压力容器选型计算

1、自升式生产储油平台技术设计版本： A标记数量修改单号签字 日期编制日期2005.05.30采油工艺设备校对日期2005.0718设计计算书审核日期共 页第 1 页标检日期BJ04E7825设计证号：胜利石油管理局钻井工艺研究院审定日期目录一、计算依据二、计算说明三、计量分离器选型计算四、试采分离器选型计算五、二级分离器选型计算六、天然气洗涤器选型计算七、蒸汽热力负荷的计算八、火炬计算一、计算依据1、海上移动式平台入级与建造规范CCS 19922、海上移动式平台安全规则CCS 19923、钢质海船入级与建造规范CCS 19984、油田油气集输设计规范SY/T 0004-985、国内海洋石油作业法

2、规汇编19916、油气集输设计技术规则Q/SSJ1001-877、原油生产与储存装置入级规范QJ/HS7001-928、油田油气集输设计技术手册石油工业出版社9、油气集输石油大学出版社10、海上生产平台管道系统的设计和安装的推荐作法 SY/T4809-9211、泄压和减压指南SY/ T10043-200212、海上油田油气集输工程石油工业出版社13、燃气输配建筑工业出版社14、天然气地面工程石油工业出版社15、海上采油工程手册石油工业出版社二、计算说明该计算书依据甲方提供的的有关数据及要求 , 包括管线、设备的选型、油热负荷以及火炬的计算。相关计算见下：三、计量分离器选型计算1、基础数据原油体

3、积含水率 10%3日产液 QL1000m/d43日产气 Qgs310 Nm/d203原油密度 o944.8 Kg/m50原油粘度 o100mPas天然气相对密度g 0.72分离器操作温度T333K2、计量分离器选型分离条件下油气物性计算20由公式to603。ot，可以计算出 o =920.96 Kg/m120分离条件下气体密度g 可以由下式计算：s PTs3ggPsTZ 84.34 Kg/m油滴在分离条件下的流态d03oggg可以判断油滴在分离条件下的流态。根据公式 Ar2g由操作条件得： Ar 5076.16 ，处于过渡区。液滴均匀沉降速度利用过渡区的油滴匀速沉降速度公式计算得到：w00.1

4、53g 0.714 d01.143lg0.7140.4280.2860.09m / sgg卧式分离器气体允许流速卧式分离器气体允许流速可由公式 w gv 0.72H e w0 计算得到。Dwgv =0.312m/s天然气量决定的分离器内径分离条件下的天然气处理量PSTZ3Q Q gs=0.13m/sPTS液位控制在分离器直径一半时：D 8Q 1.02mwgv3式中， Q分离条件下的天然气处理量，m/s 。选取 Expro 公司 42英寸内径 10英尺长的卧式分离器。 校核液体在分离器内的停留时间tD 20.5 H e 2.1min4QL满足规范的要求。分离器进出口口径选取先由公式d4Q计算，然

5、后取整。v根据经验，取油气混合物经济流速为V=30 m/s，取液体出口经济流速为气体出口经济流速为Vg=30 m/s 。计算结果如下：VL=2 m/s ，取分离器油气混合物进口油出口选取选取3 管线3 管线气出口选取 3 管线水出口选取 2 管线四、试采分离器选型计算1、基础数据原油体积含水率 10%3日产液 QL1000m/d43日产气 Qgs40 10 Nm /d203原油密度 o944.8 Kg/m50原油粘度 o5000 mPas天然气相对密度g 0.72分离器操作压力P8.9MPa分离器操作温度T333K2、试采分离器选型分离条件下油气物性计算t20由公式o可以计算出分离条件下原油的

6、密度：ot 201分离条件下气体密度：s PTs84.34 Kg/m3ggPsTZ60=920.96 Kg/m3。o油滴在分离条件下的流态d03oggg根据公式 Ar2可以判断油滴在分离条件下的流态。g代入油气物性参数得： Ar 5076.16 ，处于过渡区。液滴均匀沉降速度气相中油滴匀速沉降速度 w00.153g 0.714 d01. 143lg0.7140. 4280.2860.09m / sgg卧式分离器气体允许流速卧式分离器气体允许流速 w gv0.72H ew0 =0.312 m/sD天然气量决定的分离器内径分离条件下的天然气处理量 QQgsPSTZ=5298 m3/d=0.06 m

