畢業(yè)設計---油井產(chǎn)量計量系統(tǒng)及計量罐單元設計

1、<p>　　油井產(chǎn)量計量系統(tǒng)及計量罐單元設計</p><p><b>　　摘 要 </b></p><p>　　油井產(chǎn)量計量是掌握油井動態(tài)，分析油儲層的變化情況，科學地制定油田開發(fā)方案的重要依據(jù)。是原油生產(chǎn)單位的一項重要日常工作。目前中國油井產(chǎn)量計量在動態(tài)周期性計量的基礎上，普遍采用多井集中計量方式，對于單拉井，可采用靜態(tài)計量方式，對于開采后期的油井

2、，針對其普遍低產(chǎn)少氣的特點，可采用活動計量或軟件計量方式，其中軟件計量應用最多的是頁面恢復法、示功圖法。20世紀末國內(nèi)外研制開發(fā)的多相流量計可同時計量管道內(nèi)油、氣、水的產(chǎn)量，是油井產(chǎn)量計量技術的發(fā)展方向。</p><p>　　本文針對超稠原油計量準確度低、不能實時計量的現(xiàn)狀，采用稱重的方式對原油進行計量。解決了稠油計量的準確度、可靠性、耐久性及實時在線計量的問題。設計中采用垂直計量罐，在計量罐原油進口處安裝傘狀分

3、離器，進行油氣分離。氣體通過罐上部的接管流出，液體進入到計量翻斗內(nèi)。在翻斗上安裝稱重傳感器，采用兩個翻斗輪流計量。通過稱出每斗的原油重量，得到原油產(chǎn)量。解決了油中含氣造成假體積帶來的計量誤差。采用對稱的兩個獨立料斗，分別設置兩個稱重傳感器，得到每個料斗的空斗和滿斗的重量。再將滿斗的重量減去空斗重量得到一斗原油的重量。在一個確定的計量時間內(nèi)，根據(jù)料斗的翻轉(zhuǎn)次數(shù)，進而得到該時間內(nèi)的原油產(chǎn)量。</p><p>　　文中

4、對計量系統(tǒng)的計量罐進行了設計，完成了結構設計，計算并校核了罐體強度，確定了接管位置和尺寸，繪制了較完整的計量罐圖。</p><p>　　關鍵詞：油井產(chǎn)量，計量，計量罐，料斗</p><p>　　Oil well production metering system and metering tank unit design </p><p><b>　　A

5、bstract</b></p><p>　　Oil well production metering is grasped well dynamic, analysis of oil reservoir changes, making oilfield development plan important basis, crude oil production units is an importan

6、t daily work. At present, Chinese oil well production metering in dynamic periodic measurement based on multi well, generally adopt the centralized metering mode, for a single pull well, can be used for static measuremen

7、t, late stage of production wells, for its general low gas characteristics, can adopt movable meteri</p><p>　　In this paper, ultra-thick crude oil measurement accuracy is low, not real-time measurement of th

8、e status quiet, measured using weighing on crude oil. To solve the problem of heavy oil measurement accuracy, reliability, durability, and real-time online measurement. Design used in the vertical measurement of cans, um

9、brella separator installed in the measuring tank of crude oil imports, oil and gas separation. The gas flow through the tank upper part of the takeover, the liquid into the metering d</p><p>　　The metering s

10、ystem for metering tank was designed, completed the structural design, calculation and check of the strength of the tank body, identified over the position and size, rendering a more complete metering tank chart.</p&g

11、t;<p>　　Key words: oil production, measurement, measuring tank, hopper</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1. 油井產(chǎn)量計量技術現(xiàn)狀1</p>

12、;<p>　　1.1.1原油的測量方法1</p><p>　　1.1.2天然氣的計量方法2</p><p>　　1.1.3原油含水率的測定3</p><p>　　1.2其他計量方法5</p><p>　　1.2.1軟件計量方式5</p><p>　　1.2.2靜態(tài)計量方式6</p>

13、<p>　　1.2.3多相流量計的計量方式6</p><p>　　1.3本次設計任務、過程與步驟6</p><p>　　2 稱重式油井自動計量裝置總體設計6</p><p>　　2.1 計量要求的參數(shù)指標7</p><p>　　2.2 計量原理與總體方案論證7</p><p>　　2.2.1 計

14、量原理7</p><p>　　2.2.2 總體方案論證9</p><p>　　2.3 計量公式與精度分析10</p><p>　　3 計量罐的設計11</p><p>　　3.1 計量罐總體結構設計與計算11</p><p>　　3.1.1 基本設計參數(shù)11</p><p>　　3.

