一次除油罐计算及设计

2015年4月胜利油田森诺胜利工程有限公司一次除油罐标准化设计计算及设计目录一、一次除油罐的简介二、基础资料三、一次除油罐设计步骤及计算四、一次除油罐案例一、一次除油罐简介1、遵循的标准规范《油田采出水处理设计规范》GB50284-2007《除油罐设计规范》SY/T0083-2008《油田采出水处理设计手册》一次除油罐的作用2、一次除油罐介绍一次除油罐材质的确定一次除油罐容积的确定一次除油罐的配管和附件1、一次除油罐的的作用一次除油罐是指采出水在竖流状态下使水中油、水、悬浮固体靠密度不同而自然分离的立式沉降罐。1)除油、除悬浮物作用：主要去除采出水中原油含量，同时也起到一定去除悬浮物作用。2)缓冲作用：接收油站来水，保证污水处理系统平稳运行。一、一次除油罐简介2、一次除油罐材质的确定一次除油罐一般选用钢罐，近年来随着新材质发展，针对腐蚀性较强采出水，一次除油罐采用玻璃钢，材质可与甲方结合确定。3、一次除油罐容积的确定根据《油田采出水处理设计规范》GB50428-2007第5.1.2条规定，调储罐不宜少于2座。表5.2.1要求，水驱采出水一次除油罐有效停留时间为3～4h。一、一次除油罐简介一、一次除油罐简介一次除油罐内部配管包括：进、配水系统，集、出水系统，集油系统、排泥系统、溢流放空系统。附件包括：呼吸阀、阻火器、液压安全阀、梯子、平台、栏杆、人孔、清扫孔与透光孔。4、一次除油罐的配管和附件进、配水系统集、出水系统排泥系统一、一次除油罐简介进、配水系统集、出水系统排泥系统集油系统溢流放空系统一、一次除油罐简介一、一次除油罐简介人孔清扫孔呼吸阀安全阀透光孔盘梯平台热水口回水口收油口进水口出水口排泥口溢流口放空口罐开口方位及附件图目录一、一次除油罐的简介二、基础资料三、一次除油罐设计步骤及计算四、一次除油罐案例二、基础资料1、采出水处理站设计规模根据《油田采出水处理设计规范》GB50284-2007第4.1.1条，采出水处理站设计规模如下：Q=Q1+Q2Q——采出水处理站的设计规模，m3/d；Q1——原油脱水系统排出的水量，假设Q1＝2000m3/d；Q2——送往采出水处理站的洗井废水；假设Q2＝0m3/d；则设计规模为2000m3/d。2、确定除油罐设计计算水量QS=kQ1+Q2+Q3+Q4K——时变化系数,1.0～1.15，本次取1.1。Q1——原油脱水系统排出的水量，Q1＝2000m3/d/24=83.33m3/hQ2——送往采出水处理站的洗井废水；Q2＝0m3/h；Q3——滤罐反洗排水，经计算，污水回收泵的排量为20m3/h；Q4——其它排水,可取Q1的2％~5％,本次取Q1的3％，则Q4＝83.33m3/h×3％＝2.5m3/h；QS＝1.1×83.33+20+2.5＝115m3/h二、基础资料3、确定除油罐设计计算水量污水处理规模为2000m3/d，按设计计算水量115m3/h计，按设置两级过滤：一级核桃壳过滤器，二级金刚砂过滤器。过滤器计算见表1。名称数量（台）直径(m)正常滤速(m/h)校核滤速(m/h)反冲洗强度（L/m2·s）反冲洗时间(min)单台反冲洗水量(m3)核桃壳过滤器2Φ3.07.7815.5761025.4金刚砂过滤器3Φ2.85.968.94121044.3考虑核桃壳过滤器一组2台连续反冲洗，每组过滤器反冲洗间隔4h。则核桃壳过滤器一次反冲洗水量为25.4×2＝50.8m3，4h的排水强度为50.8/4＝12.7m3/h。考虑金刚砂过滤器单台反冲洗，每台过滤器反冲洗间隔2h。则金刚砂过滤器一次反冲洗水量为44.3m3，2h的排水强度为44.3/2＝22.15m3/h。取污水回收泵排量为20m3/h。表1过滤器反冲洗水量计算二、基础资料4、确定一次除油罐容积(1)有效容积根据《油田采出水处理设计规范》GB50428-2007第5.2.1条中，表5.2.1～3中要求，水驱采出水一次除油罐有效停留时间为3～4h，经计算，一次除油罐的有效容积：W1=QS×T1=115×(3～4)=(330～440)m32)罐体高度(H)H=H1+H2+H3+H4=0.5＋0.8＋5.2＋1.5＝8.0m式中H1——保护高度，取H1=0.5m（见设计手册P74设计要点）H2——集油厚度，取H2=0.8m（石油天然气防火规范第6.4.5条，“采用收油槽自动回收污油，顶部积油厚度不超过0.8m的沉降罐可不设防火堤。”）