集油站设备选型.ppt

2020年1月6日9时37分 1 集油站设备选型 寇杰 2020年1月6日9时37分 2 集油站设备选型的一般原则所谓设备选型即是从多种可以满足相同需要的不同型号 规格的设备中 经过技术经济的分析评价 选择最佳方案以做出购买决策 合理选择设备 可使有限的资金发挥最大的经济效益 设备选型应遵循的原则如下 生产上适用 所选购的设备应与集油站实际生产能力相符并具有一定的适应性 技术上先进 在满足生产需要的前提下 要求其性能指标保持先进水平 以利提高产品质量和延长其技术寿命 集油站设备选型的一般原则 2020年1月6日9时37分 3 经济上合理 即要求设备价格合理 在使用过程中能耗 维护费用低 并且投资回收期较短 设备选型首先应考虑的是生产上适用 只有生产上适用的设备才能发挥其投资效果 其次是技术上先进 技术上先进必须以生产适用为前提 以获得最大经济效益为目的 最后 把生产上适用 技术上先进与经济上合理统一起来 集油站设备选型的一般原则 2020年1月6日9时37分 4 集油站设备选型考虑的主要问题1 工艺性生产设备最基本的一条是要符合产品工艺的技术要求 把设备满足生产工艺要求的能力叫工艺性 设备操作控制的要求也很重要 一般要求设备操作轻便 控制灵活 产量大的设备自动化程度应高 进行有害有毒作业的设备则要求能自动控制或远距离监督控制等 集油站设备选型考虑的主要问题 2020年1月6日9时37分 5 2 设备的经济性影响因素主要有 初期投资 对产品的适应性 生产效率 耐久性 能源与原材料消耗 维护修理费用等 集油站设备选型考虑的主要问题 2020年1月6日9时37分 6 设备的初期投资主要指购置费 运输与保险费 安装费 辅助设施费 培训费 关税费等 在选购设备时不能简单寻求价格便宜而降低其他影响因素的评价标准 尤其要充分考虑停机损失 维修 备件和能源消耗等项费用 以及各项管理费 总之 以设备寿命周期费用为依据衡量设备的经济性 在寿命周期费用合理的基础上追求设备投资的经济效益最高 集油站设备选型考虑的主要问题 2020年1月6日9时37分 7 3 其他特性集油站设备还必须满足设备的可靠性 维修性 安全性和操作性以及环保等特性 可靠性是保持和提高设备生产率的前提条件 人们投资购置设备都希望设备能无故障地工作 以期达到预期的目的 这就是设备可靠性的概念 维修性是人们希望投资购置的设备一旦发生故障后能方便地进行维修 即设备的维修性要好 安全性是设备对生产安全的保障性能 即设备应具有必要的安全防护设计与装置 以避免带来人 机事故和经济损失 集油站设备选型考虑的主要问题 2020年1月6日9时37分 8 操作性属人机工程学范畴内容 总的要求是方便 可靠 安全 符合人机工程学原理 环保性通常是指其噪声振动和有害物质排放等对周围环境的影响程度 在设备选型时必须要求其噪声 振动频率和有害物排放等控制在国家和地区标准的规定范围内 集油站设备选型考虑的主要问题 2020年1月6日9时37分 9 1 游离水脱水器当高含水原油流进入游离水脱水器 在层流状态下迅速分为上下两层 上层为油包水型乳状液 下层为水包油型乳状液 在重力作用下 分散相液滴向上浮升或向下沉降至油水界面 完成油水分离过程 随着沉降分离的进行 大部分的游离水沉降下来 但水中携带了一些油滴 游离水脱水器的处理关键在于污水的含油指标 一般低于0 3 研究水中的油滴上浮过程 在有效分离时间内 达到一定的质量指标 就能使水层达到指标要求 游离水脱除器的大小由油水混合物内的水量而定 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 10 游离水脱除器工艺计算需作如下假设 过水面积上各处的水流流速相同 油滴在水内的浮升遵循斯托克斯定律 式中 油的上浮终速 m s 重力加速度 m s2 分离条件下水滴和油滴的密度 kg m3 分离条件下水的粘度 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 11 游离水脱除器的平均水平流速为 式中 油的上浮终速和水的平均流速 m s 脱除器内径 m 脱除器有效重力分离段长度 m 无量纲油水界面高度 油水界面高度 m 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 12 脱除器水处理量式中 脱除器水处理量 m3 d 过水截面面积和脱除器截面面积 m2 过水截面无量纲截面积 由于没有考虑水在脱除器内的真实流动 以及容器内流动存在湍流 漩涡等情况 因而在上式中需要引进大于1的设计系数F 对水处理量进行修正 