特征 ipc-610 专为冲击、震动、高温等恶劣环境设计 支持 14 槽 isa/pci 底板 支持四个前端抽取磁盘驱动器和一块内置 3.5”硬盘 1 个带防尘过滤网的 86cfm 风扇 选配 inter piv 2.4gm cpu 西部数据80g硬盘 kingston 256m内存 工业键盘及光电鼠标 自控工程课程设计 3 rs-232c接口 显示器显示器 带19寸lcd和vga/video/s-video/dvi端口的工业平板显示器 主要特征 19寸sxga tft lcd分辨率达到1280*1024 输入信号自动识别 最高亮度可达250cd/m2 多扫描功能：支持sxga，xga，svga， vga和文本模式 支持多信号输入:vga,dvi,video和s-video 不锈钢机箱,符合nema4/ip65标准的防锈前面板 1.41.4 流程及流程说明流程及流程说明 设计工艺流程应能保证联合站处理的油气产品的质量要求，产量高，经济效益好。 在满足联合站各项生产任务的基础上，应充分采用先进技术，考虑各种能量的合理利用， 采用密闭流程，避免各种蒸发损耗，工艺流程应能适应操作的变化，但又要避免烦琐， 防止浪费，管线阀门要尽量少，线路要短，油气流向合理。 在原油开采至净化外输的全密闭流程，要比开式流程有多方面的优点： (1)一般的开式流程原油损耗约为 24%，而密闭后能降低到 0.5%以下，密闭式流程 不仅降低了油气损耗，而且还提高了产品的质量。 (2)密闭式流程结构简单，成本降低，有利于提高自动化工致程度和管理水平。 设计中考虑到进站原油的含水率（70%）和含气量（综合油气比为 55nm3(气)/t（油） ， 工艺上采用油气三级分离，两段脱水。三级分离指一级油气水三相分离，二级缓冲分离 以及在稳定塔内的三级分离。两段脱水是指一级油气水三相分离脱水和电转油站脱水。 该站除正常的生产流程外，还有站内循环以满足原油不需外输时的要求，还有原油 罐区用以事故（如停电）发生后储存油品，等来电后，再进入正常工作，避免因联合站 或外输管线的突发事故而影响油田生产。 原油在联合站内处理的工艺流程如下： (1)正常流程： 注破乳剂 气计量气站 站外来油进站阀组油气水三相分离器缓冲罐循环泵 污水污水处理区 电转油站加热炉原油稳定塔（净化油罐）原油外输泵计量外输 (2)无泵流程： 注破乳剂 气计量气站 站外来油进站阀组油气水三相分离器缓冲罐 污水污水处理区 自控工程课程设计 4 电转油站加热炉原油稳定塔（净化油罐）原油外输泵计量外输 (3)停电流程： 进站来油进站阀组油气水三相分离器缓冲罐事故罐循环泵后的正常流程 进站总阀组和电转油站都设有加药装置，可以加入破乳剂，以利于油气水在分离器 中的分离和电转油站的脱水。 程设计中的几点说明： (1)各作业区，装置的布置应与平面布置相符，应标明各工艺管线尺寸、安装高度、 介质的流向、管线线型及管件应符合的规定，尺寸不按比例。 (2)凡是由于偶然事件（着火停电）或操作失去可能使压力升高而造成事故之处（如 分离器、加热炉、油罐、轻油罐等常压容器及往复泵、齿轮泵出口） ，都装备有安全阀或 呼吸阀。 (3)凡是不允许液体倒流之处（如离心泵的出口、有压进罐管线、药剂线进电转油站 入口等）都装上了止回阀。 自控工程课程设计 5 第第 2 2 章章转油站装置及有关参数的计算转油站装置及有关参数的计算 2.12.1 工艺流程图工艺流程图 图 2-1 工艺流程图 2.22.2 原油物性计算原油物性计算 (1) 密度： 在 20-120范围内 = t )20(1 20 t 780860 时，=(3.083-2.63810)10 1/ 20 3 20 3 (2) 动力粘度： 1 000 )lg()(1*)( 1 ttt cttac c mpas 时，c=10，a=2.52101/1000 t 3 101000mpas 时，c=100, a1/ t 3 1044. 1 10mpas 时，c=1000，a1/ t 3 1076 . 0 自控工程课程设计 6 式中，温度为 ()和()时原油的粘度，毫帕秒； t 0t t 0 t c，a系数。 (3) 运动粘度： ttt 式中， 时原油的运动粘度，厘沱； t t 时原油的动力粘度，mpas； t t 时原油的密度，kg/m 。 t t 3 由上面的公式，可以计算出各温度下原油的密度、运动粘度、动力粘度。 