压力容器选型计算

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采虹艺设备编制日期2005.05.30校对日期2005.0718设计计算书审核日期共页第1页标检日期设计证号.BJ04E7825胜利石油管理局钻井工艺研究院审定日期一、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》CCS19922、《海上移动式平台安全规则》CCS19923、《钢质海船入级与建造规范》CCS19984、《油田油气集输设计规范》SY/T0004-985、《国内海洋石油作业法规汇编》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/T48099211、《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、基础数据原油体积含水率屮=10%日产液Q=1000m3/dL日产气Qgs=3X104Nms/d原油密度p20=944.8Kg/m3o原油粘度》50=100mPa・so天然气相对密度△g=0.72分离器操作压力P=8.9MPa分离器操作温度T=333K2、计量分离器选型由公式pt由公式ptop201+a（t-20），可以计算出p60=920.96Kg/m3。o分离条件下气体密度p可以由下式计算:g

PT=84.34Kg/m3P=Ps PT=84.34Kg/m3ggPTZs油滴在分离条件下的流态根据公式A可以判断油滴在分离条件下的流态。d3xC-p)xgxp根据公式A可以判断油滴在分离条件下的流态。0 o g g由操作条件得：A=5076.16,处于过渡区。r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0.153g0.714d1.143(p—p).714w= 0 1g =0.09m/s0 卩0.428p0.286gg卧式分离器气体允许流速2H卧式分离器气体允许流速可由公式w=0.7一W计算得到。gv D0w=0.312m/sgv天然气量决定的分离器内径分离条件下的天然气处理量Q=QXPSTZ^=0.13m3/sgsPTS液位控制在分离器直径一半时：D= —=1.02m兀w

'gv式中，Q――分离条件下的天然气处理量，m3/s。选取Expro公司42英寸内径X10英尺长的卧式分离器。校核液体在分离器内的停留时间兀D2x0.5xH 门r•t= 〜=2.1min4QL满足规范的要求。分离器进出口口径选取先由公式d=Q计算，然后取整。'兀v根据经验，取油气混合物经济流速为V=30m/s,取液体出口经济流速为V=2m/s，取L气体出口经济流速为V=30m/s。计算结果如下：g分离器油气混合物进口 选取3〃管线油出口 选取3〃管线

气出口水出口选取3〃气出口水出口选取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屮=10%日产液Q=1000m3/dL日产气Qgs=40X104Nms/d原油密度p20=944.8Kg/m3o原油粘度》50=5000mPa・so天然气相对密度△g=0.72分离器操作压力P=8.9MPa分离器操作温度T=333K2、试采分离器选型①分离条件下油气物性计算由公式Pto二1+oPf120)可以计算出分离条件下原油的密度:p60=920.96Kg/m3由公式Pto二1+oPf120)可以计算出分离条件下原油的密度:p60=920.96Kg/m3。oPT分离条件下气体密度：p=ps——-=84.34Kg/m3ggPTZs油滴在分离条件下的流态d3x(p—p)xgxp根据公式A=-0 dg 4可以判断油滴在分离条件下的流态。r H2g代入油气物性参数得：A=5076.16,处于过渡区。r液滴均匀沉降速度气相中油滴匀速沉降速度w00.153g0.714d1.143(p—p).714= 0 1g =0.09m/sH0.428p0.286

