集输系统参数计算

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1、第四章 集输系统参数计算第一节 流体力学基础第二节 集输参数计算一、集油生产数据计算1. 原油液量计算原油液量计算公式式中G 油产油量, t/d油G产水量，t/d水G 液产液量，t/d液GGf = x 100% =w x 100%w GG + GLW O2. 原油含水率计算 原油含水率计算公式；式中 fw原油含水率，；GL 总液量， t/h； GW水量，t/h；Go油量，t/h。从上式中可得出：G GG = oL 1 - f二、集输管径的选择计算兀 ,1.流量方程Q = A *V = d 2V式中Q体积流量，m3/s, m3/h;V管内流体流速，m/s；A管道横截面积，m2；d2d管道内径，m

2、；则即由此确定的管径是管道内径。2.集输管径的选择在油气集输的系统中，站内管线有油管线、气管线、水管线，一般都用无缝钢管。在进行初步设计时，通常遇到的问题是：已知管长，地形及输送液体的量，要求选管径。在一定流量下，管 径大小直接影响流速大小和流态变化，故在选择集输管道直径时，不仅要保证完成规定的输油任务，而且要经济 合理。管径的选择必需考虑各方面的利弊，既要保证一定的流速，又要符合经济要求。即：确定管道直径要依据规定的流量和选用的经济流速，并且，按流量和经济流速等参数计算得到管线直径后，还必须从管线系列中选定 管线规格。如：计算得到d=0.188m，则从管线规格系列（参见下页）中査得应选用62

3、19mm管子，（巾219X 6）。又如：计算得到d=0.133m，从管线规格系列中查得应选用巾159mm官线。根据经验，一般油田内部管道流速以1020m/s为宜，外输管道流速可取13m/s。故：选择管线时，应考虑以下问题:1）按规定的流量和选用的经济流速以及总传热系数，确定管道直径、决定加热炉台数2）选用或提出试制机泵设备和管子规格以保证完成规定的输油任务。表 3-4 常用管子规格（部分）称直径，（DN） mm外径，mm壁厚，mm内径，mm5057351449547645100108410059869679411441065104610271008981501594.5150614715016

4、8714581435158615620021972058203920110199例1某站以100m3/h向外输送密度为0.8654X103kg/m3的原油，管内径流速为2m/s,贝懦要多大管线才能 满足生产要求?三、离心泵参数计算 泵的性能参数计算主要包括流量计算、扬程计算、有效功率计算、轴功率计算和泵效率计算。流量计算1泵的流量测定一般使用容积式测量法，要用经过计量的标准容器来测量流量，即容积式测量法测流量时 计量要准，以保证测量精度。2采用0.2级精度的流量观察泵测量流量。例1已知某被测泵6min注满4m3标准容器，贝0泵的排量为多少m3/h?解：_ V 4“（m3/h）Q = = 40t

5、6 x 160/扬程计算一般采用弹簧压力表、液体差压计或液体真空计测定泵的进出口压力，然后换算出扬程，要求压力表的精度AP 亍 p gH不低于 0.5级。压力表或真空压力表安装在泵出入口的法兰处。 压力与扬程的换算关系为：式中 AP 一泵进出口压差，Pa；H扬程，m液柱(mH2O)；P体的密度，kg/m3；或总扬程可用下式计算：g重力加速度，m/s2oV 2 a V 2 sH = P P +出 出2 gHa泵出口压力；Hs泵进口压力例2：已知某被测泵的出口压力为500kPa,泵入口压力为100 kPa，泵出入口管径相等，则该泵的扬程为 多少？解：V 2 a V 2 s0H = Ha Hs +

6、= 500 100 + = 400(kPa)2 g2 g=40(mH O)2有效功率计算有效功率是泵在单位时间内对流经该泵的液体所做功的大小，也就是泵的质量流量和扬程的乘积，常用N有有 表示。泵的有效功率可通过泵的进出口压差和体积流量计算而得。N = AP Q 有 TQQQN有有效功率,kW；p泵进出口压差，Pa；n - P QHgQ泵流量，m3/so有 1000轴功率计算1计算方法一电机输出功率即为泵轴功率。它可用电压表、电流表测量，并要求电压表、电流表精度不低于0.5级。用下 式计算：N =J3u -1 - cos申5轴电N轴电机输出功率，kW；n电电机效率；cosd 功率因数，有三种确定