15、1.2 筒體尺寸計算與材料選擇11</p><p>　　3.1.3 封頭設計13</p><p>　　3.1.4 強度計算與水壓試驗14</p><p>　　3.2 開孔補強16</p><p>　　3.3 接管、法蘭與人孔的設計選型29</p><p>　　3.4 其他部件的選型29</p>

16、<p>　　3.4.1 安全閥、觀察孔29</p><p>　　3.4.2 支座設計30</p><p>　　3.5 焊接工藝33</p><p>　　3.6 密封設計34</p><p>　　4 自動計量裝置中計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計36</p><p>　　4.1 計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案比較與選

17、擇36</p><p>　　4.1.1基于ARM和CPLD的高速數(shù)據(jù)采集36</p><p>　　4.1.2基于LabVIEW和PCI-5124的數(shù)據(jù)采集38</p><p>　　4.2 基于工控機與PLC結構的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)38</p><p><b>　　總結41</b></p><p&g

18、t;<b>　　符號說明42</b></p><p><b>　　謝 辭45</b></p><p><b>　　參考文獻46</b></p><p>　　油井產(chǎn)量計量系統(tǒng)及計量罐單元設計</p><p><b>　　1 緒 論</b></

19、p><p>　　1.1. 油井產(chǎn)量計量技術現(xiàn)狀</p><p>　　油井產(chǎn)量的計量是油田生產(chǎn)管理中的一項重要任務，對油井產(chǎn)量精確、及時的計量，對掌握油藏情況，制定生產(chǎn)方案，具有重要的指導意義。目前國際上各油田采用的油井產(chǎn)量計量辦法主要有玻璃管量油孔板測氣、翻斗量油孔板測氣、兩相分離密度法和三相分離計量辦法等。隨著技術的進步，油田越來越需求功用強、自動化程度高的油井計量設備以提高油田的管理水平。

20、</p><p>　　1.1.1原油的測量方法</p><p>　?。?）玻璃管液面計量油是在油氣分離器上安裝1根與分離器構成連通管的玻璃管液面計，分離器內(nèi)一定質(zhì)量的油將水壓到玻璃管內(nèi)，根據(jù)玻璃管內(nèi)水上升的高度與分離器內(nèi)油量的關系得到分離器內(nèi)油的質(zhì)量，由此測得玻璃管內(nèi)液面上升一定高度所需要的時間，即可折算出油井的產(chǎn)量。玻璃管量油是國內(nèi)各油田普遍采用的傳統(tǒng)方法，約占油井總數(shù)的90%以上。該方

21、法的優(yōu)點是裝備簡單、投資少，缺點是人工操作自動化水平低、原油經(jīng)常會附著在玻璃管內(nèi)壁上，造成讀數(shù)困難。由于采用間歇量油的方式來折算產(chǎn)量導致原油系統(tǒng)測量誤差較大。另外在高含水期特別是在特高含水期，對于氣液比低的油井計量后的排液十分困難，給計量操作造成很大不便。</p><p>　?。?）電極量油是在玻璃管液面計量油的基礎上，在規(guī)定的量油高度上下界限各安裝1個電極，當水上升到下電極時，計時電表接通開始計時，水上升到上電

22、極時電表切斷停止走動，記錄水位升高的時間，則可按照玻璃管液面計量油的方法計算出油井的產(chǎn)量。</p><p>　　（3）翻斗量油裝置主要由量油器、計數(shù)器等組成，一個斗裝滿時翻倒排油，另一個斗裝油。這樣反復循環(huán)來累積油量，這種量油裝置結構簡單，具有一定計量精度。</p><p>　　1.1.2天然氣的計量方法</p><p>　　（1）氣體流量計測氣。隨著技術的發(fā)展，氣

23、體流量計在天然氣測量中的應用越來越多，常用的有氣體渦輪流量計、旋進旋渦流量計、氣體渦街流量計、羅茨流量計等。</p><p>　　氣體渦輪流量計、旋進旋渦流量計、渦街流量計是速度式流量測量儀表。氣體渦輪流量計主要由渦輪導流器、磁電轉(zhuǎn)換器等組成，具有精度高、重復性好、反應快、測量范圍寬等優(yōu)點。缺點是運動部件容易磨損從而影響測量的精度。</p><p>　　渦街流量計是基于“卡門”渦街原理研制

24、成的一種流量計，在管道中插入一個旋渦發(fā)生體，當管道中有流體流過時，在旋渦發(fā)生體的兩側(cè)將交替產(chǎn)生旋渦，在下游交替排列的旋渦列被稱為渦街。單位時間內(nèi)通過某一點的渦街的數(shù)量與流體的流速成正比，渦街由壓力傳感器檢測，檢測得到的微弱電信號經(jīng)處理，轉(zhuǎn)換為流量進行顯示或者遠傳。</p><p>　　旋進旋渦流量計工作原理：進入流量計的流體通過旋渦發(fā)生器產(chǎn)生旋渦流，旋渦流在文丘里管中旋進，到達收縮段突然節(jié)流使旋渦流加速，當旋渦流

25、進入擴散段后，因回流的作用強迫進入旋進式二次旋轉(zhuǎn)。旋渦流的頻率與介質(zhì)速度成正比并且為線性關系。由壓力傳感器檢測，檢測的微弱電信號經(jīng)處理，可轉(zhuǎn)換為流量信號。</p><p>　　旋進旋渦流量計和渦街流量計都具有結構簡單、準確度高、測量范圍大、無機械可動件、安裝使用方便、不受介質(zhì)的密度、粘度等影響的優(yōu)點。</p><p>　　氣體羅茨流量計是一種容積式流量計，計量精度較高，適用于精密的體積測量