7、 3/s 。液位控制在分离PTS器直径一半处时：D 8Q =0.71m。w gv选取北京华油 HBP公司的 12004800 的分离器。校核液体在分离器内的停留时间tD 20.5 H e 2.6min4QL满足规范的要求。分离器进出口口径选取先由公式 d4Q 计算，然后取整。v根据经验，取油气混合物经济流速为 V=30 m/s，取液体出口经济流速为 VL=2 m/s ，取气体出口经济流速为 Vg=30 m/s 。计算结果如下：分离器油气混合物进口选取 3 管线油出口选取 3 管线气出口选取 3 管线五、二级分离器选型计算1、基础数据原油体积含水率 10%3日产液 QL1000m/d3日产气 Q

8、gs26213 Nm/d20350原油粘度 o5000 mPas天然气相对密度g 0.72分离器操作压力P0.3MPa2、二级分离器选型分离条件下油气物性计算20to计算出分离条件下的原油密度：603。由 ot20o =920.96 Kg/m1分离条件下气体密度sPTs3ggPsTZ 2.47 Kg/m油滴在分离条件下的流态d03oggg163.12 判断油滴在分离器的重力沉降部分的的流态为由 Ar2g过渡区。液滴均匀沉降速度分离器中气相空间的油滴匀速沉降速度：1.1430.714w00.153g 0.714 d0lg0.4280.2860.27m / sgg卧式分离器气体允许流速卧式分离器气

9、体允许流速 w gv0.72H ew0 0.915m/s 。D天然气量决定的分离器内径分离条件下的天然气处理量QPSTZ3/d=0.14m3/s 。液位控制在分离Qgs=11862 mPTS器直径一半处时，分离器的直径D8Q=0.62mwgv选取北京华油 HBP公司的 14004800 的分离器。 校核液体在分离器内的停留时间tD 20.5 H e 3.5min4QL满足规范要求。分离器进出口口径选取先由公式d4Q计算，然后取整。v根据经验，取油气混合物经济流速为V=30 m/s，取液体出口经济流速为气体出口经济流速为Vg=30 m/s 。计算结果如下：分离器油气混合物进口选取3管线VL=2

10、m/s ，取油出口气出口选取 3 管线选取 4 管线六、天然气洗涤器选型计算（一）高压天然气洗涤器1、基础数据天然气处理量 Qgs100104 Nm3/d原油密度 o 20944.8 Kg/m 350原油粘度 o5000 mPas洗涤器操作压力P8.9MPa洗涤器操作温度T333K2、分离条件下的气体密度：s PTR3gg PRTZ =85.7 Kg/m分离条件下的原油密度： 油=920.96 Kg/m 30. 5允许气体流速： aKlg0.33 m/sg选取 900 2700 的洗涤器一台。则实际气体流速：4Qg20.30 m/sDa ，满足分离条件。3、气体洗涤器进出口口径选取根据经验选取

11、气体洗涤器进出口管线的经济流速为V=30 m/s，由内径 d4Q 选取 4 的管线。（二）低压天然气洗涤器1、基础数据3天然气处理量 Qgs26213 Nm/d203原油密度 o944.8 Kg/m50原油粘度 o5000 mPas天然气相对密度g 0.72洗涤器操作压力P0.3MPa洗涤器操作温度T333K2、分离条件下的气体密度：s PTR3gg PRTZ =2.5 Kg/m分离条件下的原油密度： 油=920.96 Kg/m 30. 5允许气体流速： a Klg2.06 m/sg选取 900 2700 的洗涤器一台。则实际气体流速：4Qg 0.22 m/sD 2a ，满足分离条件。3、气体

12、洗涤器进出口口径选取根据经验选取气体洗涤器进出口管线的经济流速为V=30 m/s，由内径 d4Q 选取 3 的管线。七、蒸汽热力负荷的计算1、计量分离器用蒸汽换热器的计算1）换热器热负荷计算由油田油气集输设计集输手册P615 中公式 Q = G.C.T 计算。式中， Q热负荷， kw；G被加热流体的质量流量，其中 G0=850.32t/d，Gw=100t/d （由总液量 1000m3/d ，体积含水率为 10换算得到），Gg=100104 m3/d g kg/m 3g 天然气的密度， g=0.931kg/m 3；C比热，其中油的比热为C0 =2.1 kJ/ （ kg. ），水的比热为 Cw=4

13、.2kJ/ （ kg. ），天然气的比热为 C=1.72 kJ/ （ kg. ）；gT温升，物流进加热器前的温度25，加热至 60，T=35。Q Go Co T Gw Cw T Gg Cg T850.32100022351.721001040.93135246060246060246060=723.3625+170.139+648.683=1542.18kw2) 换热器散热面积计算：加热介质为蒸汽，压力在 7kg/cm2 时饱和蒸汽的温度大约为 1700C，假设进换热器时蒸汽为 7kg/cm2 时饱和蒸汽，出换热器时为 1650C。2换热器换热面积为： A=Q/（ K