7、方法。 由厂家提供的N0cos 曲线查出； 由功率因数表直接测定； 计算得出cosd =视在功率/有功功率。其中N0为电机输入功率，可用三相瓦特表直接测出。例3：在测泵效率时，电机工作电流为80A,电压为6kV,查表得知电机效率为095,功率因数为085,求 泵轴功率？N =J3U -1 - cos 申耳轴电答：略。=1.732 x 80 x 6 x 0.85 x 0.95 = 671.3( kW)2电机输出功率计算方法二N轴=N0-P式中，P为总损耗泵效率计算1. 功率法测泵效2.温差法测泵效计算泵效公式：N有 xl00%;N轴AP耳=x 100%AP + 4.1868( AT -AT )S

8、P泵进出口压差，MPa；T泵进出口温差，C；TS等熵值。例1某站测离心泵效率时，测得泵压力14MPa,泵进口压力0.05 MPa,介质进口温度为35C，出口温 度为37C，求该泵效率？( TS=0.360)解 P=H . 05=13.95 ；TS=3735=2APAP + 4.1868( AT -AT )S13.95x 100%答：略。例 2：用温差法测13.95 + 4.1868(2-0.360) X 10% - 67%台泵的效率时，测得泵压力16 MPa，进口压力为0 06MPa,介质进口温度为40C，出口温度为42C，试求泵效？( TS=050)离心泵的特性曲线离心泵在恒速下，泵的流量Q

9、、扬程H、功率N和效率n等之间存在着相互关系，这些相互关系可由Q-H、 Q-N、Q-n等曲线图来表示，这种曲线图就叫做泵的特性曲线，如图1所示。离心泵的特性曲线是用来表示离心泵的主要参数之间的关系的曲线，是根据实验获得的数据绘制而成的，曲 线图上的任何一个参数发生变化，其他的数值都会发生变化。图1为某台离心泵的流量Q-扬程H、流量Q-功率N、流量Q-效率n三种特性曲线图。绘制于同一坐标系中，横坐标表示为流量Q，纵坐标为扬程H，轴功率N,效率n。从图中看出，扬程随流量的增大而减小，扬程随流量的减小而增大。流量增加功率也随之增加，流量减少功率也减少。流量一效率特性曲线是一条凸起的曲线，随流量的增加

10、而增加，达到最高点后，流量再增加则效率开始下降，这个最高点称这台泵的额定工作点，也是最优 工作点(A点)，相应这一点的流量、扬程、功率分别为额定流量、额定扬程和额定功率。在该点左右的一定范围内(一般不低于最高效率点的 10)，都是属于效率较高的区域，称为离心泵的高效段。调节离心泵的运行参数，应使泵工作时在高效段范围，否则调节措施超过了这个范围，则是不经济的，还应该进 行其他方面的改进，甚至重新换泵。图1离心泵的特性曲线四、加热炉参数计算原油温度沿管道输送方向逐渐降低，当降至合适当温度。如在原油凝固点以上712C时，如继续输送，有 可能产生流动停滞，因此，就必须设一个加热站进行加热。加热站多采用

11、加热炉对原油进行加热。1燃料低发热值计算燃料发热值：单位质量或体积的燃料在燃烧过程中所放出的热量，称为该燃料的发热值。高发热值：燃烧产物中的水呈液体状态时，燃料放出的热量为该燃料的高发热值。低发热值：燃烧产物中的水呈水蒸气状态时，燃料放出的热量为该燃料的低发热值。因为，烟气排入大气时, 水都是呈蒸气状态，故生产实际中，采用燃料的低发热值。用QL表示。对气体燃料：QL=SqLiYi对液体燃料：QL=81C+246H+26 (SO)6W2. 燃料燃烧发热量气体燃料：Qr=BgQl (Ql气体燃料低发热值，38979kJ/m3, BGm3)液体燃料：Qr=BlQl(Ql液体燃料低发热值，41868