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 13 F的设计系数可采用下式计算 集油站设备选型 2 立式分离器 1 处理能力计算 气体处理的能力立式分离器工作时 气流和液滴沉降方向相反 所以液滴能沉降的必要条件是液滴沉降速度大于气流速度 即 2020年1月6日9时37分 14 设计分离器时 要求在重力沉降部分能分离出直径为100微米以上的液滴 就可以使气体进入捕集油雾的捕雾器中去 以捕集更小直径的油滴 满足气体含液率的指标 通常重力沉降段液滴沉降速度是指直径为100微米液滴的沉降速度 可以按以下各式计算 层流区 过渡区 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 15 在计算分离器时 考虑到油滴沉降速度计算的假设条件与实际情况有出入 以及气流在分离器沉降部分的不均匀性 故在取允许气流速度时应为式中 允许气体流速 m s 分离器操作条件下气体流量 m3 s 分离器直径 m 集油站设备选型 紊流区 2020年1月6日9时37分 16 体处理量通常以工程标准状态下气体量表示 见下式式中 工程标准状态下气体流量 m3 s 气体压缩系数 操作压力 绝对 MPa 工程标准状态时压力 绝对 MPa 操作温度 K 工程标准状态温度 293K 集油站设备选型 因此 2020年1月6日9时37分 17 液体处理的能力油气分离器液体处理能力 受液体性质和操作条件影响较大 从理论上计算分离器处理液体的能力比计算处理气体的能力更困难 因此在计算液体处理能力时 要满足液体在分离器中有足够的停留时间 油田常用数据为 一般原油1 3min 起泡原油5 20min 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 18 2 直径的计算计算时先根据分离器需要处理气量计算分离器的直径 然后再按液体在分离器中停留时间来校核所确定的分离器直径 最后取计算结果的最大值 根据分离器的气体处理量计算分离器直径在确定分离器直径时 考虑进入分离器的油气两相比例随时间不断变化这一实际情况 引入载荷波动系数 一般 取1 2 l 5由下式得出 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 19 液体在分离器中停留时间校核分离器的直径立式分离器一般液面保持在油出口上面1 3倍容器直径 计算分离器液体停留时间为式中 液体通过量 m3 min 载荷波动系数 取1 2 l 5 若按气体处理量计算的分离器直径不能满足液体停留时间 可考虑加大直径 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 20 3 卧式分离器 1 处理能力的计算分离器主要工作原理是沉降分离原理 沉降分离不但要满足 定的停留时间 而且应选取适宜的气流速度 分离器处理能力决定于它的外形尺寸 油气分离器既要从气流分出液滴 又要从液体中逸出气泡 所以计算分离器处理能力时 应对油气分离器处理气体和液体能力分别计算 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 21 气体的处理能力 在卧式分离器中 气体主流方向和油滴沉降方向互相垂直 要使气流中的油滴在气体通过分离器的过程中能沉降下来的必要条件是 油滴沉降至集液部分液面所需的时间应小于油滴随气体流过重力沉降部分所需的时间 即式中 重力沉降有效长度 m 即入口分流器至气体出口水平距离 一般为分离器圆筒部分长度的0 6 0 8倍 气体流速 m s 油滴沉降高度 m 对卧式分离器h一般为直径的 直径为100 m油滴沉降速度 m s 或 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 22 对于卧式分离器气体允许流速应为已知分离器重力沉降部分内气体允许流速和分离条件下的气体处理量 则 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 23 考虑分离器载荷波动系数 将气量以工程标准状态表示 上式可表示为 液体停留时间a 分离器液体通过量 式中 分离器液体通过量 t d 液体的密度 t m3 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 24 b 液体在分离器中停留时间一般卧式分离器液面控制在直径1 2处若卧式分离器液位不在0 5D时 应根据液位高度求出气体流通面积 