26、。廣泛用于貿(mào)易和精密儲運計量管理，但是在油井計量中分離出的天然氣含有較多的液滴，這會影響流量計轉(zhuǎn)動機構的潤滑，容易出現(xiàn)卡堵事故，所以一般不宜采用此類流量計。</p><p>　　（2）孔板測氣是傳統(tǒng)的氣體計量方法。用節(jié)流孔板與波紋管壓差計配套進行測量，根據(jù)氣體流經(jīng)孔板節(jié)流時前后的壓差來計算氣體流量，這種計量方法裝置結構簡單、安裝方便，但量程較小，計量精度受孔板加工安裝精度的影響。</p><p

27、>　?。?）分離器排液測氣。在計量用油氣分離器量完油以后，關閉分離器的天然氣出口閥門，根據(jù)排液的時間計算天然氣的產(chǎn)量。這種方法不需要專門的測量裝置，原理簡單，但操作工作量大、且精度不高。</p><p>　　1.1.3原油含水率的測定</p><p>　　按原油乳狀液的類型、含水率的高低和計量自動化的程度，可采用儀表在線連續(xù)測定或人工取樣測定原油含水率。</p><

28、;p>　　(1)儀表在線連續(xù)測定。在原油管線上安裝在線含水分析儀表，目前在油田上使用的原油含水分析儀按原理大致可分為直接測量法和間接測量法兩類。</p><p>　　直接測量法包括電容法、微波法、超短波法等。此類原油含水分析儀表是根據(jù)乳化原油電化學特性不同，測量中，低含水原油連續(xù)相的乳化原油的電導率，當未出現(xiàn)油水轉(zhuǎn)相時，其含水率的測量可以控制在±3. 0%以內(nèi)。當含水原油有明顯的游離水出現(xiàn)時，這類

29、原油含水分析儀只有與二相分離器配套使用，將游離水除去后方可以使用。</p><p>　　電容法測量低含水原油的含水率多采用同軸桶形電容傳感器，利用原油乳化液的介電常數(shù)與含水率有關的原理來實現(xiàn)對原油含水率的測量。微波法依據(jù)原油和水對微波的吸收程度不同檢測油水混合液的含水率。超短波法包括g射線和c射線吸收法，當射線穿過物質(zhì)時射線強度會發(fā)生衰減，由于原油和水對射線的吸收系數(shù)不同，通過測量射線強度就可以計算出油水混合液的

30、含水率。</p><p>　　間接測量法包括振動管式液體密度計、放射性測密度法等。此類原油含水分析儀表用實際生產(chǎn)中某區(qū)塊純油、純水的密度值相對穩(wěn)定的特點，測量含水原油的密度，通過計算間接測得含水率。該方法在理論上可用于0 ~ 100%的原油含水率的測量范圍，并且不受油水轉(zhuǎn)相的影響，從而避免了高含水原油由于油水轉(zhuǎn)相的不確定性造成的不可控的原油含水率測量準確度，其含水率測量誤差可以控制在±1. 0%以內(nèi)。&

31、lt;/p><p>　?。?）人工取樣測定。操作人員取一定數(shù)量的油樣，使用蒸餾法、電脫法等測定油樣的含水量，從而獲得油井的含水量參數(shù)。這是目前國內(nèi)油田采用的主要檢測方法，人工采取油樣具有隨機性、代表性不強、增大了原油含水率測量的誤差。</p><p><b>　　1.2其他計量方法</b></p><p>　　1.2.1軟件計量方式</p&g

32、t;<p>　　（1）液面恢復法(動液面法)。根據(jù)試井理論，油井關井后，液面上升率起初與關井時間成正比.然后越來越慢。動液面法就是利用這個理論，采用井口回升記錄儀測量油井停產(chǎn)時及開井生產(chǎn)一段時間后油井油、套管環(huán)形空間內(nèi)的液位高度，根據(jù)靜液面和動液面的高差，求得單位時間內(nèi)進入井內(nèi)的產(chǎn)液量。</p><p>　?。?）示功圖法。從理論上講，示功圖可以表示每次抽油的產(chǎn)液量。深井泵的示功圖直接反映泵的工作情

33、況，反映泵內(nèi)流體的充滿程度。因此，用儀器采集每個沖程的功圖數(shù)據(jù)，根據(jù)功圖數(shù)據(jù)的變化，分析每個沖程中泵內(nèi)液體的充滿程度，把泵筒作為計量容器，計算出每個沖程的抽汲量，即可折算單井的產(chǎn)液量。式(1-1)可以算出油井產(chǎn)液量。</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 Q——油井產(chǎn)量；</p><p><b>

34、　　——混合液密度；</b></p><p><b>　　B——體積系數(shù)；</b></p><p><b>　　D——泵徑；</b></p><p><b>　　S——有效沖程；</b></p><p>　　n——抽油機的沖次。</p><p&g

35、t;　　液面恢復法和示功圖法適用于密度大，產(chǎn)量低的油井，其配套設施少，計量方法簡單。缺點是對于間歇出油、氣量較大的油井使用效果不理想，在技術上還有待繼續(xù)提高。</p><p>　　1.2.2靜態(tài)計量方式</p><p>　　拉油的油井可采用靜態(tài)計量方式，即采用計量分離器、高架油罐或槽罐容器計量，這幾種計量方式的原理是通過儀器或人工測定在一定時間內(nèi)流入容器的油井產(chǎn)物的體積變化量來計算油井的產(chǎn)

