油井產(chǎn)量計量系統(tǒng)及計量罐單元設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

1、<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(xué)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(chǔ)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，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(yīng)用最多

2、的是頁面恢復(fù)法、功圖法。20世紀(jì)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(shù)的發(fā)展方向。</p><p>　　現(xiàn)有的計量方法工人勞動強度大，準(zhǔn)確度低，可靠性差。尤其超稠、特稠原油油井產(chǎn)量的計量，速度非常慢。項目針對超稠原油計量準(zhǔn)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(zhǔn)確度、可靠性、耐久性及實時在線計量的問題。采用垂直計量罐，在計量罐原油進口處

3、安裝傘狀分離器，達到油氣部分分離的目的。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，通過稱重傳感器檢測原油重量的同時，也檢測到一條重量隨時間變化的曲線，通過計算得到累計流量，再換算成產(chǎn)量，采用的翻斗稱重法，即時消除油中含氣和稠油殘留造成的誤差，實現(xiàn)了超稠、特稠原油油井的實時在線計量。</p><p>　　關(guān)鍵詞：油井

4、產(chǎn)量，計量，料斗，采集</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Oil well production measurement is to master the dynamic changes of the oil reservoir was a scientific program to develop an important b

5、asis for field development.Is an important crude oil production units daily.China's current oil production in the dynamic measurement based on periodic measurement, concentration measurement commonly used in multi-we

6、ll method for pulling the oil wells, the static measurement method can be used for the extraction wells later, less gas for its generally low-yieldi</p><p>　　Key words: Oil production off ，Measurement，hopper

7、，Acquisition</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 方案論證1</p><p>　　1.1.1國內(nèi)外油井產(chǎn)量自動計量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.2幾種典型自動計量

8、方案對比分析4</p><p>　　1.1.3稱重式油井計量方案的優(yōu)越性6</p><p>　　1.2設(shè)計任務(wù)、過程與步驟7</p><p>　　2 稱重式油井自動計量裝置總體設(shè)計8</p><p>　　2.1 計量要求的參數(shù)指標(biāo)8</p><p>　　2.2 計量原理與總體方案論證8</p>

9、<p>　　2.2.1 計量原理8</p><p>　　2.2.2 總體方案論證10</p><p>　　2.3 計量公式與精度分析11</p><p>　　3 計量罐的設(shè)計12</p><p>　　3.1 計量罐總體結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算12</p><p>　　3.1.1 基本設(shè)計參數(shù)12</

10、p><p>　　3.1.2 筒體尺寸計算與材料選擇12</p><p>　　3.1.3 封頭設(shè)計14</p><p>　　3.1.4 強度計算與水壓試驗15</p><p>　　3.2 開孔補強16</p><p>　　3.3 接管、法蘭與人孔的設(shè)計選型29</p><p>　　3.4 其

11、他部件的選型29</p><p>　　3.4.1 安全閥、觀察孔29</p><p>　　3.4.2 支座設(shè)計30</p><p>　　3.5 焊接工藝33</p><p>　　3.6 密封設(shè)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(shè)計36</p><p>　

12、　4.1 計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案比較與選擇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(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)38</p><p><b>　　總結(jié)42</b>

13、;</p><p><b>　　符號說明43</b></p><p><b>　　謝 辭46</b></p><p><b>　　參考文獻47</b></p><p>　　油井產(chǎn)量計量系統(tǒng)及計量罐單元設(shè)計</p><p><b>　　1

14、 緒論</b></p><p><b>　　1.1 方案論證</b></p><p>　　1.1.1國內(nèi)外油井產(chǎn)量自動計量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　油井產(chǎn)量計量設(shè)備經(jīng)過長期發(fā)展，形成了型式繁多的結(jié)構(gòu)，以滿足各方面的特殊需要。準(zhǔn)確掌握油井產(chǎn)量，根據(jù)產(chǎn)量變化及時掌握和分析油井生產(chǎn)工況的變化，對現(xiàn)階段石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到重要的作用。&

15、lt;/p><p>　　油井產(chǎn)量的計量是油田生產(chǎn)管理中的一項重要工作，對油井產(chǎn)量進行準(zhǔn)確、及時的計量，對掌握油藏狀況，制定生產(chǎn)方案，具有重要的指導(dǎo)意義。目前國內(nèi)各油田采用的油井產(chǎn)量計量方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方法等。隨著技術(shù)的進步，油田越來越需要功能強、自動化程度高的油井計量設(shè)備以提高勞動生產(chǎn)率和油田的管理水平。</p><p>　?。?）油