再求气体处理量 设为液体流通面积与分离器横截面积之比 气体流通面积 根据几何关系 可得 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 25 此时 卧式分离器气体处理能力为 式中 为液位高度 D为分离器直径 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 26 4 电脱水器电脱水器的设计技术参数由以下各条确定 原油电脱水工艺适宜于处理含水小于30 的原油 电脱水操作温度应根据原油的粘温特性确定 宜使原油的运动粘度在低于50mm2 s的条件下进行脱水 确定电脱水操作压力时 其压力应比操作温度下的原油饱和蒸汽压高0 15MPa 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 27 电脱水器的处理能力 应根据原油乳状液处理的难易程度确定其在电脱水器内的停留时间 停留时间一般为40min 稠油一般不超过60min 电脱水器的处理能力按下式计算 式中 单台电脱水器处理的含水原油体积流量 m3 h 台 电脱水器空罐容积 m3 台 选定的含水原油在电脱水器内的停留时间 h 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 28 电脱水器的台数应按下列原则确定 a 运行台数按下式计算 式中 电脱水器台数 台 脱水站经电脱水器处理的含水原油体积流量 m3 h 单台电脱水器处理的含水原油体积流量 m3 h 台 b 当一台电脱水器检修 其余电脱水器负荷不大于设计处理能力 额定处理能力 的120 时 可不另设备用 若大于120 时 可增加一台电脱水器 c 电脱水器台数的设置一般不少于2台 不多于6台 2020年1月6日9时37分 29 5 泵 1 根据经济流速 计算管径式中 管径 m 流量 m3 经济流速 m s 2 由管线系列选取管径规格 3 计算雷诺数Re 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 30 4 计算水力摩阻系数当流态为层流 即Re 2000时 当流态为光滑湍流 即2000Re 时 当流态为湍流过渡 即Re 时 当流态处于阻力平方区 时 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 31 5 计算泵需要克服的摩阻损失式中 泵需要克服的摩阻损失 m 管长 m 6 根据泵的扬程和排量选泵 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 32 6 加热炉加热炉热负荷的计算参见换热器 然后根据计算的加热炉的热负荷选择加热炉的型号 加热炉是将燃料燃烧产生的热量传给被加热介质而使其温度升高的一种加热设备 在集油站中 它可将原油加热至工艺要求的温度 以便进行输送 沉降 分离 脱水等 集油站中应用的加热炉与其它行业的加热炉相比 有其特别之处 在设计与选用时应予以注意 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 33 集油站所用的加热炉主要特点如下 单台热负荷小 一般不超过4000kW 被加热介质流量大 要求压力降小 被加热介质温升小 一般为30 左右 介质在炉内不产生相变 操作条件不稳定 热负荷波动较大 连续运行 操作及检修条件差 同一型号加热炉使用数量多 燃料为原油或天然气 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 34 1 加热炉的主要技术参数 热负荷单位时间炉内介质吸收有效热量的能力叫热负荷 其单位为kW 加热炉设计图纸或铭牌上标注的热负荷为额定热负荷 它是根据设计参数计算热负荷向上圆整至某一系列值 根据实际运行计算参数用热平衡计算公式计算求得的热负荷叫运行热负荷 运行热负荷一般不应大于额定热负荷 对于某台尺寸结构已经确定的加热炉 若被加热介质为原油 天然气或其混合物时 运行参数若与设计参数不一致时 运行负荷将变化 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 35 集油站设备选型 加热炉额定热负荷系列 kW 2020年1月6日9时37分 36 热效率加热炉输出有效热量与供给热量之比的百分数叫热效率 它是热量被利用的有效程度的一个重要参数 在额定热负荷时按设计参数计算求得的热效率叫设计热效率 而在加热炉运行条件下测试求得的热效率叫运行热效率 