油井计量罐单元设计毕业论文.docx

油井计量罐单元设计毕业论文目录中文摘要i英文摘要ii目录iii表列iv图列v第一章 绪论61.1 方案论证61.1.1国内外油井产量自动计量技术发展现状61.1.2几种典型自动计量方案对比分析71.1.3称重式油井计量方案的优越性81.2设计任务、过程与步骤9第二章 称重式油井自动计量装置总体设计102.1 计量要求的参数指标102.2 计量原理与总体方案论证102.2.1 计量原理102.2.2 总体方案论证11图2-2 计量装置组成112.3 计量公式与精度分析11第三章 计量罐的设计133.1 计量罐总体结构设计与计算133.1.1 基本设计参数133.1.2 筒体尺寸计算与材料选择133.1.3 封头设计143.1.4 强度计算与水压试验153.2 开孔补强163.3 接管、法兰与人孔的设计选型263.4 其他部件的选型273.4.1 安全阀、观察孔273.4.2 支座设计273.5 焊接工艺303.6 密封设计30第四章 自动计量装置中计算机数据采集系统设计324.1 计算机数据采集系统方案比较与选择324.1.1基于ARM和CPLD的高速数据采集32(1)系统方案324.1.2基于LabVIEW和PCI-5124的数据采集334.2 基于工控机与PLC结构的数据采集系统33总结35符号说明：36参考文献38致谢3935油井产量计量系统及计量罐单元设计 第一章 绪论1.1 方案论证1.1.1国内外油井产量自动计量技术发展现状油井产量计量设备经过长期发展，形成了型式繁多的结构，以满足各方面的特殊需要。准确掌握油井产量，根据产量变化及时掌握和分析油井生产工况的变化，对现阶段石油产业发展起到重要的作用。油井产量的计量是油田生产管理中的一项重要工作，对油井产量进行准确、及时的计量，对掌握油藏状况，制定生产方案，具有重要的指导意义。目前国内各油田采用的油井产量计量方法主要有玻璃管量油孔板测气、翻斗量油孔板测气、两相分离密度法和三相分离计量方法等。随着技术的进步，油田越来越需要功能强、自动化程度高的油井计量设备以提高劳动生产率和油田的管理水平。（1）油井计量技术的发展方向为了及时掌握油井生产工况，及时制定相应治理措施，需要缩短油井计量周期，对油井进行更加频繁和及时的计量分析，因此必须提高油井计量速度。随着油田生产逐步进入开发后期，一方面需要堆新区新有产油井及时掌握精确的油井计量数据，为了油田扩大再生产提供强有力的支持。另一方面需要对老区老井准确了解油井生产状况，为生产管理提供真实的决策依据，因此对油井计量精度的要求越来越高。尤其在油井生产从井口到联合站的上下游系统计量精度都能得到提高的基础上，围绕原油计量输差查找和分析问题将会更为容易。当代油井正向自动化方向发展，油井计量自动化发展为降低劳动强度，提高劳动生产率，缓解油田企业严重的用工矛盾提供了可靠保证。同时，为了实现油井准确、快速的计量工作，发展应用操作简单、计量精度高的自动化油井计量技术是关键。（2）原油的测量的现状玻璃管液面计量油：在油气分离器上安装一根长80左右并与分离器构成连通管的玻璃管液面计。分离器内一定重要的油将水压倒玻璃管内，根据玻璃管内水上升的高度与分离器内油量的关系得到分离器内油的重量，由此测得玻璃管内液面上升高度所需要的时间，即可折算出油井的产量。玻璃管量油是国内各油田普遍采用的传统方法，约占油井总数的90%以上。该方法装备简单、投资少，但由于采用间歇量油的方式来折算产量，导致原油系统误差为10% 20%。另外在高含水期，特别是在特高含水期，对汽液比低的油井计量后的排液十分困难，该计量操作造成很大不便电报量油：在玻璃管液面计量油的基础上，在规定的量油高度H上、下各安装一个电极，当水上升到下电极时，计时电表接通开始计时，水上升到上电极时，电表切断停止走动，记录水上升H高的时间t，则可按照玻璃管液面计量油的方法计算出油井的产量翻斗量油：翻斗量油装置主要由量油器、计数器等组成。