gg④卧式分离器气体允许流速卧式分离器气体允许流速wgv2H=0.7一w=0.312m/sDo⑤天然气量决定的分离器内径分离条件下的天然气处理量gsptzBxt———=5298m3/d=0.06ms/s。液位控制在分离PTS器直径一半处时：D=■，-8Q=0.71m。兀wVgv选取北京华油HBP公司的①1200X4800的分离器。校核液体在分离器内的停留时间兀D2x0.5xHt二 〜=2.6min4QL满足规范的要求。分离器进出口口径选取先由公式d二Q计算，然后取整。'兀v根据经验，取油气混合物经济流速为V=30m/s,取液体出口经济流速为V=2m/s，取L气体出口经济流速为V=30m/s。计算结果如下：g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屮=10%日产液Q=1000m3/dL日产气Qgs=26213Nm3/d原油密度p20=944.8Kg/m3o原油粘度》50=5000mPa・so天然气相对密度△g=0.72分离器操作压力P=0.3MPa分离器操作温度T=333K2、二级分离器选型分离条件下油气物性计算p60=920.96Kg/m3。o由P0二1p60=920.96Kg/m3。oPT分离条件下气体密度P=Ps―1=2.47Kg/m3ggPTZs油滴在分离条件下的流态=163.12判断油滴在分离器的重力沉降部分的的流态为d3xC-p)xgxp=163.12判断油滴在分离器的重力沉降部分的的流态为0 o _g 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：0.153g0.714d1.143C-p）.714w= 0 1g =0.27m/s0 卩0.428p0.286gg卧式分离器气体允许流速2H卧式分离器气体允许流速w=0.7一w=0.915m/s。gv D0天然气量决定的分离器内径PTZB分离条件下的天然气处理量Q=Qxt =11862m3/d=0.14m3/s。液位控制在分离gsPTS器直径一半处时，分离器的直径D='、空=0.62m兀w'gv选取北京华油HBP公司的e1400X4800的分离器。校核液体在分离器内的停留时间兀D2x0.5xHt= e=3.5min4QL满足规范要求。分离器进出口口径选取先由公式d= Q计算，然后取整。兀v根据经验，取油气混合物经济流速为V=30m/s,取液体出口经济流速为V=2m/s，取L气体出口经济流速为V=30m/s。计算结果如下：g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 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Qgs=100X104Nm3/d原油密度p20=944.8Kg/m3o原油粘度》50=5000mPa・so天然气相对密度△g=0.72洗涤器操作压力P=8.9MPa洗涤器操作温度T=333K

PT2、分离条件下的气体密度：p=ps一4=85.7Kg/m3ggPTZR分离条件下的原油密度：p=920.96Kg/m3油=0.33m/s允许气体流速：=0.33m/s选取①900X2700的洗涤器一台。则实际气体流速：少=纟=0.30m/s兀D2①Y①，满足分离条件。a3、气体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=30m/s，由内径d='：4Q选取4兀V〃的管线。（二）低压天然气洗涤器1、基础数据天然气处理量Qgs=26213Nm3/d原油密度p20=944.8Kg/m3o原油粘度》50=5000mPa・so天然气相对密度△g=0.72洗涤器操作压力P=0.3MPa洗涤器操作温度T=333KPT2、分离条件下的气体密度：p=ps―4=2.5Kg/m3ggPTZR分离条件下的原油密度：p=920.96Kg/m3油=2.06m/s=2.06m/s允许气体流速：选取①900X2700的洗涤器一台。则实际气体流速：3=纟=0.22m/s兀D23Y3，满足分离条件。a3、气体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=30m/s,由内径d='4Q选取3兀V〃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.AT计算。式中，Q——热负荷，kw；G——被加热流体的质量流量，其中G=850.32t/d,G=100t/d(由总液量1000m3/d,0w体积含水率为10%换算得到)，G=100X104m3/dXpkg/m3ggp——天然气的密度，p=0.931kg/m3；ggC——比热，其中油的比热为C=2.1kJ/(kg.°C),水的比热为C=4.2kJ/(kg.°C),0w天然气的比热为C=1.72kJ/(kg.C)；gAT——温升，物流进加热器前的温度25C，加热至60C，AT=35°C。Q=GCAT+GCAT+GCAToowwgg850.32x1000x2.1 100x1000x4.2 1.72x100x104x0.931*= x35+ x35+ x3524x60x60 24x60x60 24x60x60=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。换热器换热面积为：A=Q/(K.AT.n)，m2m式中，Q——热负荷，1542.18kw；K——总传热系数，对管壳式换热器可取保守值150w/(m2・°C)；n——换热效率，取90%；AT——平均温差，°C,由《油田油气集输设计集输手册》P615中公式(7—2—4)m算出：AT=[(t1-T2)-(t2-T1)]/ln[(t1-T2)/(t2-T1)]m式中，t1——蒸汽入口温度，170C；t2——回水出口温度，165°C；T1——原油进口温度，25C；T2——原油出口温度，60°C。AT=(110-140)/ln(110/140)=124.4CmA=1542.18X1000/(150X124.4X0.9)=91.83m2故换热器的热负荷为：1542.18kW；换热面积为：91.83m2。初选屮600X6000管壳式换热器一台，设计压力9.8MPa。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》P615中公式Q=G.C.AT计算。式中，Q——热负荷，kw；G——被加热流体的质量流量，其中G=850.32t/d,G=100t/d(由总液量1000m3/d,0w体积含水率为10%换算得到)，G=40X104m3/dXpkg/m3ggp——天然气的密度，p=0.931kg/m3；ggC——比热，其中油的比热为C=2.1kJ/(kg.°C),水的比热为C=4.2kJ/(kg.°C),0w天然气的比热为C=1.72kJ/(kg.C)；gAT——温升，物流进加热器前的温度25C，加热至60C，AT=35°C。Q=GCAT+GCAT+GCAToowwgg850.32x1000x2.1 100x1000x4.2 1.72x40x104x0.931*= x35+ x35+ x3524x60x60 24x60x60 24x60x60=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。换热器换热面积为：A=Q/(K.AT.n)，m2m式中，Q——热负荷，1152.97kw；K——总传热系数，对管壳式换热器可取保守值150w/(m2・°C)；n——换热效率，取90%；AT――平均温差，°C；mAT=[(t1-T2)-(t2-T1)]/ln[(t1-T2)/(t2-T1)]m式中，t1——蒸汽入口温度，170C；t2——回水出口温度，165°C；T1——原油进口温度，25C；T2——原油出口温度，60°C。AT=(110-140)/ln(110/140)=124.4CmA=1152.97X1000/(150X124.4X0.9)=68.65m2故换热器的热负荷为：1152.97kW；换热面积为：68.65m2。初选屮600X6000管壳式换热器一台，设计压力9.8MPa。3、油罐(裸罐)维温热负荷的计算油罐维持t=60C油温时，蒸汽消耗量的计算y设油罐外壁表面温度t=—10C，则平均温度t为：bmt=(60—10)/2=25Cm平均温度下的原油运动粘度v=3213445.523/941.75=3412m2/sm