12、kJ /kg, Blkg)3. 比热容计算公式：c = (1.687 + 3.39 x 10-31) =- (1.687 + 3.39 x 10-31):上d 45式中p介质密度水kg / m3；t 质平均温度，t=(T1+T2)/2,C或K。T1、T2 进出加热炉油品的温度，K4原油外输加热炉热负荷计算公式加热炉热负荷计算公式：Q = GC(T - T)2 1式中Q加热炉热负荷，kJ/h；G介质流量，kg/h；C 质比热，kJ/(kgK)；T2质出炉温度，K；T1质进炉温度，Ko例1：某站外输原油为200X1041/a,原油从40C加热到70C,求所需的热量是多少kJ/ho C油=1. 88

13、kJ / (kgK)已知：C 油=1. 88kJ/(kgK), G=200X1O4t/a=228311kg/h, T 出=70+273=343K, T 进=40+273=313K 解：Q =GC(T 出一 T 进)=228311X1.88X(343-313)=1. 29X107 (kJ/h) 答：所需的热量是1. 29X107kJ/h。例2：某站在测定加热炉效率时，进炉原油流量为60 m3/h，原油进炉温度为40C，出炉温度为砧C,(原 油密度p=870庞/ m3 )求加热炉热负荷是多少？已知 G=60X870=52200(kg/h) ,T1=40C， T2=65C求 Q=？解：求出介质比热C

14、。据比热容计算公式：C =(1.687 + 3.39xlO-31) =1(1.687 + 3.39x 10-3 x 40 + 65)Jp /p0.872水=2.14kJ /(kg k)求热负荷Q。据热负荷计算公式：Q = GC(T - T) = 52200 x 2.14 x (65 - 40) = 2792700(kJ / h)21答：略。5.确定站内脱水加热炉热负荷站内脱水加热炉热负荷包括Q水和Q油两部分，即：水油Q =Q +Q脱水油其中Q水与Q油根据液量中含水率不同可以分别计算：(1) Q 水的计算：Q水=G混C水(T出一 T进)B式中Q 水加热液量中含水的热负荷， kJ/ h；G 混油水

15、混合物的总液量， kg/ h；C水油中含水的比热容，C水近似取4. 1868kJ/(kgK)；T 出加热炉出口温度，一般取 ；T进油水混合物进炉温度，一般取308313K；B含水率，。(2) Q 油的计算：Q油=C油G混(1 一 B)( T出一 T进) 式中C油原油的比热容，kJ/(kgK)；Q 油加热原油所需要的热负荷。例：某站脱水加热炉的流量为200t/h,液体的温度从40C加热到70C，液量含水率30%，求所需的热量 是多少kJ / h?原油的比热容为1. 88kJ / (kgK)，水的比热容为41868 kJ / (kgK)。已知：G 混=200t/h=200000kg/h, T 出=

16、70+273=343K，B=30%，T 进=40+273=313K,C 水=4. 1868kJ/(kgK), C 油=1. 88 kJ/(kgK)求：Q脱=?解：Q水=6混C水(T出一 T进)B=200000X 4.1868X (343-313) X 30%=754X106(kJ/h)Q油=。油G混(1 一 B)( T出一 T进)=200000X188X(130%)X(343313) =7 9X106(kJ/h)Q脱=Q*+Q油= 754X 10679X 106= 1544X 107(kJ/ h)答：所需的热量为1. 544X107kJ/ho6确定加热炉台数以原油外输加热炉热负荷计算为例，现备

17、有规格为418X104kJ/h的加热炉，问需几台？n=Q/Q1=1.29X 107/4.18X 106=3084 （台） 即需要 4 台。确定加热炉台数时，从经济合理的角度来考虑，应使所选用的台数既保证在加热炉热负荷能够满足生产需求 的条件下，能有一台停炉检修，又能做到在热负荷增大的情况下满足供热的要求。7.热效率计算正平衡法正平衡法测定加热炉热效率的计算公式：GC（T - T）耳 二21 X 100%BQ式中n加热炉热效率，；LG质流量，kg / h；C介质比热容，kJ/（kgK）；T2质出炉温度，K；T1介质入炉温度，K；B燃料耗量，kg/h或m3/h；QL燃料低发热值，kJ/kg或kJ/

