毕业设计论文--某油田原油库工艺设计

毕业设计论文--某油田原油库工艺设计内容摘要：

油库作业能否顺利完成。 泵房工艺流程应根据油库业务，分别满足收油、发油（包括用泵发油和自流发油）、输转、倒罐以及放空等要求。 油库泵房工艺流程的设计应遵循以下原则： （ 1）应首先满足油库主要业务要求，能保质保量地完成收发油任务。 （ 2）能体现操作方便，调度灵活。 （ 3）经济节约，能以少量设备完成多种任务，并能 适应多种业务要求。 油库中输送粘度较小的轻质油品时，广泛采用离心泵。 因为离心泵具有结构简单、紧凑、基础小、可与原动机直接相连、流量均匀、工作时无惯性力、价格低廉、管理方便等优点。 因此，在油库中应用最为广泛。 除了必须选用容积泵外，大都采用离心泵。 选择离心泵时，首先要确定输送油品性质和泵的工作参数。 油品的性质主要包括输送温度下的油品粘度、蒸气压、腐蚀性、密度等。 当输送油品确定后，便可从相应手册查得或按有关公式换算。 泵的工作参数包括流量、扬程、吸入高度等，可根据工艺要求和位置条件等确定。 本设计中，泵的流量应与 油品的任务输量相平衡，即： 泵的扬程应与管路的能量损失相平衡，即： 其中可根据任务书提供设计依据和油罐高度求得，则： 根据泵的流量和扬程可选 DKS 型输油泵三台，其中两台并联工作，另一台为备用泵。 该泵的主要性能参数：额定流量为，额定扬程为液柱，吸程为，允许气蚀余量为，配带电机功率，转速，效率，输送介质温度可达 120℃。 在输油系统中，泵与管路组成一个统一的水力系统。 其中，管路及泵任何一方的工作状况变化都会破坏原有系统的能量平衡，而重新建立新的能量平衡。 只有当泵供给的能量刚好满足管路消耗的能量时，泵和管路系统才 处于平衡状态，此时泵的扬程和流量是否处于有效区域内，这就需要对泵和管路系统的工作点进行校核。 泵与管路处于平衡状态的工作点可由以下方法求得。 由泵和水力学可知，离心泵特性曲线上的每一点，表示在相应流量下泵所给出的能量；而管路特性曲线上的每一点，表示在相应流量下为克服管路摩阻和管路终点与起点高差所需的能量。 因此，对于简单管路，首先绘出气管路特性曲线，然后再同一坐标系中，以同一比例绘出泵的特性曲线，这两条能量供给线与能量消耗线的交点便是泵与管路处于平衡状态的工作点。 本设计中，由图 32 可知，泵的工作点在有效区域 内，所选油泵符合输送要求。 此外，可根据公式和，分别求得泵的允许吸入高度和泵的安装高度，它们依次为与。 图 32 泵与管路的工作点 水力计算 经济流速 根据原油粘度（），并参考文献 [5]中表 32，可得管路的经济流速：吸入管，排出管。 任务输量 31 式中 ――油品任务输量，； ――油品年周转量，； ――油品密度，； 360――油库运行天数，参考文献 [5]取得。 从罐区到泵房： 从油库到外输首站： 从油库到炼油厂： 管径 油库设计中，管径是根据经济流速和任务输量共同决定的，计算公式为： 32 式中 ――管路的计算内径，； ――油品任务输量，； ――油品经济流速。 则从罐区到泵房： 参考文献 [5]，采用的钢管，其内径为； 从油库到炼油厂： 参考文献 [5]，采用的钢管，其内径为； 从油库到外输首站： 参考文献 [5]，采用的钢管，其内径为。 实际流速 33 式中 ――油品实际流 速，； ――油品任务输量，； ――管子内径。 则从罐区到泵房： 从油库到炼油厂： 从油库到外输首站： 沿程摩阻 计算管路的沿程摩阻损失所涉及的公式有： 34 式中 ――管路沿程摩阻损失，； ――水力摩阻系数； ――管路长度，； ――管子内径，； ――实际流速，； ――重力加速度。 35 式中 ――管壁的相对粗糙度； ――管壁的绝对粗糙度。 可参考文献 [5]，取。 ――管子内 径。 36 式中 ――雷诺数，它标志着流动过程中，惯性力与粘滞力之比； ――油品任务输量，； ――管子内径，； ――油品运动粘度。 （ 1）从罐区到泵房 ，流体处于水力光滑区，得： （ 2）从油库到外输首站 ，流体处于水力光滑区，得： （ 3）从油库到外输首站 ，流体处于水力光滑区，得： （ 4）总沿程摩阻 局部摩阻 37 式中 ――管路局部摩阻损失，； ――管子内径，； ――实际 流速，； ――重力加速度，； ――局部摩阻的当量长度，可参考表 24 求得。 总水力摩阻 由沿程摩阻和局部摩阻可得，管路的总水力摩阻损失为： ＋ ＝ 泵房工艺计算 泵的流量 泵的流量应与油品的任务输量相平衡，即。 泵的扬程 泵的扬程应与管路的能量损失相平衡，即，其中可根据任务书提供设计依据和油罐高度求得，则： 校核泵与管路的工作点 （ 1）泵的并联工作曲线 表 33 泵的并联工作特性曲线 流量（） 扬程（） 1640 495 1660 520 1680 536 1700 550 （ 2）管路的特性曲线 表 34 管路的特性曲线 流量（） 摩阻损失（） 1610 462 1630 486 1642 497 1650 508 （ 3）泵与管路的工作点 由图 32 可知，泵的工作点 A 在有效区域内，所选油泵符合输送要求。 泵的允许吸入高度 38 式中 ――泵的允许吸入高度，； ――当地大气压， Pa； ――油品的饱和蒸汽压， Pa，此处取 Pa[5]； ― ―油品的密度，； ――重力加速度，； ――泵的允许气蚀余量。 泵的允许安装高度 39 式中 ――泵的允许安装高度，； ――泵的允许吸入高度，； ――油品在泵吸入管中的流速，； ――重力加速度，； ――吸入管的摩阻损失。 4 热力系统设计与计算 加热系统设计 许多油品（如高粘和高凝固点的原油、燃料油、重柴油、农用柴油、润滑油等）在低温时具有很大的粘度，而且某些含蜡油品在低温时由于蜡结晶析出，会发生凝固。 为了降低这些油品的粘度，提高其 流动性，必须进行加热。 油库中对油品加热的主要目的是：降低油品在管道内输送的水力摩阻，加快油罐车和油船的装卸速度，促进原油破乳，使油品脱水和沉降杂质，加速油品的调合等。 此外，厂矿企业用燃料油或残渣油作为加热炉或锅炉燃料时，应在燃料油使用前预先加热。 油品加热常用的热源有水蒸气、热水、热空气和电能等。 水蒸气是目前最常用的热源，它具有热焓高、易于制备和输送、使用比较安全等优点，油库加热作业常采用表压为个大气压的水蒸气。 在油库中对油品进行加热所采用的加热方法有：蒸汽直接加热法、蒸汽间接加热法、热水垫层加热法、热油 循环加热法和电加热法等。 其中蒸汽间接加热法是将水蒸气通过油罐中的管式加热器和罐车的加热套，使加热器或加热套升温来加热油品，蒸汽与油品不直接接触。 这种方法适用于一切油品的加热，目前应用广泛。 油库中对输油管道的加热方法有蒸汽管伴随加热和电加热。 库内管道一般都不长，热油在管道中输送不会有很大温降，油品不至于在管路中凝固，所以一般情况下不需要进行伴随加热。 只是对间歇作业的不放空的粘油和凝固点低于最低周围介质温度的油品，它们的管路才采用伴随加热。 管路的电加热有直接加热、间接加热和感应加热三种方法。 直接加热法是对管 路直接通电，使管路自体发热而加热管内油品，此法比较简便，但管路应包覆良好的电绝缘材料，以减少电流损失和保证安全；间接加热法是把有良好电绝缘的电热导线和油管用保温材料包扎在一起，电热导线通电后发热，将热量传给油管以加热管内油品；感应加热是把线圈和油管用保温材料包扎在一起，线圈通交流电后产生交变磁场，输油管在交变磁场中诱发产生感应电流而升温，使管内油品被加热。 综上所述，本设计中油罐加热采用蒸汽间接加热法，输油管加热采用电加热法。 油罐中常用的管式加热器按布置形式可分为全面加热器和局部加热器；按结构形式分为分段式加热器和蛇管式加热器。 局部加热器仅布置在罐内的收发油管附近，全面加热器则均匀布置在罐内距罐底不高的整个水平位置上。 对于粘度不高，且不会冷至凝固点温度以下的油品，或一次需要发出数量不多的油品，适宜采用局部加热器。 若在短时间内要从油罐中发出大量油品时，应采用全面加热器。 