经原油到罐壁的放热系数叮A3经原油到罐壁的放热系数叮A3--1y bVm式中，A为与油品比重d有关的系数，A二36-23d二36-23x0.9448二14.2720201=14277v^xl=0.181(大卡/(米…时・c))经罐壁到空气的对流放热系数a二C一Ren

2Da

w式中，C式中，C原油比热，大卡/千克・°c；空气的导热系数，大卡/（米•时・c）；——油罐外直径，m；按最冷月平均风速计算的空气雷诺数ReaVDRe=―a w=aVa2'8VDRe=―a w=aVa12.44x10-6最冷月平均风速，m/s。•a2=0^23X斗晋X(24・8X106)0^=32"4(大卡/%•时・C))•a经罐壁到空气的辐射放热系数为：-10+273、 -15.4+273、( )4——( )4a=4.5x[(:+273)4-(:+刃3”]/(t-1)=4.5x=3.173 100 100 bk —10+15.4式中，tk最冷月空气平均温度，c。经地上油罐罐壁向空气的传热系数为：K二__B1 1+

式中，tk最冷月空气平均温度，c。经地上油罐罐壁向空气的传热系数为：K二__B1 1+

a1a+a231 1一=0.18(大卡/(米…时•C))+0.181 32+3.17验算：tyK-t- B(tbay10.18-1)二60+10-―一x(60+15.4)=-4.98C>1Ck0.181需降低至tb=-14^c,t=(60－14)/2=23c，mv=1.243X107/942.97=13182.7m2/s；ma=Ajt^b=14.27x3 60+14 =0.11771 3：V \13182.7x104=32.14_4.5x[(tb+273)4-(=32.14_4.5x[(tb+273)4-((k+273)4100100-14+273 -15.4+273( )4一( )4]/(1-1)_4.5x型 些Lbk -14+15.43.1验算：111+a1a+a231+0.1177 32.14+3.1二0.1173-tbK-B(1