2.32.3 有关设计参数的确定有关设计参数的确定 原油含水： 70% 原油进站温度： 40c 进站压力： 0.5mpa 油气水三相分离器: 进口温度：40c 出口温度：55c 控制压力：0.5mpa(0.4mpa) 出口原油含水：%20 缓冲罐：控制压力: 0.15mpa 转油站：脱水温度：52c 操作压力：0.3mpa 出口原油含水:40minmin31.50 685.185 0 7 . 155 t 当一台检修时，即 n=3 单台体积流量为：247.58m3/h 3 74.742 “ v 且 120%v=1.2233.55=280.26m3/hv=247.58m3/h 即选用了 4 台300011000 的电转油站满足要求。 2.52.5 油田联合站外输天然气节流装置的口径油田联合站外输天然气节流装置的口径 d20d20 计算计算 已知条件： 工作介质：天然气 取压方式：法兰取压 操作温度：30 工况密度：=1.9678kg/nm3 标况密度：=0.97kg/nm3 工作压力：p1=215600pa 操作状态下粘度：=0.0112cp 最大压差：p=9800pa 管道内径：d20=363mm 体积流量：qmax=8300nm3/h 等熵指数：k=1.315 相对湿度：=100% 孔板材质线膨胀系数：d=0.000012 mm/mm 自控工程课程设计 8 管道材质线膨胀系数：d=0.000011mm/mm 孔板孔径 d20 的设计计算 1.求工况下管道直径： d= d20 1+d (t-20)=0.3631+0.000012(30-20)=0.36304356(m) 2.求雷诺数 red=4p/d=4*8300/3600*1.9678/(3.14*0.36304356*0.0112)=1421.380 85 3.求 a2 a2=red/d20 (2p)=0.0112red/0.360* 38568.88=0.225 4.设 c=0.6060 =1 5.据 xn=a2/c（n-1）（n-1） n=xn2/(1+ xn2)0.25 cn=0.5959+0.312n2.1-0.18 当 n=4 时，求得 e4=3.46*10-105*10-10 =4=0.5983 c=c4=0.60498 6.求 d d=d=0.36304356*0.5983=0.217208961948(m) =21.7208961948(mm) 7.求 d20 d20=d/1+d(t-20) =0.217208961948/1+0.000012(30-20) =0.2171829(m) =21.71829(mm) 最后得到 d20=21.71829(mm)。 标准节流装置的首选检测件当然是标准节流装置，为了选择最合适的标准节流装置， 选型时应从以下几方面考虑： 1)管径、直径比和雷诺数范围的限制条件； 2)测量精确度； 3)允许的压力损失； 4)要求的最短直管段长度； 5)对被测介质侵蚀、磨损和脏污的敏感性； 6)结构的复杂程度和价格； 7)安装的方便性； 8)使用的长期稳定性。 孔板可应用于比喷嘴和文丘里喷嘴更大的管径范围。 自控工程课程设计 9 2.62.6 油田转油站油水界面控制中的调节阀口径计算油田转油站油水界面控制中的调节阀口径计算 已知条件： 工作介质：污水 工作温度： 阀前绝压：= ct 55 1 pmpa343 . 0 阀后绝压：= 操作密度： 2 pmpa314 . 0 3 1 /g cm 最大流量： 3 max 19.8 10/wkg h 管道直径： 介质临界压力；65dmm25.07 c pmpa 阀入口温度下介质饱和蒸气压力；0.018 v pmpa 求调节阀的口径： 利用调节阀的流量系数 cv，可以简化调节阀口径计算的问题，调节阀流量系数 cv 定 义： 阀处于全开状态，阀端压差为 1 磅英寸0.07kgfcm的条件下，60f156 的清水，每分钟通过阀的美加仑数。决定调节阀口径根据已知的流体条件，先计算出所 要求的 cv，再从 cv 表上，选取合适的调节阀口径。 1.求调节阀流量系数 cv cv=1.17*q*g/(p1-p2)1/2 式中：q-最大流量 m3/h g-比重 p1-进口压力 kgf/cm2 p2-出口压力 kgf/cm2 得：cv=1.17*19.8*1*10-3/(0.343-0.314)1/2=51.802 2.