36、量，這種計量方法簡單，投資少，但自動水平低，計量誤差較大，一般應用在油井比較分散，對計量精度要求較低的場所。</p><p>　　1.2.3多相流量計的計量方式</p><p>　　20世紀末國內(nèi)外研制開發(fā)的多相流量計可同時計量管道內(nèi)油氣水流量，無需將油井產(chǎn)物通過分離器分成氣液兩相后進行計量，是油井產(chǎn)量計量技術的發(fā)展方向。典型的測試方法:相關法、容積法、孔板節(jié)流法、激光多普勒法等。<

37、/p><p>　　由于油井采出液中的油氣水一般不是均勻混合的，它們以不同的速度流動形成復雜的流態(tài)，目前多相流量計對復雜井流的適應性不強，計量精度不高，并且儀表價格昂貴，使得多相流量計的使用范圍受到了很大的限制。但是由于其占地而積小、自動化水平高、可移動計量等有很大的優(yōu)越性，將是未來油井產(chǎn)量計量技術的發(fā)展方向。</p><p>　　1.3本次設計任務、過程與步驟</p><p

38、>　　查找相應設計資料并仔細研讀，全面了解和掌握目前油井產(chǎn)量計量技術現(xiàn)狀及水平，完成本次設計的總體測量方案的論證與分析，闡述其計量原理及過程，根據(jù)給定的技術參數(shù)完成計量罐單元的設計及詳細計算，掌握容器設計過程，同時要完成規(guī)定的外文資料翻譯，最后編寫設計任務書。</p><p>　　2 稱重式油井自動計量裝置總體設計</p><p>　　2.1 計量要求的參數(shù)指標</p>

39、<p>　　設計壓力： 工作壓力：</p><p>　　設計溫度： 工作溫度：</p><p>　　腐蝕余量： 焊縫系數(shù)（筒體/封頭）：</p><p>　　筒體內(nèi)徑： 筒體長度：33

40、74</p><p><b>　　介質(zhì)：原油</b></p><p>　　2.2 計量原理與總體方案論證</p><p>　　2.2.1 計量原理</p><p>　　如圖2-1所示，翻斗式計量料斗裝置是由兩個對稱布置的獨立料斗組成，兩個料斗各自的回轉(zhuǎn)軸通過雙料斗支座與整體回轉(zhuǎn)軸相連。兩個翻斗上各安裝有一個稱重傳感器，以

41、測量翻斗和其中油的重量。整個翻斗式計量料斗裝置安裝在計量罐內(nèi)部。翻斗式稱重計量采用稱重的方式對流經(jīng)計量罐的原油進行計量，解決了由于原油表面張力較大，普通的油氣分離難以分離干凈而導致在線流量計計量誤差較大的問題。</p><p>　　圖2-1翻斗計量原理圖</p><p>　　要計量的目標油井中的原油經(jīng)多通閥后，由計量罐頂端的原油入口管路進入計量罐，經(jīng)計量罐上部的錐形分離器進行油氣分離，液相

42、進入下部的收集盤并經(jīng)緩沖后流入翻斗（右料斗工作）。當原油不斷流入右料斗時，其重量不斷增加，當增加到一定量時，平衡被破壞，左右料斗圍繞軸心翻轉(zhuǎn)，右料斗下降，左料斗開始上升并對原油進行計量，右料斗開始瀉油。這樣左右料斗不斷輪流工作，對原油計量。在一定時間內(nèi)計算出左右料斗翻轉(zhuǎn)的次數(shù)，即可得到該口油井在這一時間的產(chǎn)量。如果油井工作狀態(tài)穩(wěn)定，其它時間（未計量時間）產(chǎn)量與該產(chǎn)量必有一個對應關系。假設計量裝置對12口油井進行循環(huán)計量，在24小時內(nèi)輪流

43、計量1次，則每口井可以計量2小時。一口井2小時產(chǎn)量得到后，就可以計算出一天24小時的產(chǎn)量。假設24小時對12口井循環(huán)計量2次，每口井計量1小時，這樣對2次計量值進行平均，得到1小時的產(chǎn)量，也可以計算出一天24小時的產(chǎn)量。顯然后一種循環(huán)計量方式得到的油井產(chǎn)量精度要高于前一種循環(huán)計量得到的油井產(chǎn)量精度。</p><p>　　由于翻斗裝置是由對稱的兩個獨立料斗組成，在其中一側(cè)料斗中流體質(zhì)量達到一定數(shù)值時，裝置發(fā)生翻轉(zhuǎn)，

44、同時另一側(cè)的料斗開始繼續(xù)進料，兩個料斗如此循環(huán)工作。翻斗倒出的油在氣體的壓力與輸油泵的作用下流入輸油管線，并與其他管線進油一起進入儲油罐。在整個稱量過程中，每次料斗翻轉(zhuǎn)稱重傳感器在進油前及翻轉(zhuǎn)瞬間各有一個讀數(shù)，其差值為翻轉(zhuǎn)一次的稱油量，將這些差值加和起來即可得到累計流量，即為規(guī)定測量時間的當前產(chǎn)量。這種稱量技術可以實現(xiàn)連續(xù)計量和對測量的自動控制，而且計量精度可以達到。</p><p>　　2.2.2 總體方案論證