一个斗装满时翻到排油，另一个斗装油，这样反复循环来累积油量。这种量油装置结构简单，具有一定计量精度。（3）发展趋势向仪表化方向发展:随着技术的进步及各种气体和液体流量计的广泛应用，油井产量计量中必然越来越多地使用操作简单、读数方便的流量计。如用于天然气计量的旋进旋涡流量计、涡街流量计等。向高精度方向发展:进入开发后期，需要准确及时的了解油井的生产状况，为生产管理提供真实可信的数据，对于油井计量精度的要求必然越来越高。向快速化方向发展:为了及时掌握油井的生产状况，需要缩短油井计量周期，对油井进行更加频繁和及时的测量，因此必须提高油井计量速度。向自动化方向发展:自动化技术的发展为降低劳动强度和提高劳动生产率提供了可靠保证。同时，为了实现油井准确、快速的测量，也必须采用自动化的测量方法。三相分离计量、两相分离计量和不分离计量的研究和应用将会得到越来越广泛地重视。1.1.2几种典型自动计量方案对比分析 油井计量工艺种类主要分为以下几种：油井计量主要有分离器玻璃管计量、翻斗式称重计量、双分离器玻璃、活动试油井计量装置计量、“示功图法”油井计量、单拉井单拉罐计量等方法，这些计量方法逐步向快速化、连续化、高精度化、全自动化方向发展（1）分离器玻璃管计量：油井单井计量工艺主要为传统的计量站玻璃管量油方式，即在油井相对几种区域布设计量站，单井通过生产流程进计量站，然后利用“U”型管原理在计量站内通过立式两相分离器进行单井量油。该计量工艺为传统计量技术，多年来没有大的技术改进；计量设备简单，但地面配套建设投资较大；操作相对较为复杂；不能实现油井连续计量，采用间歇量油的方式来折算产量，导致原油系统误差为10%20%。目前对于高含水生产伴生气少的油井，以及低液量、间歇出油的油井已无法达到规范所要求的计量精度，甚至无法实现正常计量。（2）双分离器玻璃管计量：针对油井伴生气少，利用计量站单台分离器计量油井产液量液面难压，计量效率低等问题，在现有传统计量分离器基础上串联第二台分离器，油井计量时其中一台分离器进液计量。进液计时完成后。利用另一台分离器已存的气体压力对进液分离器进行压液面排空，完成一次计量过程。再次计量时则由第二台分离器进液。第一台分离器则做为“气体储罐”为第二台排压液面使用。在计量过程中部分井存在计量误差过大的问题。（3）活动式油井计量装置计量：针对油井混输合走进计量站。而不能利用常规计量手段实现单井计量的问题，采用活动式油井计量装置。对这部分油井实现井口单井计量。称重式活动计量装置：该装置以适应油井井口现场计量为标准.由标准计量罐、称重传感器、电子秤、微型计算机、四轮拖动底盘等关键部件组成，利用称重计量手段。结合自动化控制技术达到对油井产液量的连续准确计量。质量流量计活动计量装置：油井来液，通过气液旋流分离器等三次气液分离后气、液分别汇集进入相应管道分别通过气表、液体质量流量计实现对气量、液量的准确计量。最后混合到汇管中向外输出。PLC测控系统对仪表采集的信号进行处理。得到所需的各项参数，具有自动化程度高。可以实现油井连续计量的目标，计量误差可以达到3以内。（4）“示功图法”油井计量技术：“示功图法”油井计量技术是通过测试抽油井地面示功图，应用杆柱、液柱和油管三维振动数学模型(波动方程)求解得到井下泵功图，依据深井泵工作状态与油井产液量变化关系。通过对井下泵工作状况进行诊断和各项指标的量化，确定井下泵的有效冲程、充满系数、气体影响程度。进而计算得出泵的有效排量。折算求出井口有效排量。它是抽油井井工况诊断理论在油井计量系统的应用，可以完全实现油井产液量的自动化计量。并可以对油井生产工况状态进行实施跟踪分析，而地面配套建设投资明显降低。（5）单拉井单拉罐计量：该计量方式主要应用于单独进生产系统生产困难的偏远或低产能油井。主要通过计量单拉罐液位来折算单井日产液量或通过拉油车过磅统计计算单井产液量。（6）翻斗式称重计量：它是在传统的油井计量站分离器玻璃管量油基础上，将普通的油井计量分离器更换为翻斗量油装置。