16、井計量技術(shù)的發(fā)展方向</p><p>　　為了及時掌握油井生產(chǎn)工況，及時制定相應(yīng)治理措施，需要縮短油井計量周期，對油井進行更加頻繁和及時的計量分析，因此必須提高油井計量速度。</p><p>　　隨著油田生產(chǎn)逐步進入開發(fā)后期，一方面需要堆新區(qū)新有產(chǎn)油井及時掌握精確的油井計量數(shù)據(jù)，為了油田擴大再生產(chǎn)提供強有力的支持。另一方面需要對老區(qū)老井準(zhǔn)確了解油井生產(chǎn)狀況，為生產(chǎn)管理提供真實的決策依據(jù)，因

17、此對油井計量精度的要求越來越高。尤其在油井生產(chǎn)從井口到聯(lián)合站的上下游系統(tǒng)計量精度都能得到提高的基礎(chǔ)上，圍繞原油計量輸差查找和分析問題將會更為容易。</p><p>　　當(dāng)代油井正向自動化方向發(fā)展，油井計量自動化發(fā)展為降低勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，緩解油田企業(yè)嚴重的用工矛盾提供了可靠保證。同時，為了實現(xiàn)油井準(zhǔn)確、快速的計量工作，發(fā)展應(yīng)用操作簡單、計量精度高的自動化油井計量技術(shù)是關(guān)鍵。</p><

18、p>　?。?）原油的測量的現(xiàn)狀玻璃管液面計量油： 在油氣分離器上安裝一根長80左右并與分離器構(gòu)成連通管的玻璃管液面計。分離器內(nèi)一定重要的油將水壓倒玻璃管內(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(guān)系得到分離器內(nèi)油的重量，由此測得玻璃管內(nèi)液面上升高度所需要的時間，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。該方法裝備簡單、投資

19、少，但由于采用間歇量油的方式來折算產(chǎn)量，導(dǎo)致原油系統(tǒng)誤差為10% ～20%。另外在高含水期，特別是在特高含水期，對汽液比低的油井計量后的排液十分困難，該計量操作造成很大不便電報量油：    在玻璃管液面計量油的基礎(chǔ)上，在規(guī)定的量油高度H上、下各安裝一個電極，當(dāng)水上升到下電極時，計時電表接通開始計時，水上升到上電極時，電表切斷停止走動，記錄水上升H高的時間t，則可按照玻璃管液面計量油的方法計算出

20、油井的產(chǎn)量。翻斗量油：    翻斗量油裝置主要由量油器、計數(shù)器等組成。一個斗裝滿時翻到排油，另一個斗裝油，這樣反復(fù)循環(huán)來累積油量。這種量油裝置結(jié)構(gòu)簡單，具有一定計量精度。（3）發(fā)展趨勢 ①向儀表化方向發(fā)展:</p><p>　　隨著技術(shù)的進步及各種氣體和液體流量計的廣泛應(yīng)用，油井產(chǎn)量計量中必然越來越多地使用操作簡單、讀數(shù)方便的流量計。如用于天然氣計量的旋進旋渦流量計

21、、渦街流量計等。②向高精度方向發(fā)展:</p><p>　　我國油田多進入開發(fā)后期，需要準(zhǔn)確及時的了解油井的生產(chǎn)狀況，為生產(chǎn)管理提供真實可信的數(shù)據(jù)，對于油井計量精度的要求必然越來越高。向快速化方向發(fā)展:</p><p>　　為了及時掌握油井的生產(chǎn)狀況，需要縮短油井計量周期，對油井進行更加頻繁和及時的測量，因此必須提高油井計量速度。③向自動化方向發(fā)展:</p><p&

22、gt;　　自動化技術(shù)的發(fā)展為降低勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率提供了可靠保證。同時，為了實現(xiàn)油井準(zhǔn)確、快速的測量，也必須采用自動化的測量方法。三相分離計量、兩相分離計量和不分離計量的研究和應(yīng)用將會得到越來越廣泛地重視。</p><p>　　1.1.2幾種典型自動計量方案對比分析 </p><p>　　油井計量工藝種類主要分為以下幾種：</p><p>　　油井計量主要有分