45、</p><p>　　計量裝置由多通閥、計量罐、氣體流量計、加熱源、泵、PLC控制器以及工控機組成，如圖2-2所示。計量罐是計量裝置的主體部分，它由罐體、分離器、翻斗、稱重傳感器、液位計、加熱盤管等主要部件構成，其最核心的部件是計量料斗(其中稱重傳感器是本裝置的核心部件)。多通閥的作用是從多路進油管線中，選中所要求計量的某口油井進油管線，由計量罐頂部的入口管線進入計量罐進行稱重計量。氣體流量計用來測量計量罐中分離

46、出來的氣體流量。加熱源是給原油加熱，使罐體底部原油維持一定的溫度，保證原油的流動性。泵用來保證計量罐底部的液位保持在一定高度，使原油中被分離出的氣體從罐體上部出口流出。PLC控制器與計算機組成控制系統(tǒng)，接受傳感器輸出的信號，并控制多通閥、泵、加熱源等，以達到自動控制計量的目的。</p><p>　　圖2-2 計量裝置組成</p><p>　　2.3 計量公式與精度分析</p>

47、<p>　　翻斗翻轉(zhuǎn)的條件是：.............................................................................(2-1)</p><p>　　、分別為右斗與左斗中原油質(zhì)量(如圖2-1)，本設計流量約為：，料斗翻轉(zhuǎn)頻率 ，考慮稠油的粘度，翻斗中會殘留一定量的原油，而且這個殘留量是動態(tài)變化的，增加殘留量意味著的增加，因此也是動態(tài)變化

48、的。本設計中、由傳感器直接測量的結果換算得到，所測量的量中已經(jīng)包括了掛壁原油的重量，所以無需再單獨考慮原油掛壁的影響。</p><p><b>　　3 計量罐的設計</b></p><p>　　3.1 計量罐總體結構設計與計算</p><p>　　3.1.1 基本設計參數(shù)</p><p>　　設計壓力：;

49、 工作壓力：;</p><p>　　設計溫度：; 工作溫度：;</p><p>　　腐蝕余量：; 焊縫系數(shù)（筒體/封頭）：1；</p><p>　　筒體內(nèi)徑：； 筒體長度：3374；</p><

50、p><b>　　介質(zhì)：原油</b></p><p>　　3.1.2 筒體尺寸計算與材料選擇</p><p>　?。?）筒體材料選擇：</p><p>　　筒體是計量罐的外殼。常見的筒體是由等直徑，等壁厚的圓筒和作為頭蓋和底蓋的橢圓形封頭所組成。筒體除滿足工藝條件（如溫度、壓力、直徑和高度等）下的強度、剛度外，還應考慮風力，地展、偏心載荷所

51、引起的強度、剛度問題，以及吊裝、運輸、檢驗等的影響。</p><p>　　設計材料的選擇主要依據(jù)有設計溫度，設計壓力，介質(zhì)特性和操作特點這幾個使用條件決定，按化學成分分，壓力容器用鋼可分為碳素鋼、低合金鋼和高合金鋼。</p><p>　　壓力容器用鋼主要有兩類，一類是碳素結構鋼，如Q235-C鋼板，10，20鋼鋼管，20，35鋼鍛件；另一類是壓力容器專用鋼板，如20R，20R是在20鋼基礎

52、上發(fā)展起來的，主要是對硫磷等有害元素的控制更加嚴格，對鋼板的表面質(zhì)量和內(nèi)部缺陷的要求也很高，這類鋼強度較低，塑性和可焊性較好，價格低廉，故常用于常壓或中低壓容器的制造，也用于支座，墊板等零部件的材料。</p><p>　　低合金鋼：是一種低碳合金鋼，合金元素含量較少（總量一般不超過3%）具有良好的綜合力學性能。</p><p>　　高合金鋼：石油化工設備中設用的高合金鋼主要指不銹鋼和耐熱鋼

53、。高合金鋼大多是耐腐蝕、耐高溫鋼。</p><p>　　根據(jù)《GB6654—1996壓力容器用鋼板》，《GB150鋼制壓力容器》選擇16MnR計算。</p><p>　　表3-1壓力容器用鋼</p><p>　　（2）筒體尺寸計算：</p><p>　　=1.7Mpa =1600mm</p

54、><p>　　=200℃ =1.00</p><p>　　查GB150得16MnR在200℃下，厚度為6~16mm。</p><p>　　由鋼制壓力容器厚度計算公式得：</p><p>　　設計溫度下圓筒的計算厚度按下式計算，公式的適范圍：Pc0.4</p><p>　

55、　設計要求符合該公式適用條件，所以</p><p>　　==8.04mm................................................(3-1)</p><p>　　設計厚度：=+=9.04mm</p><p>　　名義厚度：=+△+=10mm</p><p>　　檢查：=10mm，無變化，所以名義厚度為10

56、mm</p><p>　　設計溫度下圓筒的最大允許工作壓力為：</p><p>　　==1.91Mpa.................................................(3-2)</p><p>　　3.1.3 封頭設計</p><p>　　壓力容器封頭的種類較多，分為凸形封頭、錐殼、變徑段、平蓋及緊縮口等，其

57、中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和球冠形封頭。采用什么樣的封頭要根據(jù)工藝條件的要求、制造的難易程度和材料的消耗等情況來確定。本設計采取的是橢圓形封頭，所以只對橢圓形封頭進行詳細描述。</p><p>　　橢圓形封頭是由半個橢球面和短圓筒組成。直邊段的作用是避免封頭和圓筒的連接焊縫出現(xiàn)徑向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力情況。由于封頭的橢球部分經(jīng)線變化平滑連續(xù)，故應力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球

58、形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中、低壓力容器中應用最多的封頭之一。</p><p>　　設計溫度下球殼的計算厚度按下式計算，公式的適范圍：Pc0.6</p><p>　　設計要求符合該公式適用條件，所以</p><p>　　......................................................................