18、m3。反平衡法反平衡法测定加热炉热效率的计算公式：“鼻-乞+ q? + q5）X 1%式中q2烟气热损失，；q3一学不完全燃烧损失，；q5炉体散热损失，。练习1 .某加热炉的热负荷为1746260 kJ/h，如燃料耗量为64 m3/h，燃料的燃烧值为38979 kJ/m3,问该 加热炉的热效率为多少？练习2 . 一台加热炉的热负荷为1.755X 107 kJ/h，燃料油耗为566吨/h,燃油含水0.35%，发热值为43153 kJ/庞,，问该加热炉的热效率为多少？8.油流温降表达式这是以两热泵站间的油流在稳定温度场（K为常数）中沿管道温降为例的情况。总传热系数K为常数，油流流经长为L的管段后温

19、度降为TL （即油的终点温度）则在丕考 虑油流摩擦热时，管路沿线的温降关系n T T心 DLln h =T T GC考虑油流摩擦热时，管路沿线的温降关系为:,T - T - b K兀DLTIn h o = aLT - T - bGCK 0KkD 7 AGia =, b =式中GCK兀D则：考虑摩擦热对温降的影响时，沿管路温降速度将减小。（提供热量多了，散失的热量不 变则温降速度减小）温降关系式中各参数分析温降计算时， D 的选取。原油在管道中流动时，其温降与管道直径有关。温降计算时，若油流至管内壁的传热系数a 1远小于管外壁至周围介质的传热系数，那么管径 取内径。如果a 1 a 2，D取外径，

20、如果a 1a 2, D取平均值。管路周围介质温度T0土壤温度随土壤深度，大气温度等而变化，如何正确地确定T0，就决定于合理选择埋深，管 路的最小埋深为0608米（从管顶至地面）。管路埋得深，T0高，热负荷和热损失都将减少，但土方量，投资 增加，而且施工麻烦，维修也困难；如果埋得浅，基建投资少，施工容易，维修方便，但T0受大气温度的影响 大，特别是冬天，气温低，地温也低，因此，热负荷和热损失都将增加，所以应通过技术分析和经济比较，确定 合理深埋，从而确定 T0 。根据经验，埋深超过115米，地温受大气的影响就比较小。目前，国内的热油管埋 深大约在1215米左右，对于热油管T0可取深埋处的最低月平

21、均地温。在同样距离内，土壤温度越低，油流温降就越快。加热站出站温度（加热温度）TH 加热温度越高，油的粘度下降越多，油流在管路中的摩阻损失也就越小，因此动能费用减少，但热能费用却 增加；反之，加热温度低，油的粘度下降少，油流在管路中的摩阻损失大，动能费用增加，热能费用减少，因此， 必定存在一个最优的加热温度，即在此温度下，动能费用和热能费用之和为最小。即：原油最优启输温度是指热能费用和动能费用之和最小时的启输温度。油的终点温度TK或进站温度。 同一条管道，在同一出站温度下，流量越大，则油流所携带的热量越多，尽管油流向外散失的热量增多，但 由于流量加大后得到的热量远大于散失热量，所以油流到终点的

22、温度也就越高，故输油量越大，所耗用燃料相对 越少。9确定加热炉运行参数把长时间连续运行的输油管线周围的土壤温度场看作是稳定的温度场，此种情况下管壁向周围土 壤中的传热看作是稳定的热传导过程，可以利用稳定工况下进行热力计算的基本公式确定出：加热站的出站温度即起点温度tH。如已知tK，则：加D =to + （： - t0）exp（ L）日式中八-加热站出站温度，C；Ht -平均地温，C；0t -进站温度，C；Kk -总传热系数,kJ/（m2 - h - C）；D -输油管线内径，m；L -加热站间距或输油管线长度，m；G -管线输量，kg /h；C-所输油品比热容，kJ（kg -C）。加热站的进站