23、離器玻璃管計量、翻斗式稱重計量、雙分離器玻璃、活動試油井計量裝置計量、“示功圖法”油井計量、單拉井單拉罐計量等方法，這些計量方法逐步向快速化、連續(xù)化、高精度化、全自動化方向發(fā)展</p><p>　?。?）分離器玻璃管計量：</p><p>　　油井單井計量工藝主要為傳統(tǒng)的計量站玻璃管量油方式，即在油井相對幾種區(qū)域布設(shè)計量站，單井通過生產(chǎn)流程進計量站，然后利用“U”型管原理在計量站內(nèi)通過立式

24、兩相分離器進行單井量油。該計量工藝為傳統(tǒng)計量技術(shù)，多年來沒有大的技術(shù)改進；計量設(shè)備簡單，但地面配套建設(shè)投資較大；操作相對較為復(fù)雜；不能實現(xiàn)油井連續(xù)計量，采用間歇量油的方式來折算產(chǎn)量，導(dǎo)致原油系統(tǒng)誤差為10%～20%。目前對于高含水生產(chǎn)伴生氣少的油井，以及低液量、間歇出油的油井已無法達到規(guī)范所要求的計量精度，甚至無法實現(xiàn)正常計量。（2）雙分離器玻璃管計量：</p><p>　　針對油井伴生氣少，利用計量站單臺分離

25、器計量油井產(chǎn)液量液面難壓，計量效率低等問題，在現(xiàn)有傳統(tǒng)計量分離器基礎(chǔ)上串聯(lián)第二臺分離器，油井計量時其中一臺分離器進液計量。進液計時完成后。利用另一臺分離器已存的氣體壓力對進液分離器進行壓液面排空，完成一次計量過程。再次計量時則由第二臺分離器進液。第一臺分離器則做為“氣體儲罐”為第二臺排壓液面使用。在計量過程中部分井存在計量誤差過大的問題。</p><p>　?。?）活動式油井計量裝置計量：</p>

26、<p>　　針對油井混輸合走進計量站。而不能利用常規(guī)計量手段實現(xiàn)單井計量的問題，采用活動式油井計量裝置。對這部分油井實現(xiàn)井口單井計量。稱重式活動計量裝置：該裝置以適應(yīng)油井井口現(xiàn)場計量為標(biāo)準(zhǔn).</p><p>　　由標(biāo)準(zhǔn)計量罐、稱重傳感器、電子秤、微型計算機、四輪拖動底盤等關(guān)鍵部件組成，利用稱重計量手段。結(jié)合自動化控制技術(shù)達到對油井產(chǎn)液量的連續(xù)準(zhǔn)確計量。</p><p>　　質(zhì)量流

27、量計活動計量裝置：油井來液，通過氣液旋流分離器等三次氣液分離后氣、液分別匯集進入相應(yīng)管道分別通過氣表、液體質(zhì)量流量計實現(xiàn)對氣量、液量的準(zhǔn)確計量。最后混合到匯管中向外輸出。PLC測控系統(tǒng)對儀表采集的信號進行處理。得到所需的各項參數(shù)，具有自動化程度高。可以實現(xiàn)油井連續(xù)計量的目標(biāo)，計量誤差可以達到3％以內(nèi)。</p><p>　?。?）“示功圖法”油井計量技術(shù)：</p><p>　　“示功圖法”油

28、井計量技術(shù)是通過測試抽油井地面示功圖，應(yīng)用桿柱、液柱和油管三維振動數(shù)學(xué)模型(波動方程)求解得到井下泵功圖，依據(jù)深井泵工作狀態(tài)與油井產(chǎn)液量變化關(guān)系。通過對井下泵工作狀況進行診斷和各項指標(biāo)的量化，確定井下泵的有效沖程、充滿系數(shù)、氣體影響程度。進而計算得出泵的有效排量。折算求出井口有效排量。它是抽油井井工況診斷理論在油井計量系統(tǒng)的應(yīng)用，可以完全實現(xiàn)油井產(chǎn)液量的自動化計量。并可以對油井生產(chǎn)工況狀態(tài)進行實施跟蹤分析，而地面配套建設(shè)投資明顯降低。&