59、.......(3-3) </p><p>　　==8.02mm （標準橢圓形封頭K取值1）</p><p><b>　　設計厚度：</b></p><p>　　=+=9.02mm；............................................................................(3-4)

60、</p><p><b>　　名義厚度：</b></p><p>　　=+△+=10mm。........................................................................(3-5)</p><p>　　3.1.4 強度計算與水壓試驗</p><p><

61、b>　　水壓試驗計算式</b></p><p>　　其中：—壓力容器設計壓力</p><p><b>　　—耐壓試驗壓力</b></p><p>　　—耐壓試驗壓力系數(shù)，對水壓試驗=1.25</p><p>　　—設計溫度下材料的許用應力</p><p>　　—試驗時容器壁金屬溫

62、度下材料的許用應力</p><p><b>　　—筒體的薄膜應力</b></p><p><b>　　液壓試驗時應滿足：</b></p><p>　　有效厚度 =8.7mm</p><p><b>　　水壓試驗：</b></p><p>　　==2.1

63、25.........................................................(3-6)</p><p>　　=196.46Mpa .............................................................(3-7)</p><p><b>　　=310.5Mpa</b><

64、;/p><p><b>　　水壓試驗合格</b></p><p><b>　　3.2 開孔補強</b></p><p>　　圖3-1 開孔方位圖</p><p>　　表3-2 開孔接管與法蘭 </p><p>　　(1)人孔補強：人孔一般都是為了安裝，檢修檢查的需要而設置的。根

65、據(jù)《HG21514-21535鋼制人孔和手孔》、《HG/T21517-2005》，該人孔選擇回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔，公稱直徑DN500 (RF)。。開孔方位如圖3-1。 </p><p>　　補強判別：根據(jù)《過程設備設計》表4-15，允許不另行補強的最大接管外徑為=89。本開孔公稱外徑為500，故需要另行考慮補強。</p><p>　　補強計算方法判別：開孔

66、直徑</p><p>　　本開孔直徑,滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。</p><p><b>　　開孔所需補強面積：</b></p><p>　　先計算強度削弱系數(shù)，，接管有效厚度 ...........................................................

67、...(3-8) </p><p>　　開孔所需補強面積計算按式（3-9）計算</p><p>　　.........................................................(3-9)</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=5198.2&

68、lt;/b></p><p><b>　?、谟行аa強范圍：</b></p><p><b>　　有效寬度按下式確定</b></p><p><b>　　取大值，所以</b></p><p>　　外側(cè)有效高度按式（3-10）計算：</p><p>　

69、　取較小值 ..............................................（3-10）</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　內(nèi)測有效高度按式（3-11）計算</p><p>　　取較小值 ..............................................

70、.........（3-11）</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　有效補強面積</b></p><p><b>　　筒體有效厚度</b></p><p>　　筒體多余金屬面積按式（3-12）計算</p><p>　　.

71、................................................（3-12）</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　接管計算厚度</b></p><p>　　.........

72、................................................................（3-13）</p><p><b>　　=</b></p><p>　　接管多余金屬面積按式（3-14）計算</p><p>　　...........................................

73、................(3-14)</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　接管區(qū)焊縫面積</b></p><p>　　.........................................................................（3-15）<

74、/p><p><b>　　所需另行補強面積</b></p><p>　　............................................................................（3-16）</p><p><b>　　=</b></p><p><b

75、>　　擬采用補強圈補強</b></p><p><b>　?、垩a強圈設計</b></p><p>　　根據(jù)公稱直徑DN500選擇補強圈，參照補強圈標準JB/T 4736取補強圈外徑 。因，所以補強圈在有效補強范圍內(nèi)。</p><p><b>　　補強圈厚度為：</b></p><p&g

76、t;　　根據(jù)JBT4736-2002人孔坡口：</p><p>　　圖3-2有補強結構的坡口</p><p>　　焊接方法：全熔透 </p><p>　?。?）觀察孔：一般都是為了觀察設備的運行而設置的。根據(jù)《GB-T9115.1-2000平面、凸面對焊鋼制管法蘭》、《HG21514-21535》、《HG/T21517-2005》，觀察孔公稱直徑DN250 R

77、F（型）。。</p><p>　　補強判別：根據(jù)《過程設備設計》表4-15，允許不另行補強的最大接管外徑為=89。本開孔公稱外徑為2736，故需要另行考慮補強。</p><p>　　補強計算方法判別：開孔直徑</p><p>　　本凸形封頭開孔直徑,滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。</p><p>　?、匍_