分段式加热器由于分段管组的长度不大，蒸汽通过管组的摩阻较小，因此它可以在较低的蒸汽压力下工作。 此外，由于分段管组长度不大，还可使蒸汽管入口高度降低，这样就使整个加热器的安装位置较低，可以尽量减少加热器下面“加热死角”的体积。 分段式加热器的 加热管在罐内平面上的分布不如蛇管式加热器均匀，加热效果也不如蛇管式好，管子的连接接头多，伸缩不便，容易造成管子接头处焊口的损坏，发生蒸汽渗漏。 因此对于要求严格控制含水量的油品，对于经常操作并需要长时间连续加热的油罐，最好采用蛇管式加热器。 对于不要求严格控制含水量的油品，对于进行间歇加热作业并需要经常调节加热面积的油罐，适宜采用分段式加热器。 本设计中，根据原油库的具体情况，选用蛇管式全面加热器。 加热器的面积可按公式计算，其中为单位时间内加热油品所需的总热量，为蒸汽经加热器至油品的总传热系数，为热源进入加热 器时的温度，为加热过程中油品的平均温度。 此外，为了求出单位时间内加热油品所需的总热量，必须先求油罐的总传热系数值。 以上这些参数都可由相关的公式及规定求出，其结果为：油罐的总传热系数为℃、单位时间内加热油品所需的总热量为、蒸汽经加热器至油品的总传热系数为℃、加热器的实际加热面积为、加热器所用的蒸汽耗量为。 根据蒸汽耗量，参考文献 [5]，可选型内燃回火锅炉 3 台，长，宽。 为了减少热损失，可将油罐和管路进行保温。 对于是否保温及其厚度的确定，要根据经济比较来完成。 一般情况下山洞油罐和覆土隐蔽油罐不保温，在北方寒冷地 区的地上油罐常保温。 油库中的埋地油管和能迅速放空的地面油管往往不保温，不能在输油后迅速排空的粘油管路和采用伴随加热或电加热的输油管路常需保温。 本设计中，根据油库的具体情况，应对油罐和输油管进行保温。 根据经验并参考文献 [3, 4]，选择玻璃棉毡为保温层材料，油罐和输油管的保温层厚度分别和。 热力计算 油罐周围介质温度 （ 41） 式中 ――油罐周围介质温度，℃； ――最冷月地表平均温度，℃。 根据任务书提供设计依据，取℃； ――最冷月大气平均温度， ℃。 根据任务书提供设计依据，取℃； ――油罐的高度和直径的比值。 ℃ 油罐总传热系数 （ 42） 式中表示传热系数，表示面积，角码符号、分别指罐壁、罐顶和罐底。 按油罐装满系数为计算，应取为罐壁总面积的，应取罐顶面积和罐壁面积之和。 地上保温立式油罐的罐壁传热系数可近似地由下式求得： （ 43） 式中 ――保温材料的导热系数，℃；根据经验，选择玻璃棉毡为保温层材料 [5]，取℃。 ――保温层的厚度，；在此取 m[5]。 ℃ 对于有保温层的地上立式金属油罐 [5]，罐顶传热系数℃；时，罐底传热系数℃；时，℃；时，℃。 由总传热系数公式可知，对总传热影响最大的是罐壁部分，其次是罐顶，而罐底的影响最小。 本设计中油库选用的油罐为 30000m3，所以取℃，℃。 ℃ 加热油品所需的总热量 本设计中，原油的加热是为了保温，其所需的热量可按下式计算： （ 44） 式中 ――单位时间内加热油品所需的总热量，； ――油罐的总面积（，、分别为罐顶、罐壁、罐底的表面积），； ――油罐总传 热系数，℃； ――加热过程中油品的平均温度，℃；根据设计任务书，取℃； ――油罐周围介质温度，℃。 蒸汽经加热器至油品总传热系数 值用圆筒壁传热公式计算 [5]： （ 45） 式中 ――蒸汽向加热器内壁的内部放热系数，℃； ――管子的内外径及计入水垢和油污等在管子内外壁上的沉积物后各层的直径，； ――水垢、管子、油品沉积物等的导热系数，℃； ――加热器管子的外径，； ――从加热器管子最外层至油品的外部放热系数，℃。 蒸汽在加热器管子内的运动速度较快，蒸汽本身粘度一般 很小，因此常处于紊流状态（）。 内部放热系数可按紊流状态下强制运动的放热公式计算： （ 46） 式（ 46）为不考虑相变情况下的计算公式。 实际上，蒸汽在加热器管子中不断冷凝，加热器中同时存在蒸汽和冷凝水，因此计算放热系数时应考虑相变的影响。 此时，蒸汽对加热器内壁的内部放热系。