23、温度tK,即终点温度tK。如已知tH,贝y：=t + (t0H-t )exp(-0k兀DGCL)(3)最小输量 G。如已知加热站的最高出站油温tH,和最低进站油温tK,贝y：C ln-H-t0t - tK0(4)根据运行参数反算传热系数K,即:GC t - tln 0兀 DL t tK0加热站间距L和加热站数量n。则:1 l t tL = In oKnD t tGCK 0已知热油管线全长为L总，则加热站数n：在进行加热站数n的具体计算时，需要进行化整，必要时可适当调整温度。例：某输油管线直径为0. 426m，输油量为600t/h,油的比热容为2. 1kJ/(kgK)，首站到中间站距离为 36.

24、 5km,中间站到末站距离为35. 36km,首站加热出口温度为64C，中间站加热炉入口温度为59C,平均地 温为24C,求首站到中间站的总传热系数K?(2)当首站至末站的总传热系数为K1时,试算当中间站不加热时, 是否能将油输到末站?(到末站油温不低于40C)10.理论空气量 11.空气过剩系数12. q213. q314. q415. q516. q6五、储油罐参数计算1.储油罐容量的确定储油罐的容量应按站内液量的平均日处理量和本企业的一些特殊的规定,并考虑到进站来液量的含水 率,含水上升速度,以及由于生产需要或季节变化增加掺水量等因素的影响,确定储罐容量要留有余地,以适应 油气生产的需要

25、,计算站内储罐总的容量用下式：式中V油站所需的油罐总容量，m3；v_ KGTV 1G油站每天的进液量，kg/d；peT1油品的储备天数(大型站T1=2d,中小型T1=0. 5d)；tP油品的密度，kg / m3；et油罐利用系数（金属罐et =0. 85,K油罐的综合系数。2.储油罐数量的确定非金属罐 et =0. 75）；求： （1）V=? 解：(2)n=?KGTiP et1 x 3500000 x 3365 x 0.87 x 0.85=38900.8(m 3)Vn = 一V罐38900.8100004（座）储油罐数量的确定是根据所在站生产规模、处理量变化的影响，按照实际工作中，一般中小型以

26、上的站不应少于 2座，小型可选1座，依此来确定罐的公称容量。并按油罐规格系列选取。储油罐的数量可按下式计算：Vn 式中n储油罐的数量，座；V 所需储油罐总的容量，m3；V 罐储油罐的公称容量, m3。V严罐例：某油库来油量为350X104t/年，罐的利用系数0. 85,油品密度0. 87t / m3，该站最多储存为3d, 求该站的储存能力是多少?（2）如建10000m3罐需几座?（该油库为净化油K=1）已知：G=350X104t/ 年，et =0. 85,P =0. 87t/m。，T1=3d, V 罐=10000m3, K=1即：（1）该站的储存能力是38900. 8m3；如建10000m3罐

27、需4座。六、脱水器参数计算确定电脱水器的台数脱水所需用电脱水器的台数可按下式计算： 式中 G脱水站每天需要进行脱水的液量, t/ d；P L含水原油液量的密度, t/ m3；Gn 24 p VLV每台电脱水器的处理能力，m3/ho例:某脱水站全天需处理液量8000t / d,含水原油的密度0. 95t/m。每台电脱水器的处理能力60 m3 /h,问需用运行几台电脱水器？已知：G=8000t/d,PL =0. 95t / m3, V =60m3 / h求： n=?解：答：七、沉降罐参数计算一一沉降罐容积的确定根据沉降时间来确定沉降罐的容积。如目前来液需要的沉降时间是2h,则沉降罐的有效容积（V有