14、.Tm. ），m式中， Q热负荷， 1542.18kw；2K总传热系数，对管壳式换热器可取保守值150w/（ m）；换热效率，取90%；Tm 平均温差，由油田油气集输设计集输手册P615 中公式（ 724）算出：Tm= （t1-T2 ）-(t2-T1) /ln (t1-T2)/(t2-T1) 式中， t1 蒸汽入口温度， 170；t2 回水出口温度， 165；T1原油进口温度， 25；T2原油出口温度， 60。Tm=（110-140 ）/ln （110/140 ）=124.4 A=1542.18 1000/(150 124.4 0.9)=91.83m 22故换热器的热负荷为： 1542.18k

15、W；换热面积为： 91.83m 。2、试采分离器用换热器的计算1）换热器热负荷计算由油田油气集输设计集输手册式中， Q热负荷， kw；P615 中公式Q = G.C.T 计算。G被加热流体的质量流量，其中G0=850.32t/d，Gw=100t/d（由总液量1000m3/d ，体积含水率为10换算得到），Gg=40104m3/d g kg/m 3g 天然气的密度，g=0.931kg/m 3；C比热，其中油的比热为C0 =2.1 kJ/ （ kg. ），水的比热为天然气的比热为Cg=1.72 kJ/ （ kg. ）；T温升，物流进加热器前的温度25，加热至 60，Cw=4.2kJ/ T=35。（

16、 kg. ），QGo CoTGw CwTGg C gT850.32 10002460602.135100 10004.2246060351.72401040.93124606035=723.3625+170.139+259.4731=1152.97kw2) 换热器散热面积计算：加热介质为蒸汽，压力在 7kg/cm2 时饱和蒸汽的温度大约为 1700C，假设进换热器时蒸汽为 7kg/cm2 时饱和蒸汽，出换热器时为 1650C。2换热器换热面积为： A=Q/（ K.Tm. ），m式中， Q热负荷， 1152.97kw；2K总传热系数，对管壳式换热器可取保守值150w/（ m）；换热效率，取90%

17、；Tm 平均温差，；Tm= （t1-T2 ）-(t2-T1) /ln (t1-T2)/(t2-T1) 式中， t1 蒸汽入口温度， 170；t2 回水出口温度， 165；T1原油进口温度， 25；T2原油出口温度， 60。Tm=（110-140 ）/ln （110/140 ）=124.4 A=1152.97 1000/(150 124.4 0.9)=68.65m 22故换热器的热负荷为： 1152.97kW；换热面积为： 68.65m 。3、油罐（裸罐）维温热负荷的计算1）油罐维持 t y=60油温时，蒸汽消耗量的计算设油罐外壁表面温度 t m=(60 10)/2=25t b=10，则平均温度

18、 t m为：平均温度下的原油运动粘度 m=3213445.523/941.75=3412m2 /s经原油到罐壁的放热系数t ytb1A3m式中， A 为与油品比重 d 20有关的系数， A3623d 20 36 23 0.9448 14.27 114.27 3 6010 4=0.181( 大卡 /( 米 2时 )341210经罐壁到空气的对流放热系数2CaRea nD w式中， C原油比热，大卡 / 千克；a 空气的导热系数，大卡 /(米时 ) ；油罐外直径， m；按最冷月平均风速计算的空气雷诺数ReaVa D w25.811.9624.86；Rea12.4410 610a最冷月平均风速， m

19、/s。 20.0232.0310 2(24.8106 )0.832.14 ( 大卡 /( 米2时 ) ；11.96经罐壁到空气的辐射放热系数为：tb273t k273( 10 273) 4( 15.4 273) 44(4/(tbt k ) 4.51001003.1734.5 ()1015.4100100式中， tk 最冷月空气平均温度，。经地上油罐罐壁向空气的传热系数为：K B1111110.18 ( 大卡/( 米2时 )1230.181323.17验算： t ytbK B(t y t k )60100.18(60 15.4)4.98 10.1811需降低至 tb14，t m=(60 14)/

20、2=23 ， m=1.243 107/942.97=13182.7m 2 /s ；t yt b60 140.11771 A314.27313182.7 10 4m2 32.14t b273tk 273(14273)4( 15.4 273) 43 4.5)44/(tbtk )4.51001003.1(100()1415.4100K B110.117311111230.117732.143.1验算： t y t bK B(t yt k )60140.1173(6015.4)0.98 10.11771故假设 tb14 成立。经地上油罐罐壁散出的热量损失为：qb 0.9K B FB (t yt k )