29、lt;/p><p>　?。?）單拉井單拉罐計量：</p><p>　　該計量方式主要應(yīng)用于單獨進生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)困難的偏遠或低產(chǎn)能油井。主要通過計量單拉罐液位來折算單井日產(chǎn)液量或通過拉油車過磅統(tǒng)計計算單井產(chǎn)液量。</p><p>　　（6）翻斗式稱重計量：</p><p>　　它是在傳統(tǒng)的油井計量站分離器玻璃管量油基礎(chǔ)上，將普通的油井計量分離器更換為

30、翻斗量油裝置。該裝置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。當(dāng)原油不斷流入右料斗時，其重量不斷增加，當(dāng)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，從而實現(xiàn)對原油計量。該計量工藝主要由罐體、分離器、翻斗、稱重傳感器組成。并與微型計算機組成計量系統(tǒng)。原油進入罐體時首先沿傘狀分離器鋪開流入翻斗。翻斗裝置是由兩個

31、對稱放置的獨立料斗組成，翻斗上安裝有稱重傳感器，以檢測翻斗和油的重量，量油時翻斗量油器中—個斗裝滿時翻倒排油，另—個斗裝油。這樣反復(fù)循環(huán)來累積油量。這種量油技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對單井的手動、自動連續(xù)計量，而且計量精度可以達到±3％。但是受目前油區(qū)綜合外部環(huán)境的影響。目前還不能擺脫單井通過進站流程到計量站計量后混合外輸?shù)牡孛媾涮捉ㄔO(shè)模式。</p><p>　　1.1.3稱重式油井計量方案的優(yōu)越性</p&

32、gt;<p>　　翻斗計量裝置是目前油井產(chǎn)量計量過程中應(yīng)用日益普遍的一種計量裝置。翻斗式稱重計量是在傳統(tǒng)的油井計量站分離器玻璃管量油的基礎(chǔ)上，將普通的油井計量分離器更換為翻斗式量油裝置，它通過兩個量油料斗輪流翻轉(zhuǎn)稱重的方式實時在線計量油井原油的產(chǎn)量，消除了油氣分離效果差、稠油沾粘帶來的計量誤差。本文所陳述的是一種可自動控制的多井進油式的油井計量裝置，它是通過一個多通閥，并采用計算機控制電機的啟停，使多通閥對多路油井進行切換

33、，對選中的某一口油井進行產(chǎn)量計量，實現(xiàn)多井的全自動選井、計量。它克服了由手動選井進行原油產(chǎn)量的計量給工業(yè)生產(chǎn)帶來的不便，使得測量具有更高的效率。</p><p>　　1.2設(shè)計任務(wù)、過程與步驟</p><p>　　查找相應(yīng)設(shè)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(shù)現(xiàn)狀及水平，完成本次設(shè)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(shù)參數(shù)完成計量罐單元的設(shè)計及詳

34、細計算，掌握容器設(shè)計過程，同時要完成規(guī)定的外文資料翻譯，最后編寫設(shè)計任務(wù)書。</p><p>　　2 稱重式油井自動計量裝置總體設(shè)計</p><p>　　2.1 計量要求的參數(shù)指標(biāo)</p><p>　　設(shè)計壓力： 工作壓力：</p><p>　　設(shè)計溫度： 工作溫度

35、：</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：3374</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&g

36、t;<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(dǎo)致在線流量計

37、計量誤</p><p><b>　　差較大的問題。</b></p><p>　　圖2-1翻斗計量原理圖</p><p>　　要計量的目標(biāo)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時進行油氣分離，液相進入下部的收集盤并經(jīng)緩沖后流入翻斗，右料斗工作。當(dāng)原油不斷流入右料斗時，其重量不斷增加，當(dāng)增加到一定量時

38、，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(yīng)關(guān)系。假設(shè)計量裝置對12口油井進行循環(huán)計量，在24小時內(nèi)輪流計量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(shè)24小時對1

39、2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)，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，

40、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(dāng)前產(chǎn)量。這種稱量技術(shù)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</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

41、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(gòu)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

42、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><p>　　翻斗翻轉(zhuǎn)的條件是：................................