该装置由两个对称布置的独立料斗组成，两个料斗各自的回转轴通过双料斗支座与整体回转轴相连。当原油不断流入右料斗时，其重量不断增加，当增加到一定量时，平衡被破坏，左右料斗围绕轴心翻转，右料斗下降，左料斗开始上升并对原油进行计量，右料斗开始泻油。这样左右料斗不断轮流工作，从而实现对原油计量。该计量工艺主要由罐体、分离器、翻斗、称重传感器组成。并与微型计算机组成计量系统。原油进入罐体时首先沿伞状分离器铺开流入翻斗。翻斗装置是由两个对称放置的独立料斗组成，翻斗上安装有称重传感器，以检测翻斗和油的重量，量油时翻斗量油器中个斗装满时翻倒排油，另个斗装油。这样反复循环来累积油量。这种量油技术已经能够实现对单井的手动、自动连续计量，而且计量精度可以达到3。但是受目前油区综合外部环境的影响。目前还不能摆脱单井通过进站流程到计量站计量后混合外输的地面配套建设模式。 1.1.3称重式油井计量方案的优越性 翻斗计量装置是目前油井产量计量过程中应用日益普遍的一种计量装置。翻斗式称重计量是在传统的油井计量站分离器玻璃管量油的基础上，将普通的油井计量分离器更换为翻斗式量油装置，它通过两个量油料斗轮流翻转称重的方式实时在线计量油井原油的产量，消除了油气分离效果差、稠油沾粘带来的计量误差。本文所陈述的是一种可自动控制的多井进油式的油井计量装置，它是通过一个多通阀，并采用计算机控制电机的启停，使多通阀对多路油井进行切换，对选中的某一口油井进行产量计量，实现多井的全自动选井、计量。它克服了由手动选井进行原油产量的计量给工业生产带来的不便，使得测量具有更高的效率。1.2设计任务、过程与步骤查找相应设计资料并仔细研读，全面了解和掌握目前油井产量计量技术现状及水平，完成本次设计的总体测量方案的论证与分析，阐述其计量原理及过程，根据给定的技术参数完成计量罐单元的设计及详细计算，掌握容器设计过程，同时要完成规定的外文资料翻译，最后编写设计任务书。第二章 称重式油井自动计量装置总体设计2.1 计量要求的参数指标设计压力： 工作压力：设计温度： 工作温度：腐蚀余量： 焊缝系数（筒体/封头）：筒体内径： 筒体长度：3374介质：原油2.2 计量原理与总体方案论证2.2.1 计量原理如图2-1所示，翻斗式计量料斗装置是由两个对称布置的独立料斗组成，两个料斗各自的回转轴通过双料斗支座与整体回转轴相连。两个翻斗上各安装有一个称重传感器，以测量翻斗和其中油的重量。整个翻斗式计量料斗装置安装在计量罐内部。翻斗式称重计量采用称重的方式对流经计量罐的原油进行计量，解决了由于原油表面张力较大，普通的油气分离难以分离干净而导致在线流量计计量误差较大的问题。 图2-1翻斗计量原理图 要计量的目标油井中的原油经多通阀后，由计量罐顶端的原油入口管路进入计量罐，经计量罐上部的锥形分离器时进行油气分离，液相进入下部的收集盘并经缓冲后流入翻斗，右料斗工作。当原油不断流入右料斗时，其重量不断增加，当增加到一定量时，平衡被破坏，左右料斗围绕轴心翻转，右料斗下降，左料斗开始上升并对原油进行计量，右料斗开始泻油。这样左右料斗不断轮流工作，对原油计量。在一定时间内计算出左右料斗翻转的次数，即可得到该口油井在这一时间的产量。如果油井工作状态稳定，其它时间（未计量时间）产量与该产量必有一个对应关系。假设计量装置对12口油井进行循环计量，在24小时内轮流计量1次，则每口井可以计量2小时。一口井2小时产量得到后，就可以计算出一天24小时的产量。假设24小时对12口井循环计量2次，每口井计量1小时，这样对2次计量值进行平均，得到1小时的产量，也可以计算出一天24小时的产量。显然后一种循环计量方式得到的油井产量精度要高于前一种循环计量得到的油井产量精度。由于翻斗装置是由对称的两个独立料斗组成，在其中一侧料斗中流体质量达到一定数值时，装置发生翻转，同时另一侧的料斗开始继续进料，两个料斗如此循环工作。翻斗倒出的油在气体的压力与输油泵的作用下流入输油管线，并与其他管线进油一起进入储油罐。