求调节阀口径 d d=(4 cv/3600v)*1000 v=4wnax/d2=10.7735m/s d=73.0926mm 因调解阀为联合站电转油站油水界面控制，需有调解、切断、克服p、防堵的特点， 故选用蝶形调解阀。该阀结构简单、重量轻、体积小、成本低，流通能力大，适用于低 压差、大流量的场合。普通蝶阀泄漏量较大，但采用台阶式密封和聚四氟乙烯阀座或橡 胶阀座面可提高阀的密封性能。目前国外高性能蝶阀均采用双向密封，其密封性能很强。 力矩小，配备执行机构小，填料和密封装置耐用。适用于公称压力比较低的场合。 自控工程课程设计 10 第第 3 3 章章工艺管线的选取工艺管线的选取 3.13.1 循环泵到转油站之间管线的计算循环泵到转油站之间管线的计算 1. 沿程摩阻的计算： 取经济流速 2.0m/s,管线长约为 60m 44 0.207 0.363m 3.14 2.0 q d w 总 选管径为 3777 的无缝钢管，则实际流速为：2.0m/s 4 6 2.0 0.363 re5.30 10 13.69 10 vd 取 e=0.1 5 183 8 7 7 59.759.7 re3.17 10 2 0.1 10 () 0.363 3000rere1，处于水力光滑区 水力摩阻系数： 0.2540.25 0.31640.3164 0.0209 re(5.30 10 ) 则沿程摩阻为： 1.7560.25 l 4.75 0.207(13.69 10 ) 0.0246600.7023m5807.80pa 0.363 h 2. 局部摩阻的计算： 表 3-1 管线上的阀件 名称 单向阀90弯头转弯三通通过三通闸阀 数量14252 dld34060404.54 22 d j1 2.0 0.020924040 23405 4.52 4 22 9.8 2.95m=24354.52pa lv h dg 设备安装高度取 0.8m,高程差取 3m： h 845.54 9.8 324807.72papg h 所以此段管路总压降为0.702.9536.650.055mpapm 3.23.2 转油站到加热炉之间管线的计算转油站到加热炉之间管线的计算 1. 管径的选择 自控工程课程设计 11 从电转油站出来的原油为纯净原油，含水0.5%， （按 0.5%计算） 此条件下， 3 52 806.9kg/m 3 w 1000kg/m 油品的密度： 3 l 806.9 0.995 1000 0.005807.9kg/m 22 o(1 2.514.1)6.03012.5 0.005 14.1 0.0056.108mp s 3 62 6.108 10 7.56 10 m /s 807.9 3 3 479.4516 10 594.190m /h 806.9 g q 3 0.0050.005 594.1902.986m /h 0.9950.995 w qq 2.986 10002.986t/h www gq 2.986479.4516482.437t/h w ggg 总 3 33 482.437 10 597.15m /h0.166m /s 807.9 g q 总 总 44 0.166 0.363m 3.14 1.6 q d v 选 3777 的管线 则实际流速为： 22 44 0.166 1.6m/s 3.14 0.363 q v d 2.沿程摩阻计算 4 6 1.6 0.363 re7.68 10 7.56 10 vd 5 183 8 7 7 59.759.7 re3.17 10 2 0.1 10 () 0.363 ，属于水力光滑区 1 3000rere 取，=50ml 1.7560.25 l 4.75 0.166(7.56 10 ) 0.0246500.343m2715pa 0.363 h 3.局部摩阻计算 ， 0.250.25 0.31640.3164 0.015 76800re 自控工程课程设计 12 22 d j1 1.6 0.0152120.415m3288pa 22 9.8 lv h dg 总压降328827156003pap 表 3-2 管线上的阀件 名称90弯头转弯三通闸阀 数量223 dld60404 自控工程课程设计 13 第第 4 4 章章结论与体会结论与体会 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关