加热炉热效率应保持在一个恰当的数值 热效率低时燃料消耗大 热效率太高一般则投资较高 排烟温度低 可能造成低温腐蚀 应予以综合考虑 使加热炉效率保持在一个合理数值 一般要求额定热负荷580kW以下的加热炉热效率应大于75 580kW 4000kW应为82 85 而4000kW以上的加热炉热效率应大于88 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 37 流量单位时间内通过加热炉内被加热介质的量叫流量 在正常运行条件下 通过加热炉内的量叫额定流量 加热炉能安全可靠地运行的最小量叫最小流量 若加热炉流量大于额定流量 会使压力降增加 若流量小于最小流量 则会影响传热效果 或对加热炉造成损害 在选用加热炉时 应使流量的变化控制在额定流量和最小流量之间 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 38 压力加热炉只有炉管承受设计内压力 一般指管程压力 加热炉管程压力要求满足工艺要求即可 压力降压力降是被加热介质通过加热炉所造成的压力损失 压力降的大小与炉管内径 介质流量 炉管当量长度以及被加热介质粘度有关 加热炉铭牌或设计图纸上标注的压力降数值是指在该炉在设计条件下通过额定流量时的压力降 当运行条件变化时压力降数值应重新核算 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 39 温度加热炉的温度指标主要有被加热介质进出口温度 炉膛温度和排烟温度 加热原油时一般由40 加热到70 左右 加热炉炉膛温度一般为750 850 而排烟温度则为160 250 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 40 2 工艺计算工艺计算的目的是确定管式加热炉主要尺寸 计算内容一般包括燃烧计算 传热计算 空气动力计算和水力计算 其中计算所需的原始数据即为前文所述的主要技术参数数据以及燃料的种类 物性和组分 加热炉使用地区的基本风压 气压 气温 雪载荷及地震设防烈度等其他辅助参数 详尽的加热炉工艺计算方法应根据具体的加热炉设计技术规定计算 而简单的工艺计算可根据下述方法进行 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 41 加热炉热负荷计算 式中 被加热介质所需热负荷 计算值应圆整至系列值 kW 被加热介质质量流量 t h 被加热介质定压比热容 kJ kg 被加热介质入炉温度 被加热介质出炉温度 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 42 燃料用量的计算 式中 燃料用量 kg h m3 h 燃料低位发热量 kJ kg kJ m3 加热炉热效率 对于管式加热炉 82 88 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 43 炉管直径的计算 式中 炉管内直径 m 被加热介质体积流量 m3 h 管程数 根 炉管内被加热介质流速 m s 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 44 辐射炉管表面积的计算 式中 辐射炉管外表面积 m2 辐射对流管平均表面热流密度 kW m2 对流炉管表面积 式中 对流炉管外表面积 m2 对流炉管平均表面热流密度 kW m2 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 45 炉管压力降计算先计算出炉管的当量长度 再按相应的水力学计算公式求出炉管压力降 集油站常用的管式加热炉设计参数如下表所示 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 46 集油站设备选型 集油站管式加热炉参数表 2020年1月6日9时37分 47 7 换热器单位面积传递的热量Q A与传热温差成正比与各项热阻之和 R成反比 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 48 K是各项热阻的倒数 即 式中Q 热负荷 kJ h或W 总传热系数 W m2 传热温差 管外表面积 cm2 管内表面积 cm2 管内流体的对流传热系数 W m2 管内流体的结垢热阻 m2 W 管壁材料的热阻 m2 W 管外流体的对流传热系数 W m2 管外流体结垢热阻 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 