在整个称量过程中，每次料斗翻转称重传感器在进油前及翻转瞬间各有一个读数，其差值为翻转一次的称油量，将这些差值加和起来即可得到累计流量，即为规定测量时间的当前产量。这种称量技术可以实现连续计量和对测量的自动控制，而且计量精度可以达到。2.2.2 总体方案论证计量装置由多通阀、计量罐、气体流量计、加热源、泵、PLC控制器以及工控机组成，如图2-2所示。计量罐是计量装置的主体部分，它由罐体、分离器、翻斗、称重传感器、液位计、加热盘管等主要部件构成，其最核心的部件是计量料斗(其中称重传感器是本装置的核心部件)。多通阀的作用是从多路进油管线中，选中所要求计量的某口油井进油管线，由计量罐顶部的入口管线进入计量罐进行称重计量。气体流量计用来测量计量罐中分离出来的气体流量。加热源是给原油加热，使罐体底部原油维持一定的温度，保证原油的流动性。泵用来保证计量罐底部的液位保持在一定高度，使原油中被分离出的气体从罐体上部出口流出。PLC控制器与计算机组成控制系统，接受传感器输出的信号，并控制多通阀、泵、加热源等，以达到自动控制计量的目的。图2-2 计量装置组成2.3 计量公式与精度分析翻斗翻转的条件是：.(2-1)、分别为右斗与左斗中原油质量(如图2-1)，本设计流量约为：，料斗翻转频率 ，考虑稠油的粘度，翻斗中会残留一定量的原油，而且这个残留量是动态变化的，增加残留量意味着的增加，因此也是动态变化的。本设计中、由传感器直接测量的结果换算得到，所测量的量中已经包括了挂壁原油的重量，所以无需再单独考虑原油挂壁的影响。第三章 计量罐的设计3.1 计量罐总体结构设计与计算3.1.1 基本设计参数设计压力：; 工作压力：;设计温度：; 工作温度：;腐蚀余量：; 焊缝系数（筒体/封头）：1；筒体内径：； 筒体长度：3374；介质：原油3.1.2 筒体尺寸计算与材料选择（1）筒体材料选择： 筒体是计量罐的外壳。常见的筒体是由等直径，等壁厚的圆筒和作为头盖和底盖的椭圆形封头所组成。筒体除满足工艺条件（如温度、压力、直径和高度等）下的强度、刚度外，还应考虑风力，地展、偏心载荷所引起的强度、刚度问题，以及吊装、运输、检验等的影响。设计材料的选择主要有设计温度，设计压力，介质特性和操作特点这几个使用条件决定，按化学成分分，压力容器用钢可分为碳素钢低合金钢和高合金钢。 压力容器用钢主要有两类，一类是碳素结构钢，如Q235-C钢板，10，20钢钢管，20，35钢锻件；另一类是压力容器专用钢板，如20R，20R是在20钢基础上发展起来的，主要是对硫磷等有害元素的控制更加严格，对钢板的表面质量和内部缺陷的要求也很高，这类钢强度较低，塑性和可焊性较好，价格低廉，故常用于常压或中低压容器的制造，也用于支座，电板等零部件的材料。 低合金钢：是一种低碳合金钢，合金元素含量较少（总量一般不超过ip3%）具有良好的综合力学性能。 高合金钢：石油化工设备中设用的高合金钢主要指不锈钢和耐热钢。高合金钢大多是耐腐蚀、耐高温钢。根据GB66541996压力容器用钢板，GB150钢制压力容器选择16MnR计算。表3-1压力容器用钢钢号钢板标准使用状态厚度mm常温强度指标在下列温度下的许用应力，2010015020025030035040016MnRGB6654热轧正火61651034517017017017015614413412516364903251631631631591471341251193660470305157157157150138125116109（2）筒体尺寸计算：=1.7Mpa =1600mm=200 =1.00查GB150得16MnR在200下，厚度为616mm。由钢制压力容器厚度计算公式得：设计温度下圆筒的计算厚度按下式计算，公式的适范围：Pc0.4设计要求符合该公式适用条件，所以=8.04mm.(3-1)设计厚度：=+=9.04mm名义厚度：=+=10mm检查：=10mm，无变化，所以名义厚度为10mm设计温度下圆筒的最大允许工作压力为：=1.91Mpa.