ay1-1)=60+14-0.1173x(60+15.4)=-0.98C<1Ck 0.1177故假设Jb=-14°C成立。qb=0.9KF(t-1)=0.9x0.1173x1216.7x(60+15.4)=9684.9大卡/时=11.25kwqb式中，地上油罐罐壁表面积，m2式中，地上油罐罐壁表面积，m2。油罐维持45C油温时，蒸汽消耗量的计算设油罐外壁表面温度t=-15C，则bt=(45-15)/2=15C，v=1.9536X1Oio/947.7=2.O6XIOyh/smm经原油到罐壁的放热系数为：a=Ai'1-1经原油到罐壁的放热系数为：a=Aiy b1Vm式中，A为与油品比重d有关的系数，A=36-23d=36-23X0.9448=14.272020:.a=:.a=14.27x3-i45+15:2.06x107X104=0.009457(大卡/(米…时・C))经罐壁到空气的对流放热系数为：九经罐壁到空气的对流放热系数为：=C—lRe”_25.8x11.96_25.8x11.96-12.44x10-6=24.8x106VD式中，Re_―a——wa vaa_0.023x2.03x10-2x(24.8x106)0.8_32.14(大卡/(米…时・C))2 11.96经罐壁到空气的辐射放热系数为：(-15+273一(-15.4+273a=4.5x[(V^l)4-(丄+273)4]/(1-1)_4.5x- ⑹ _彳阳3 100 100 bk -15+15.4

11+aa+a1231+0.009457 32.14+3.084二0.009454K 0.009454验算：ty-tb-材11+aa+a1231+0.009457 32.14+3.084二0.009454K 0.009454验算：ty-tb-材（ty-tk）=45+15-0009457X（45+154）=038*故假设t=—15°C成立，bq二0.9KF（t-1）二0.9x0.009454x1216.7x（45+15.4）二625大卡/时=0.19kwb BByk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45C）,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：11—S—1++—h九hieq=（T-T）•Kia-T）+T1O1 ia a++-h九hiescA9•t•3600m•c+m•cwpp106•九125b+d2）ln1+2Oln■i式中：h 管道（设备）内表面放热系数，W/血・K）。当流动介质为液体时，取1000W/血・K）i(含有该系数的计算项常忽略不计)，为气体时，取30W/(m2・K)；h 绝热材料外表面放热系数，W/(m2・K)。福乐斯可取9W/(m2・K)；e入 绝热材料外在应用平均温度下的导热系数，W/(m•K)；D 保温层管道外径，m；eD 被保温管道外径，m；iT 管道或设备表面温度(常取介质温度)，°C；iT 环境温度，C；aT 设计应达到的保温层外表面温度(环境露点温度+0.3~0.5C),C；scq 确定长度下管道的能量损失kw；管道内介质流量，Kg/h；c 管道内介质的热容量(比热)，KJ/(Kg・C)；c 管道的热容量(比热)，KJ/(Kg・C)；Pm 管道的质量，Kg；Pm 管道内介质的质量，Kg；wt 温度变化所需时间， h；d 管道的内径，mm；bd 管道的外径，mm；06 保温层厚度，mm;12)计算结果由60C降到45C，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100X104Nm3/d2)天然气物性相对密度0.722、 火炬计算(1)火炬直径：

马赫数=焙x10一5x沽吾式中，马赫数对燃烧火炬取0.5；W——气体流量kg/h,W=106xl.293X0.72/24=38790kg/h=10.775kg/s；p——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60OC（333K）；k——气体比热1.1；M=M=100(y!M1+y2M2++yM)=(1.01X44+1.72X28+80.64X16+8.53nnX30+5.00x44+1.64x58+0.71x58+0.32x72+0.43x72)/100=20.5式中，y、yy 各单一气体容积成分（％）（数据由甲方提供）;12 nM、MM各单一气体得分子量。12 n即：0.5=3.23x10-5x38790x[333/(1.1x20.5)]1/2/(101.3xd2)d=0.308m2）火焰中心位置火炬头出口速度U二喷出马赫数X音速j音速=91.2=91.2x[1.1x333V=385.51m/s音速=91.2(20.5丿U=喷出马赫数X音速=0.5X385.51=192.755m/s；j由《泄压和减压系统指南》P102的C.3.6注释1公式( 、y y y 1— + 亠+... + n-C C C( 、y y y 1— + 亠+... + n-C C C'气 厶2 L丿1得火炬气的低爆炸极限cl为:L-1y丄y丄丄yCC C'人 L2 Ln丿(80.648.535.001.640.710.320.43)

+ + + + + + (5.0 2.9 2.0 1.5 1.8 1.4 1.3