49 如果及以管外表面为基准可省略项 设计计算一个换热器 必须有上述数值 方能算出传热面积 1 热负荷计算流体被加热或冷却 都要吸收或放出热量 没有相态变化时 以下式表示式中 流体的流量 kg h 流体的定压比热 kJ kg 流体进出口温度 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 50 有相态变化时 应加入蒸发 冷凝 潜热kJ kg 或者用流体进出口的焓值h1 h2表示 集油站设备选型 2 传热平均温差 对数平均温差两股流体换热 一股温度从t1 t2 另一股温度从T1 T2 对数平均温差 2020年1月6日9时37分 51 上式的适用场合 及变化不大 基本上是常数的情况 如下图所示 两股流体的温度变化 基本上是直线 集油站设备选型 对数平均传热温差示意图 2020年1月6日9时37分 52 积分平均温差在传热情况比较复杂 Cp与K值变化较大 不能用对数平均温差 而是用积分平均温差 可用图解法求出 其步骤为 A 作出两股流体温度与传热量变化关系曲线Q f T 如图所示 纵坐标表示传递的热量 横坐标表示流体的温度 两曲线之间的距离就是换热器中各个段 截面 上流体间的温差 集油站设备选型 积分平均传热温差示意图 2020年1月6日9时37分 53 B 将所传递的热量Q分成n等份 即将换热器换热段长度分成n等份 其中每一等份都传递相同的热量 Q n 然后求出每一段的平均温差 C 根据下式计算积分平均温差 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 54 8 缓冲分离器油气分离缓冲罐正常工作时的液面一般控制在直径的1 2 2 3处 油气分离缓冲罐分离部分的工艺计算与卧式分离器的计算一样 缓冲部分按其液体在容器内的停留时间而定 缓冲罐正常液面一般控制在容器直径的1 2处 原油在分离缓冲罐中的停留时间 一般为缓冲罐1 2直径容积为停留有效容积 停留有效容积除以液体通过量为分离缓冲罐的停留时间 停留时间一般推荐值为 v50 50mm2 s 15min50mm2 s v50 250mm2 s 30min 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 55 常用缓冲分离器规格和停留时间表 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 56 9 沉降罐沉降罐是脱水的主要设备之一 在油田生产中被广泛应用 卧式沉降罐工作的好坏常以下述指标衡量 1 沉降时间 即油水混合液在沉降罐的停留时间 它表示沉降罐处理油水混合液的能力 我国各油田采用的沉降时间一般为20 40min 2 操作温度 即沉降温度 它与原油性质 加药条件有关 一般为45 60 3 原油中剩余含水率 一般小于1000mg L 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 57 根据沉降时间来确定沉降罐的容积 沉降时间按40min考虑 则沉降罐的有效容积V可按下式计算 式中 站内一天需要进行脱水的油水混合液量 t d 油水混合液密度 t m3 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 58 根据所确定的容积 查卧式压力沉降罐系列表 选用各种规格的沉降罐 见下表 卧式沉降罐台数控制在2 4台左右 便于操作和停产维修 台数选择应考虑有一台停产检修时 其余沉降罐应能满足全部生产负荷 当过剩生产负荷超过单台沉降罐生产能力的20 时 则应增加 台 决定台数时 可不考虑备用 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 59 集油站设备选型 卧式压力沉降罐规格系列及处理能力表 2020年1月6日9时37分 60 10 油罐油罐是站库的主要设备之一 油田的原油罐一般采用金属油罐 油罐的总容积应按下式计算确定 式中 油田储油罐的总容积 m3 油田原油生产能力 t a 储存温度下的原油密度 t m3 油罐容积利用系数 对于立式固定顶金属油罐可取0 85 浮顶罐可取0 90 集油站设备选型 2020年1月6日9时37分 61 油田储油罐的储备天数油田储油罐的储备天数应按下列要求确定 a 原油以管线外输的油田 储备天数可为3d 不应超过5d b 原油以铁路外运的油田 应根据运输距离 原油产量及其在铁路运输中所处的地位等综合因素确定 储备天数一般为5 7d 集油站