(3-2)3.1.3 封头设计压力容器封头的种类较多，分为凸形封头、锥壳、变径段、平盖及紧缩口等，其中凸形封头包括半球形封头椭圆形封头碟形封头和球冠形封头。采用什么样的封头要根据工艺条件的要求、制造的难易程度和材料的消耗等情况来确定。本设计采取的是椭圆形封头，所以只对椭圆形封头进行详细描述。椭圆形封头是由半个椭球面和短圆筒组成。直边段的作用是避免封头和圆筒的链接焊缝出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力情况。由于封头的椭球部分经线变化平滑连续，故应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中、低压力容器中应用最多的封头之一。设计温度下球壳的计算厚度按下式计算，公式的适范围：Pc0.6设计要求符合该公式适用条件，所以 .(3-3) 标准椭圆形封头K取值1=8.02mm设计厚度：=+=9.02mm；.(3-4)名义厚度：=+=10mm。.(3-5)3.1.4 强度计算与水压试验水压试验计算式其中：压力容器设计压力 耐压试验压力 耐压试验压力系数，对水压试验=1.25 设计温度下材料的许用应力 试验时容器壁金属温度下材料的许用应力 筒体的薄膜应力液压试验时应满足：有效厚度 =8.7mm水压试验：=2.125.(3-6)=196.46Mpa .(3-7)=310.5Mpa 水压试验合格3.2 开孔补强图3-1 开孔方位图表3-2 开孔接管与法兰 名 称 数量PNDN法兰型式密封面型式油气出口、安全阀口15.080SO紧急泄压口15.080SO紧急排泄口15.0150970SO压差计测口15.050970SO电机轴口15.0200970SO罐顶压力测口15.050970SO罐顶温度测口15.050970SO调试观察口15.0250970SO人孔15.05001080SO力传感器出线孔15.0200970SO盘管入口15.050970SO盘管出口15.050970SO原油出口15.0501200SO排污口15.080SO罐底温度测口150970SO压差计测口15.050970SO罐底压力测口15.050970SO浮子调节器出口15.0250970SO(1)人孔补强：人孔一般都是为了安装，检修检查的需要而设置的。根据HG21514-21535钢制人孔和手孔、HG/T21517-2005该人孔选择回转盖带颈平焊法兰人孔，公称直径DN500 (RF)。开孔方位如图3-1。 补强判别：根据过程设备设计表4-15，允许不另行补强的最大接管外径为=89。本开孔公称外径为500，故需要另行考虑补强。 补强计算方法判别：开孔直径本开孔直径,满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。 开孔所需补强面积：先计算强度削弱系数，接管有效厚度 .(3-8) 开孔所需补强面积计算按式（3-9）计算 .(3-9)=5198.2有效补强范围：有效宽度按下式确定取大值，所以外侧有效高度按式（3-10）计算：取较小值.（3-10）所以内测有效高度按式（3-11）计算取较小值.（3-11）所以有效补强面积筒体有效厚度筒体多余金属面积按式（3-12）计算.（3-12） = =接管计算厚度 .（3-13） =接管多余金属面积按式（3-14）计算.(3-14) =接管区焊缝面积.（3-15）所需另行补强面积 .（3-16） =拟采用补强圈补强补强圈设计 根据公称直径DN500选择补强圈参照补强圈标准JB/T 4736取补强圈外径 。因，所以补强圈在有效补强范围内。 补强圈厚度为：根据JBT4736-2002人孔坡口：图3-2有补强结构的坡口焊接方法：全熔透 （2）观察孔：一般都是为了观察设备的运行而设置的。