28、）可按下式计算：式中pL含水原油液量的密度，t/ m3；G 站内1天需要进行沉降脱水的液量, t/d。V - G 有12 pL八、脱水加药量计算（1）加药量计算加药量=加药比X总液量（2）加药比计算加药比二实际加药量（k /d） 加药 _ 总液量（kg / d）九、分离器参数计算1油气分离器的选择及计算 选择油气分离器的要求： 原油在分离压力下达到稳定，分离程度越小，则分离效果越好；分离质量是指气中带液量的多少，要求分离 器出口气的带液量不大于 05gm3。分离程度(S)是原油所携带的游离气体与液体体积的比值，以百分数表示。式中s分离程度，；V-V气一一出口液携带的游离气体积，m3；s = x

29、 1%V液一一出口液的体积，m3。液处理量适应性强，操作弹性大。2. 立式分离计算(1)根据处理天然气量计算分离器直径：式中D所求立式分离器直径，m；Q1处理天然气量，m/d,为日产量的1. 21. 5倍；p分离器操作压力，MPa；P0标准压力，MPa；D = .7(Q1 P T，P G )1/2T分离器工作温度，K；p - TpT0标准绝对温度，K；P0液体在操作条件下的密度，kg/m3；P G天然气在操作条件下的密度，kg / m3。例：某集输站，日产天然气量为8000m3,分离器操作压力为0. 5MPa,分离器工作温度15C，液体在已知：Q 总=80000m3/d，T0=273K, P

30、0=890kg/ m3求： D=?解： po=p 0. 1=0. 4(MPa) Q=80000X1. 2=96000(m3 / d) 根据公式：即：分离器直径为 0. 9m。操作条件下的密度为890kg / m3，在操作条件下天然气密度1. 293kg / m3，求分离器直径。T=15+273=288K， p =0. 5MPa， PG=1.293kg/ m3，Q p T pD = 0.07(%G )1/2P -Tp0 096000 x 0.5 x 273 x 1.293“=0.07 x ()120.4 x 288 x 890=0.9(m)(2)根据分离器尺寸和液体处理量，求得液体停留时间：式中

31、t所求液体停留时间；P0液体在操作条件下的密度，kg/m3；D分离器直径，m；H分离器储液段高度，m；G处理液量为日产量的1. 21. 5 倍, t/d。例：某集输站有一台直径为1. 2m,储液高度在1. 2m的分离器，该站日产液量为3000t,液体的密度为870kg / mm3，求液体在分离器内的停留时间(处理液量为日产液量的12倍)。已知：H=1. 2m, G 总=3000t / d, 求： t=?解： G=3000X 1. 2=3600(t/ d) 根据公式：P 0=870kg/ m3， D=1. 2mt = 837837 x 870x 2)2 x】.2答：液体在分离器内的停留时间为34

32、9. 5s。3600= 349.5(s)G -1D = 0.144()1/3P - K0比分离器的操作压力为0. 5MPa,工作温度为求： Q=?解： T=15+273=288(K) p0= p0.1=0.4(MPa)答：分离器处理量为4. 815X106m3；pT PQ = 1398K D2 p(A 比 p Tp 0G=1398 x 3 x (1.2)2 x0.5 x 273 x 8700.4 x 288 x 1.293(3) 根据液体处理量计算分离器直径：式中t分离器内液体停留时间(一般原油t=13min，起泡原油t=810min)；G处理液量，t/d；P0液体在操作条件下的密度，kg/m

33、。；K比卧式分离器长度与直径的比值；(K bb=L/D, 一般 K比=35)。(4) 根据分离器尺寸，校核处理量：式中p天然气处理量，m3 / d；K比一一卧式分离器长度与直径的比值；D分离器直径，m；p分离器操作压力，MPa；T0标准绝对温度，K；P 0液体在操作条件下的密度，kg / m3。；p0标准压力，MPa；T分离器工作温度，kg/m3；PG天然气在操作条件下的密度，kg/m3。 例：某油气分离器直径D为1. 2m, K比为3,15C，液体密度为870kg / m3，天然气密度为1. 293kg / m3，求分离器处理量。已知： D=1. 2m， K 比=3， p=0. 5MPa， T=15， To=273K， P G =1. 293kg/ m3， P o=870kg/ m3=4.815 x 106(m 3)