43、..........................................................(2-1)</p><p>　　、分別為右斗與左斗中原油質(zhì)量(如圖2-1)，本設(shè)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)變化的。本設(shè)計中、由傳感器直接測量的結(jié)果換算得到，所測量的量中已經(jīng)包括了掛壁原油的重

44、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(shè)計</b></p><p>　　3.1 計量罐總體結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算</p><p>　　3.1.1 基本設(shè)計參數(shù)</p><p>　　設(shè)計壓力：; 工作壓力：;</p><p>　　

45、設(shè)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><p><b>　　介質(zhì)：原油</b></p>

46、;<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(yīng)考慮風(fēng)力，地展、偏心載荷所引起的強度、剛度問題，以及吊裝、運輸、檢驗等的影響。</p>&l

47、t;p>　　設(shè)計材料的選擇主要有設(shè)計溫度，設(shè)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(xué)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(jié)構(gòu)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(chǔ)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

48、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，電板等零部件的材料。</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ip3%）具有良好的綜合力學(xué)性能。</p><p>　　高合金鋼：石油化工設(shè)備中設(shè)用的高合金鋼主要指不銹鋼和耐熱鋼。高合金鋼大多是耐腐蝕、耐高溫鋼。</p><p>　　根

49、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><p>　　=200℃

50、 =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(shè)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>　　設(shè)計要求符合該公式適用條件，所以</p><p>　　=

51、=8.04mm................................................(3-1)</p><p>　　設(shè)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10mm</p><p>　　設(shè)計溫度下圓筒的最大允許工作壓力

52、為：</p><p>　　==1.91Mpa.................................................(3-2)</p><p>　　3.1.3 封頭設(shè)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

53、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(shè)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鏈接焊縫出現(xiàn)經(jīng)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(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中、低壓力容器中應(yīng)用最多的封頭之一。</p&g

54、t;<p>　　設(shè)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(shè)計要求符合該公式適用條件，所以</p><p>　　....................................................................................(3-3) 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭K取值1<

55、;/p><p><b>　　==8.02mm</b></p><p>　　設(shè)計厚度：=+=9.02mm；............................................................................(3-4)</p><p>　　名義厚度：=+△+=10mm。................

56、........................................................(3-5)</p><p>　　3.1.4 強度計算與水壓試驗</p><p><b>　　水壓試驗計算式</b></p><p>　　其中：—壓力容器設(shè)計壓力</p><p><b>　　—耐壓試驗

57、壓力</b></p><p>　　—耐壓試驗壓力系數(shù)，對水壓試驗=1.25</p><p>　　—設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力</p><p>　　—試驗時容器壁金屬溫度下材料的許用應(yīng)力</p><p><b>　　—筒體的薄膜應(yīng)力</b></p><p><b>　　液壓試驗時

58、應(yīng)滿足：</b></p><p>　　有效厚度 =8.7mm</p><p><b>　　水壓試驗：</b></p><p>　　==2.125.........................................................(3-6)</p><p>　　=196.46Mp

59、a .............................................................(3-7)</p><p><b>　　=310.5Mpa</b></p><p><b>　　水壓試驗合格</b></p><p><b>　　3.2 開孔補強</b>&

60、lt;/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(shè)置的。根據(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。

61、 </p><p>　　補強判別：根據(jù)《過程設(shè)備設(shè)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>

62、　　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 .................................................................(3-8) </p><p>　　開孔所需補強面積計算按式（3-9）計算</p><p>　　.................

63、.............................................(3-9)</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=5198.2</b></p><p><b>　　②有效補強范圍：</b></p><p><b&g

64、t;　　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>　　取較小值..............................................（3-10）</p><p><b>

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

66、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>　　.................................................（3-12）</p><p><b>　　=</b&

67、gt;</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　接管計算厚度</b></p><p>　　...........................................................................（3-13）</p><p>&

68、lt;b>　　=</b></p><p>　　接管多余金屬面積按式（3-14）計算</p><p>　　...........................................................(3-14)</p><p><b>　　=</b></p><p><b&

69、gt;　　接管區(qū)焊縫面積</b></p><p>　　.........................................................................（3-15）</p><p><b>　　所需另行補強面積</b></p><p>　　.......................

70、.....................................................（3-16）</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　擬采用補強圈補強</b></p><p><b>　?、垩a強圈設(shè)計</b></p><p>

71、;　　根據(jù)公稱直徑DN500選擇補強圈參照補強圈標(biāo)準(zhǔn)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>　　根據(jù)JBT4736-2002人孔坡口：</p><p>　　圖3-2有補強結(jié)構(gòu)的坡口</p><p>　　焊接方法：全熔透

72、</p><p>　　（2）觀察孔：一般都是為了觀察設(shè)備的運行而設(shè)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 RF（型）。。</p><p>　　補強判別：根據(jù)《過程設(shè)備設(shè)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。&l

73、t;/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)，效</p><p><b>　　接管有效厚度：</b></p><p>　　...