根据GB-T9115.1-2000平面、凸面对焊钢制管法兰、HG21514-21535、HG/T21517-2005观察孔公称直径DN250 RF（型）。 补强判别：根据过程设备设计表4-15，允许不另行补强的最大接管外径为=89。本开孔公称外径为2736，故需要另行考虑补强。 补强计算方法判别：开孔直径本凸形封头开孔直径,满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。开孔所需补强面积，先计算强度削弱系数，效接管有效厚度： .(3-17) 开孔所需补强面积计算按式（3-18）计算 .(3-18)=2146.1有效补强范围有效宽度按下式确定取大值，所以外侧有效高度按式（3-19）计算：取较小值.（3-19）所以内测有效高度按式（3-20）计算取较小值.（3-20）所以 有效补强面积：筒体有效厚度筒体多余金属面积按式（3-21）计算.（3-21） = =接管计算厚度： .（3-22） =接管多余金属面积按式（3-23）计算：.(3-23) 接管区焊缝面积.（3-24）所需另行补强面积： .（3-25） =拟采用补强圈补强补强圈设计 根据公称直径DN250选择补强圈参照补强圈标准JB/T 4736取补强圈外径 。因，所以补强圈在有效补强范围内。补强圈厚度为：焊接结构根据JBT4736-2002观察孔坡口：图3-3 观察孔坡口（3）公称直径DN=200 (电机轴口、力传感器出线口、)开孔补强计算： 根据GB-T9115.1-2000平面、凸面对焊钢制管法兰HG21514-21535HG/T21517-2005观察孔公称直径DN200 RF（型）。 补强判别：根据过程设备设计表4-15，允许不另行补强的最大接管外径为=89。本开孔公称外径为，故需要另行考虑补强。 补强计算方法判别：开孔直径本凸形封头开孔直径,满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。开孔所需补强面积，先计算强度削弱系数，接管有效厚度： .(3-26) 开孔所需补强面积计算按式（3-27）计算 .(3-27)=1927有效补强范围:有效宽度按下式确定取大值，所以外侧有效高度按式（3-28）计算：取较小值.（3-28）所以内测有效高度按式（3-29）计算取较小值.（3-29）所以 有效补强面积：筒体有效厚度筒体多余金属面积按式（3-30）计算.（3-30） = =接管计算厚度： .（3-31） =接管多余金属面积按式（3-32）计算：.(3-32) 接管区焊缝面积.（3-33）所需另行补强面积： .（3-34） =拟采用补强圈补强补强圈设计 根据公称直径DN200选择补强圈参照补强圈标准JB/T 4736取补强圈外径 。因，所以补强圈在有效补强范围内。补强圈厚度为：焊接结构：V型坡口，全熔透根据JBT4736-2002 ,DN200的接管坡口：图3-4 DN200坡口(4)公称直径DN=150（紧急排泄口、原油出口）开孔补强计算： 根据GB-T9115.1-2000平面、凸面对焊钢制管法兰HG21514-21535HG/T21517-2005观察孔公称直径DN150 RF（型）。 补强判别：根据过程设备设计表4-15，允许不另行补强的最大接管外径为=89。本开孔公称外径为，故需要另行考虑补强。 补强计算方法判别：开孔直径本凸形封头开孔直径,满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。开孔所需补强面积，先计算强度削弱系数，接管有效厚度： .(3-35) 开孔所需补强面积计算按式（3-36）计算 .(3-36)=有效补强范围 有效宽度按下式确定取大值，所以外侧有效高度按式（3-37）计算：取较小值.（3-37）所以内测有效高度按式（3-38）计算取较小值.（3-38）所以 有效补强面积：筒体有效厚度筒体多余金属面积按式（3-39）计算.（3-39） = =接管计算厚度： .