21、0.90.11731216.7(6015.4)9684.9 大卡 / 时=11.25kw式中， FB 地上油罐罐壁表面积，2。m2）油罐维持 45油温时，蒸汽消耗量的计算设油罐外壁表面温度 t b=15，则t m=(45 15)/2=15 ， m=1.9536107210 /947.7=2.06 10 m/s经原油到罐壁的放热系数为：1=At ytb3m式中， A 为与油品比重 d20 有关的系数， A=36-23d20=36 230.9448=14.27 1=345154=0.009457(大卡/(米2时 )14.272.0610710经罐壁到空气的对流放热系数为：2CaRea nD wVa

22、 D w25.811.9624.86式中， Rea12.4410 610a20.0232.0310 2( 24.8 106 ) 0.832.14 ( 大卡 /( 米2时 )11.96经罐壁到空气的辐射放热系数为：( tb 273)4( tk273)4(15 273) 4( 15.4273)43 =4.5/(tbtk )4.51001003.0841001001515.4K B110.00945411111230.00945732.143.084验算： t ytbK B (t ytk ) 45150.009454( 45 15.4) 0.38 10.009457故假设 t b 15成立，qb0.

23、9K B FB (t ytk )0.90.0094541216.7(4515.4)625 大卡 / 时=0.19kw由以上计算结果可以看出， 为了避免油罐内原油温度过度降低而无法装船 （本次计算设定为 45），要消耗一定量的热能来维持油温，增加了燃料消耗和运行费用，因此建议对油罐保温。（此计算还没有考虑罐顶和罐底对外底散热）4、油罐保温的计算1 ）计算依据本次计算利用阿乐斯公司提供的软件，软件用的主要公式如下：K111hiheqTiTaK1TsheTiTaTa11hiheTaTihe1he TaTschiqt3600mw cmpc p1252221Ta Tit10.177 dbd0ln 1ln

24、106d 0Ta式中：hi22管道 ( 设备 ) 内表面放热系数 , W/(mK)。当流动介质为液体时， 取 1000 W/(mK)（含有该系数的计算项常忽略不计） ，为气体时，取30 W/(m2K)；he-De-Di -Ti -Ta-Tsc-绝热材料外表面放热系数, W/(m 2K)。福乐斯可取 9 W/(m2K)；绝热材料外在应用平均温度下的导热系数, W/(m K)；保温层管道外径， m；被保温管道外径， m；管道或设备表面温度（常取介质温度） ，；环境温度，；设计应达到的保温层外表面温度（环境露点温度+0.30.5 ），；?q -确定长度下管道的能量损失KW；?m -c -cP -mP

25、 -管道内介质流量， Kg/h；管道内介质的热容量（比热） ，KJ/(Kg ) ；管道的热容量（比热），KJ/(Kg ) ；管道的质量， Kg；mw -t -db -d0 -1 -管道内介质的质量，温度变化所需时间，管道的内径， mm；管道的外径， mm；保温层厚度， mm;Kg；h；2）计算结果由 60降到 45，在 32mm阿乐斯甲克材料保温下，可以持续 250 小时，可以达到来船周期的要求。八、火炬计算1、基础数据1) 规模4310010 Nm/d2) 天然气物性相对密度 0.722、火炬计算（1）火炬直径：马赫数3.23 10 5WzT ；pdkM式中，马赫数对燃烧火炬取0.5 ；61

26、.293 0.72/24=38790kg/h=10.775kg/s ；W气体流量 kg/h ，W=10p火炬头流动压力 101.3kPa；d火炬直径， m；z压缩系数， 1.0 ；T流动温度 60 C（333K）；k气体比热 1.1 ；M平均分子量；M12 M 2.yn M n （ 1.01 44 1.72 28 80.64 16 8.53y1 M 1 y100 30+5.00 44+1.64 58+0.71 58+0.32 72+0.43 72）/100=20.5式中， y1、y2 yn 各单一气体容积成分（） （数据由甲方提供）；M1、M2 Mn各单一气体得分子量。即： 0.5=3.23 10-5 38790 333/(1.120.5) 1/2 / （101.3d2）d=0.308m（2）火焰中心位置火炬头出口速度Uj 喷出马赫数音速0.50 .5音速91.2KT91.21.1333ms；M20.5385.51/Uj 喷出马赫数音速 0.5 385.51 192.755m/s ；由泄压和减压系统指南P102 的 C.3.6注释1公式y1y2yn1CL.得火炬气的低爆炸极限 CL 为：CL1C L2CLn1CLy1y2.ynCL1CL 2CLn80.648.535.001.640.710.3210.430.04235.02.92.01.51.81.41.3火炬气