74、..............................................................(3-17) </p><p>　　開孔所需補強面積計算按式（3-18）計算</p><p>　　.......................................................(3-18)</p><p>&l

75、t;b>　　=</b></p><p><b>　　=2146.1</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><

76、;/p><p>　　外側(cè)有效高度按式（3-19）計算：</p><p>　　取較小值....................................................（3-19）</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　內(nèi)測有效高度按式（3-20）計算</p><

77、;p>　　取較小值........................................................（3-20）</p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>　　③有效補強面積：</b></p><p><b>　　筒體有效厚度</b>

78、</p><p>　　筒體多余金屬面積按式（3-21）計算</p><p>　　...............................................（3-21）</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p

79、><b>　　接管計算厚度：</b></p><p>　　..........................................................................（3-22）</p><p><b>　　=</b></p><p>　　接管多余金屬面積按式（3-23）計算：

80、</p><p>　　...........................................................(3-23)</p><p><b>　　接管區(qū)焊縫面積</b></p><p>　　............................................................

81、.............（3-24）</p><p><b>　　所需另行補強面積：</b></p><p>　　.............................................................................（3-25）</p><p><b>　　=</b>&

82、lt;/p><p><b>　　擬采用補強圈補強</b></p><p><b>　　④補強圈設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)公稱直徑DN250選擇補強圈參照補強圈標(biāo)準(zhǔn)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：</

83、b></p><p><b>　　焊接結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　根據(jù)JBT4736-2002觀察孔坡口：</p><p>　　圖3-3 觀察孔坡口</p><p>　?。?）公稱直徑DN=200 (電機軸口、力傳感器出線口、)開孔補強計算：</p><p>　　根據(jù)《GB-T9115

84、.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(shè)備設(shè)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><p>　　本凸形封頭開孔直

85、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></p><p>　　.................................................................(3-2

86、6) </p><p>　　開孔所需補強面積計算按式（3-27）計算</p><p>　　...................................................................(3-27)</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=1

87、927</b></p><p><b>　　②有效補強范圍:</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（3-28）計算：</p><p&

88、gt;　　取較小值................................................（3-28）</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　內(nèi)測有效高度按式（3-29）計算</p><p>　　取較小值...............................................

89、......（3-29）</p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>　　③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（3-30）計算</p><p>　　.

90、..............................................（3-30）</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　接管計算厚度：</b></p><p>　　..........

91、................................................................（3-31）</p><p><b>　　=</b></p><p>　　接管多余金屬面積按式（3-32）計算：</p><p>　　..........................................

92、.................(3-32)</p><p><b>　　接管區(qū)焊縫面積</b></p><p>　　.........................................................................（3-33）</p><p><b>　　所需另行補強面積：</

93、b></p><p>　　.............................................................................（3-34）</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　擬采用補強圈補強</b></p><

94、p><b>　?、苎a強圈設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)公稱直徑DN200選擇補強圈參照補強圈標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)：V型坡口，全熔透</p><p>　　根

95、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><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）。

96、。</p><p>　　補強判別：根據(jù)《過程設(shè)備設(shè)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><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

97、計算強度削弱系數(shù)，</p><p><b>　　接管有效厚度：</b></p><p>　　.................................................................(3-35) </p><p>　　開孔所需補強面積計算按式（3-36）計算</p><p>　　

98、......................................................................(3-36)</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　?、谟行аa強范圍</b></p>

99、;<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）計算：</p><p>　　取較小值.....................................................（3-37）<

100、/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........................................................（3-38）</p><p><b>　　所以 </b></p&

101、gt;<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（3-39）計算</p><p>　　...............................................（3-39）</p>

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

103、（3-40）</p><p><b>　　=</b></p><p>　　接管多余金屬面積按式（3-41）計算：</p><p>　　...........................................................(3-41)</p><p><b>　　接管區(qū)焊縫面積&l

104、t;/b></p><p>　　.........................................................................（3-42）</p><p><b>　　所需另行補強面積：</b></p><p>　　....................................