（3-40） =接管多余金属面积按式（3-41）计算：.(3-41) 接管区焊缝面积.（3-42）所需另行补强面积： .（3-43） =拟采用补强圈补强补强圈设计 根据公称直径DN150选择补强圈参照补强圈标准JB/T 4736取补强圈外径 。因，所以补强圈在有效补强范围内。补强圈厚度为：焊接结构：V型坡口，全熔透根据JBT4736-2002 ,DN150的接管坡口：图3-5 DN150 坡口(5)根据过程设备设计表4-15，允许不另行补强的最大接管外径为=89。所以DN80、DN50接管不需要补强。3.3 接管、法兰与人孔的设计选型(1)人孔D=500mm查人孔标准，选DN500 PN1.6 (TG)法兰：查法兰标准，采用回转盖带颈平焊法兰，螺栓个数及尺寸，查螺栓螺母标准：表3-3 人孔螺栓螺栓螺母 螺栓螺柱螺母螺柱 数量直径长度 数量直径长度 2020403.4 其他部件的选型3.4.1 安全阀、观察孔(1)观察孔D=250mm查观察孔标准，选DN250（TG）法兰：查法兰标准，采用带颈平焊法兰，螺栓个数及尺寸，查螺栓螺母标准：表3-4观察孔螺栓螺栓螺母 螺栓螺柱螺母螺柱 数量直径长度 数量直径长度 121224(2)安全阀根据HG21514-21535该观察孔选择DN80，允许不另行补强的最大接管外径为=89。所以安全阀不需要补强。图3-6 无补强结构的坡口图根据JB1580-75，焊接标准无补强部分的坡口焊接方式为焊接方式全熔透3.4.2 支座设计估计罐体总重估算：为筒体，封头质量 2500kg为筒体内件、附件、平台、扶梯、接管法兰质量 3500kg为保温层质量 300kg为物料质量 200kg(1)支座的选用：由GBT4712.42007容器支座，容器内径高度选择，该部分试用条件：公称直径DN8001200mm；圆筒长度与公称直径之比5；容器总高度10m。选用B系列支座，得到尺寸：表3-5支座尺寸允许载荷公称直径高度 底板 钢管 垫板2501600350 210161594.52208 地脚螺栓 支座质量 高度上限 规格1050 13.8 75023524M20(2)支撑式支座实际承受载荷计算支撑式支座载荷近似按下式计算：.(3-44)式中：支座承受的载荷; 支座的安装尺寸;重力加速度； 偏心载荷；水平力作用点至底板的高度； 不均匀系数；设备总重量； 支座数量；水平力； 水平地震力； 地震影响系数；水平风载荷； ；容器外径； 风压高度变化系数；表3-6 对于B类地面粗糙度取值设备质心所在高度 10 15 20 1 1.14 1.25设备总高度； 10m高处的基本风压值；基本偏心距；B型支座的计算：计算支座承受的真实载荷估算设备质量=6500Kg地震载荷=7644N=4548.38N为与之间的较大值所以=8781N=1600mm取3个支座，即=3.(3-45)=33.3,所以满足支座本体允许载荷的要求封头有效厚度由表B.5查得 =117.9kn,所以3个B3支座能够满足封头允许垂直载荷的要求。3.5 焊接工艺罐体与封头的焊接：查焊接标准SH-T3520-2004、JB4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定、JB/T47092000钢制压力容器焊接规程压力容器上焊缝接其受力性质可分为受压焊缝和受力焊缝，受压焊缝为承受因压力而带来的作用的焊缝，而受力焊缝则承受非压力（如支撑力、重力等。）而产生的力作用的焊缝。对接焊缝试件合格的焊接工艺亦适用于角焊缝、，其含意为既适用于受压角焊缝焊接工艺时，才可仅采用角焊缝试件。进行焊接工艺评定时，不管压力容器是由何种形式的焊接接头构成，只看是何种焊缝隙形式连接。只要是对接焊缝连接则取对接焊缝试件，只要是角焊缝连接则取角焊缝试件。角焊缝主要承受剪切力，JIS B82701993压力容器中规定剪切应力最大值为基本许用力的80%，所以，对接焊缝试件评定合格的焊接工艺亦适用于焊件角焊接。