78、孔所需補強面積，先計算強度削弱系數(shù)，</p><p><b>　　接管有效厚度：</b></p><p>　　.................................................................(3-17) </p><p>　　開孔所需補強面積計算按式（3-18）計算</p>&l

79、t;p>　　.......................................................(3-18)</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=2146.1</b></p><p><b>　?、谟行аa強范圍</b></p>

80、;<p><b>　　有效寬度按下式確定</b></p><p><b>　　取大值，所以</b></p><p>　　外側(cè)有效高度按式（3-19）計算：</p><p>　　取較小值....................................................（3-19）</

81、p><p><b>　　所以</b></p><p>　　內(nèi)側(cè)有效高度按式（3-20）計算</p><p>　　取較小值........................................................（3-20）</p><p><b>　　所以 </b></

82、p><p><b>　?、塾行аa強面積：</b></p><p><b>　　筒體有效厚度</b></p><p>　　筒體多余金屬面積按式（3-21）計算</p><p>　　. ..............................................（3-21）</p>

83、;<p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　接管計算厚度：</b></p><p>　　.......................................................................

84、...（3-22）</p><p><b>　　=</b></p><p>　　接管多余金屬面積按式（3-23）計算：</p><p>　　...........................................................(3-23)</p><p><b>　　接管區(qū)焊縫面

85、積</b></p><p>　　.........................................................................（3-24）</p><p><b>　　所需另行補強面積：</b></p><p>　　.................................

86、............................................（3-25）</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　擬采用補強圈補強</b></p><p><b>　　④補強圈設計</b></p><p>　　根據(jù)公稱直徑

87、DN250選擇補強圈參照補強圈標準JB/T 4736，取補強圈外徑 。因，所以補強圈在有效補強范圍內(nèi)。</p><p><b>　　補強圈厚度為：</b></p><p><b>　　焊接結構</b></p><p>　　根據(jù)JBT4736-2002觀察孔坡口：</p><p>　　圖3-3 觀察孔

88、坡口</p><p>　?。?）公稱直徑DN=200 (力傳感器出線口)開孔補強計算</p><p>　　根據(jù)《GB-T9115.1-2000平面、凸面對焊鋼制管法蘭》，《HG21514-21535》，《HG/T21517-2005》，觀察孔公稱直徑DN200 RF（型）。。</p><p>　　補強判別：根據(jù)《過程設備設計》表4-15，允許不另行補強的最大接管外徑

89、為=89。本開孔公稱外徑為，故需要另行考慮補強。</p><p>　　補強計算方法判別：開孔直徑</p><p>　　本凸形封頭開孔直徑,滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。</p><p>　?、匍_孔所需補強面積，先計算強度削弱系數(shù)，</p><p><b>　　接管有效厚度：</b>&

90、lt;/p><p>　　.................................................................(3-26) </p><p>　　開孔所需補強面積計算按式（3-27）計算</p><p>　　...........................................................

91、........(3-27)</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=1927</b></p><p><b>　?、谟行аa強范圍:</b></p><p><b>　　有效寬度按下式確定</b></p><

92、;p><b>　　取大值，所以</b></p><p>　　外側(cè)有效高度按式（3-28）計算：</p><p>　　取較小值................................................（3-28）</p><p><b>　　所以</b></p><p>　

93、　內(nèi)測有效高度按式（3-29）計算</p><p>　　取較小值.....................................................（3-29）</p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>　?、塾行аa強面積：</b></p><p>&

94、lt;b>　　筒體有效厚度</b></p><p>　　筒體多余金屬面積按式（3-30）計算</p><p>　　...............................................（3-30）</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=&

95、lt;/b></p><p><b>　　接管計算厚度：</b></p><p>　　..........................................................................（3-31）</p><p><b>　　=</b></p><

96、p>　　接管多余金屬面積按式（3-32）計算：</p><p>　　...........................................................(3-32)</p><p><b>　　接管區(qū)焊縫面積</b></p><p>　　..................................

97、.......................................（3-33）</p><p><b>　　所需另行補強面積：</b></p><p>　　.............................................................................（3-34）</p><p&

98、gt;<b>　　=</b></p><p><b>　　擬采用補強圈補強</b></p><p><b>　?、苎a強圈設計</b></p><p>　　根據(jù)公稱直徑DN200選擇補強圈，參照補強圈標準JB/T 4736取補強圈外徑 。因，所以補強圈在有效補強范圍內(nèi)。</p><p

99、><b>　　補強圈厚度為：</b></p><p>　　焊接結構：V型坡口，全熔透</p><p>　　根據(jù)JBT4736-2002 ,DN200的接管坡口：</p><p>　　圖3-4 DN200坡口</p><p>　　(4)公稱直徑DN=150（緊急排泄口、原油出口）開孔補強計算</p>&

100、lt;p>　　根據(jù)《GB-T9115.1-2000平面、凸面對焊鋼制管法蘭》，《HG21514-21535》，《HG/T21517-2005》觀察孔公稱直徑DN150 RF（型）。。</p><p>　　補強判別：根據(jù)《過程設備設計》表4-15，允許不另行補強的最大接管外徑為=89。本開孔公稱外徑為，故需要另行考慮補強。</p><p>　　補強計算方法判別：開孔直徑</p&g

101、t;<p>　　本凸形封頭開孔直徑,滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。</p><p>　　①開孔所需補強面積，先計算強度削弱系數(shù)，</p><p><b>　　接管有效厚度：</b></p><p>　　..............................................