105、.........................................（3-43）</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　擬采用補強圈補強</b></p><p><b>　?、苎a強圈設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)公稱直徑DN1

106、50選擇補強圈參照補強圈標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)：V型坡口，全熔透</p><p>　　根據(jù)JBT4736-2002 ,DN150的接管坡口：</p><p>　　圖3-5 DN150 坡口&

107、lt;/p><p>　　(5)根據(jù)《過程設(shè)備設(shè)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(shè)計選型</p><p>　　(1)人孔D=500mm查人孔標(biāo)準(zhǔn)，選DN500 PN1.6 (TG)</p><p>　　法蘭：查法蘭標(biāo)準(zhǔn)，采用回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法

108、蘭，</p><p>　　螺栓個數(shù)及尺寸，查螺栓螺母標(biāo)準(zhǔn)：</p><p><b>　　表3-3 人孔螺栓</b></p><p>　　3.4 其他部件的選型</p><p>　　3.4.1 安全閥、觀察孔</p><p>　　(1)觀察孔D=250mm查觀察孔標(biāo)準(zhǔn)，選DN250（TG）</

109、p><p>　　法蘭：查法蘭標(biāo)準(zhǔn)，采用帶頸平焊法蘭，</p><p>　　螺栓個數(shù)及尺寸，查螺栓螺母標(biāo)準(zhǔn)：</p><p><b>　　表3-4觀察孔螺栓</b></p><p><b>　　(2)安全閥</b></p><p>　　根據(jù)《HG21514-21535》該觀察孔選擇

110、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(jié)構(gòu)的坡口圖</p><p>　　根據(jù)《JB1580-75》，焊接標(biāo)準(zhǔn)無補強部分的坡口焊接方式為焊接方式全熔透</p><p>　　3.4.2 支座設(shè)計</p><p><b>　　估計罐體總重估算：</b><

111、;/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><p>　　為物料質(zhì)量 200kg</p><p><b>　　(1)支座的選用：</b></p>&l

112、t;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>　?、俟Q直徑DN800~1200mm；</p><p>　?、趫A筒長度與公稱直徑之比5；</p><p>　?、廴萜骺偢叨?0m。</p><p>　　選用B系列支座，得到尺寸：</p><p><b&

113、gt;　　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>　　........................................................(3-44)</p><p><b>　　式中：

114、</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；</p><p>　　—水平力作用點至底板的高度； —不均勻系數(shù)；</p><p>　　—設(shè)備總重量；

115、 —支座數(shù)量；</p><p>　　—水平力； —水平地震力；</p><p>　??； —地震影響系數(shù)；</p><p>　　—水平風(fēng)載荷； ；</p><p&

116、gt;　　—容器外徑； —風(fēng)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(shè)備總高度； —10m高處的基本風(fēng)壓值；</p><p><b>　　—基本偏心距；</b></p><p>

117、<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(shè)備質(zhì)量=6500Kg</p><p>　　地震載荷==7644N</p><p>　　==4548.38N</p><p><b>　　為與之間的較大值</b><

118、/p><p><b>　　所以=8781N</b></p><p><b>　　==1600mm</b></p><p><b>　　取3個支座，即=3</b></p><p>　　..................................................

119、.....(3-45)</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=33.3</b></p><p>　　,所以滿足支座本體允許載荷的要求</p><p><b>　　封頭有效厚度</b></p><p>　　由表B.5查得 =

120、117.9kn</p><p>　　,所以3個B3支座能夠滿足封頭允許垂直載荷的要求。</p><p><b>　　3.5 焊接工藝</b></p><p>　　罐體與封頭的焊接：查焊接標(biāo)準(zhǔn)《SH-T3520-2004》、JB4708---2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》、JB/T4709—2000《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》</p>

121、;<p>　　壓力容器上焊縫接其受力性質(zhì)可分為受壓焊縫和受力焊縫，受壓焊縫為承受因壓力而帶來的作用的焊縫，而受力焊縫則承受非壓力（如支撐力、重力等。）而產(chǎn)生的力作用的焊縫。對接焊縫試件合格的焊接工藝亦適用于角焊縫、，其含意為既適用于受壓角焊縫焊接工藝時，才可僅采用角焊縫試件。</p><p>　　進行焊接工藝評定時，不管壓力容器是由何種形式的焊接接頭構(gòu)成，只看是何種焊縫隙形式連接。只要是對接焊縫連接