根据GB/T51171995碳钢焊条GB/T9831995碳钢焊条GB/T51181995碳钢焊条采用碳钢焊条，牌号J553 碳钢焊条。钢制压力容器与封头焊接采用对接全熔透。坡口为V型坡口。该压力容器为常压压力容器，所以环焊缝采用埋弧焊。纵焊缝采用埋弧焊。3.6 密封设计罐体与法兰的密封：主要渗漏途径：垫片本身毛细管的渗漏为渗透渗漏，垫片与压紧面之间的渗漏为界面渗漏，界面渗漏是渗漏的主要途径。密封分类：强制密封靠螺栓产生的密封比压，用于中低压自紧密封根据结构特点，介质压力越大，密封比压也越大。用于高压的恶劣环境。影响密封性能的主要因素：螺栓预紧力：通过预紧产生垫片比压力，形成初始密封比压。但预紧力过大会使垫片损坏。垫片性能：有适宜的形变及良好的回弹能力。至今，垫片的性能根据比压力判断。压紧面质量：压紧面形状和粗糙度与垫片相匹配，不允许有径向划痕。法兰刚度：法兰刚度不足引起形变泄露，增大法兰盘厚度可提高法兰刚度。操作条件：主要指压力、温度、介质性能，其中尤以温度影响大。高温下，介质对垫片溶解和腐蚀加剧，同时蠕变使密封系统产生应力松弛。温度若为波动，会产生疲劳。垫片选择：板材裁制式垫片：橡胶板、橡胶石棉板、石棉纸板与塑料板。包合式垫片：在石棉的外面包上黑铁皮或铜等金属。使垫片具有耐高温防腐蚀的同时强度较高。缠绕式垫片：以钢带与石棉板或橡胶石棉板相间缠绕而成。防腐蚀好，用于较高温度（600）和压力（）的场合。金属垫片：金属垫片强度高，耐热好。常用金属垫片有铁、钢、合金钢、铜、铝、镍等。其中铝垫片应用较广泛。螺栓设计:螺栓设计主要是根据所需预紧力的大小，计算螺栓载荷、直径和个数等。预紧力、载荷、轴向力计算后，根据法兰结构和使用场合，选择法兰类型、焊接方式。第四章 自动计量装置中计算机数据采集系统设计4.1 计算机数据采集系统方案比较与选择4.1.1基于ARM和CPLD的高速数据采集(1)系统方案 整个数据采集系统如图4-1所示。数据采集系统首先对采集的信号进行前端处理，如信号放大、滤波等预处理。采用的CPLD器件实现整个系统的控制逻辑，它控制着采集通道的切换、A/D转换的起/停、转换后的数据存放在存储单元的地址发生器、产生中断请求以通知ARM读取存放在存储器中的数据，由ARM微处理器进行快速的处理和传输。(2)系统工作流程数据采集器置于被监控的设备处，对传送过来的模拟信号进行信号调理，LPC2214启动系统数据采集，CPLD控制器输出一个脉冲给A/D转换器的CLK端，使其开始A/D转换，同时将CPLD内部地址发生电路产生的地址信号经地址选择器直接送到存储器，A/D转换器所采集到的数据经数据总线直接输入到存储器中保存。由于采样频率高，用CPLD控制器将采样数据存储到两路同步动态存储器（SDRAM）中。CPLD控制器先把采集到的数据存储到A路SDRAM中。 等数据写满A路存储器SDRAM后，由CPLD控制器器件引起LPC2214外部中断，LPC2214进入中断处理程序，读取SDRAM中的数据，并进行处理，同时CPLD控制器将接下来采集到的数据存储到B路SDRAM中, 等存储器B数据装满后，CPLD器件引起LPC2214外部中断，LPC2214进入中断处理程序，读取B路SDRAM中的数据，并进行处理，如此循环下去，完成数据的接收和传输并行。ARM微处理器只控制数据采集的启动和对采集到的数据进行快速处理和传输，在数据采集的过程中，ARM微处理器不对采集通道进行任何控制，完全由硬件自动实现数据采集的全过程，实现了高速数据采集的目的。(3)优势及特点 ARM和CPLD的高速数据采集系统可以使系统的稳定性、实时性得到保证，实时操作系统将应用分解成多任务，简化了应用系统软件的设计；采用CPLD控制器器件集成了电路的全部控制功能，摆脱了单纯用由微控制器为核心的数据采集系统时的速度瓶颈，极大提高了数据采集速度。整个系统具有速度高、实时性好、抗干扰能力强、性价比高等特点。 图4-1