102、...................(3-35) </p><p>　　開孔所需補強面積計算按式（3-36）計算</p><p>　　......................................................................(3-36)</p><p><b>　　=</b></p&g

103、t;<p><b>　　=</b></p><p><b>　?、谟行аa強范圍</b></p><p><b>　　有效寬度按下式確定</b></p><p><b>　　取大值，所以</b></p><p>　　外側(cè)有效高度按式（3-37）

104、計算：</p><p>　　取較小值.....................................................（3-37）</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　內(nèi)測有效高度按式（3-38）計算</p><p>　　取較小值.....................

105、...................................（3-38）</p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>　?、塾行аa強面積</b></p><p><b>　　筒體有效厚度</b></p><p>　　筒體多余金屬面積按式（3-3

106、9）計算</p><p>　　...............................................（3-39）</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　接管計算厚度：</b></

107、p><p>　　........................................................................（3-40）</p><p><b>　　=</b></p><p>　　接管多余金屬面積按式（3-41）計算：</p><p>　　................

108、...........................................(3-41)</p><p><b>　　接管區(qū)焊縫面積</b></p><p>　　.........................................................................（3-42）</p><p>

109、;<b>　　所需另行補強面積：</b></p><p>　　.............................................................................（3-43）</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　擬采用補強圈補強

110、</b></p><p><b>　?、苎a強圈設計</b></p><p>　　根據(jù)公稱直徑DN150選擇補強圈參照補強圈標準JB/T 4736取補強圈外徑 。因，所以補強圈在有效補強范圍內(nèi)。</p><p><b>　　補強圈厚度為：</b></p><p>　　焊接結構：V型坡口，全

111、熔透</p><p>　　根據(jù)JBT4736-2002 ,DN150的接管坡口：</p><p>　　圖3-5 DN150 坡口</p><p>　　(5)根據(jù)《過程設備設計》表4-15，允許不另行補強的最大接管外徑為=89。所以DN80、DN50接管不需要補強。</p><p>　　3.3 接管、法蘭與人孔的設計選型</p>

112、<p>　　(1)人孔D=500mm，查人孔標準，選DN500 PN1.6 (TG)</p><p>　　法蘭：查法蘭標準，采用回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭，</p><p>　　螺栓個數(shù)及尺寸，查螺栓螺母標準：</p><p><b>　　表3-3 人孔螺栓</b></p><p>　　3.4 其他部件的選型<

113、;/p><p>　　3.4.1 安全閥、觀察孔</p><p>　　(1)觀察孔D=250mm查觀察孔標準，選DN250（TG）</p><p>　　法蘭：查法蘭標準，采用帶頸平焊法蘭，</p><p>　　螺栓個數(shù)及尺寸，查螺栓螺母標準：</p><p><b>　　表3-4觀察孔螺栓</b><

114、;/p><p><b>　　(2)安全閥</b></p><p>　　根據(jù)《HG21514-21535》該觀察孔選擇DN80，允許不另行補強的最大接管外徑為=89。所以安全閥不需要補強。</p><p>　　圖3-6 無補強結構的坡口圖</p><p>　　根據(jù)《JB1580-75》，焊接標準無補強部分的坡口焊接方式為全熔透

115、。</p><p>　　3.4.2 支座設計</p><p><b>　　估計罐體總重估算：</b></p><p>　　為筒體，封頭質(zhì)量 2500kg</p><p>　　為筒體內(nèi)件、附件、平臺、扶梯、接管法蘭質(zhì)量 3500kg</p><p>　　為保溫層質(zhì)量 300kg</p>

116、<p>　　為物料質(zhì)量 200kg</p><p><b>　　(1)支座的選用：</b></p><p>　　由GBT4712.4—2007容器支座，容器內(nèi)徑高度選擇，該部分試用條件：</p><p>　　①公稱直徑DN800~1200mm；</p><p>　　②圓筒長度與公稱直徑之比5；</p&g

117、t;<p>　?、廴萜骺偢叨?0m。</p><p>　　選用B系列支座，得到尺寸：</p><p><b>　　表3-5支座尺寸</b></p><p>　　(2)支撐式支座實際承受載荷計算</p><p>　　支撐式支座載荷近似按下式計算：</p><p>　　.........

118、..........................................(3-44)</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—支座承受的載荷; —支座的安裝尺寸;</p><p>　　—重力加速度； —偏心載荷；</

119、p><p>　　—水平力作用點至底板的高度； —不均勻系數(shù)；</p><p>　　—設備總重量； —支座數(shù)量；</p><p>　　—水平力； —水平地震力；</p><p>　??；

120、 —地震影響系數(shù)；</p><p>　　—水平風載荷； ；</p><p>　　—容器外徑； —風壓高度變化系數(shù)；</p><p>　　表3-6 對于B類地面粗糙度取值</p><p>　　—設備總高度；

121、—10m高處的基本風壓值；</p><p><b>　　—基本偏心距；</b></p><p><b>　　B型支座的計算：</b></p><p>　　計算支座承受的真實載荷</p><p>　　估算設備質(zhì)量=6500Kg</p><p>　　地震載荷==7644N<