H3——有效分离高度，取H3=5.2m（可试算，选用500m3罐体，直径为8.92m,H=W1/(0.785φ2)=5.2m）H4——集泥厚度，取H4=1.5m(3)根据有效容积、罐体高度，选用500m3钢制拱顶标准罐，其直径为8.92m，罐壁高度为8.938m。校核：单罐有效容积W1=0.785φ2H3=0.785×8.922×6.13＝382m3单罐有效停留时间T=W1/Q=382/115=3.32h双罐有效停留时间T=6.64h,能够满足要求。二、基础资料4、设计条件500m3一次除油罐的来水为3000m3原油沉降罐，原油沉降罐的来水液位为9.5m，假设油水液位差为2m。污水通过重力流入2座500m3一次除油罐，本次设计正常情况2座500m3一次除油罐并联运行，检修其中1座罐时，单罐运行。流程：3000m3原油沉降罐→2×500m3一次除油罐5、设计参数原油密度（20℃）0.87g/cm3采出水密度：1000kg/m3进水水质：含油量≤500mg/L，悬浮物≤200mg/L出水水质：含油量≤100mg/L，悬浮物≤160mg/L二、基础资料目录一、一次除油罐的简介二、基础资料三、一次除油罐设计步骤及计算四、一次除油罐案例三、一次除油罐设计步骤及计算1、进水、配水管系的计算1、一次除油罐设计步骤及计算2、集水、出水管系的计算3、溢流管管径的计算4、集油管管径的计算5、排泥管管径的计算6、高程设计三、一次除油罐设计步骤及计算1、进水、配水管系的计算QQQ/6Q/12Q进水、配水管计算简图三、一次除油罐设计步骤及计算序号名称设计水量(m3/h)公称直径流速(m/s)水力坡降1进口管线（一次除油罐来水）115DN2500.6410.00291）进水管的选择一次除油罐进水管线水力计算表如表2所示。表2一次除油罐进水管线水力计算表1、进水、配水管系的计算三、一次除油罐设计步骤及计算1）配水管系的计算采用喇叭口配水管系，罐配水表面积F=0.785(φ2-φ12)=0.785×(8.922-0.82)=61.96m2取每个配水喇叭口控制面积f=7.5m2,需设配水喇叭口n=F/f=61.96/7.5=8.26个根据实际，配水喇叭口沿罐表面圆圈应均匀布置，设6根配水支管，1圈共12个喇叭口。实际每个配水喇叭口控制面积f=61.96/12=5.16m2。1、进水、配水管系的计算QQ/6Q/12三、一次除油罐设计步骤及计算1）配水管系的计算采用喇叭口配水管系，罐配水表面积F=0.785(φ2-φ12)=0.785×(8.922-0.82)=61.96m2取每个配水喇叭口控制面积f=7.5m2,需设配水喇叭口n=F/f=61.96/7.5=8.26个根据实际，配水喇叭口沿罐表面圆圈应均匀布置，设6根配水支管，1圈共12个喇叭口。实际每个配水喇叭口控制面积f=61.96/12=5.16m2。1、进水、配水管系的计算三、一次除油罐设计步骤及计算1、进水、配水管系的计算QQ/6Q/12QQ/12Q/6Q/12三、一次除油罐设计步骤及计算1、进水、配水管系的计算见《油田采出水处理设计手册》P77。三、一次除油罐设计步骤及计算1、进水、配水管系的计算三、一次除油罐设计步骤及计算1、进水、配水管系的计算QQQ/6Q/12Q三、一次除油罐设计步骤及计算2、集水、出水管系的计算QQ/6Q/6Q三、一次除油罐设计步骤及计算2、集水、出水管系的计算序号名称设计水量(m3/h)公称直径流速(m/s)水力坡降1进口管线（一次除油罐来水）115DN2500.6410.0029一次除油罐出水管线水力计算表三、一次除油罐设计步骤及计算2、集水、出水管系的计算集水喇叭口沿罐表面圆圈应均匀布置，设6根配水支管，1圈共6个喇叭口。每个喇叭口配水量为：q=115/6=19.17m3/h集水支干管流量为：q=19.17m3/h，DN100，u=0.615m/sQQ/6QQ/62、集水、出水管系的计算三、一次除油罐设计步骤及计算QQ/6Q/6Q3、溢流管管径的计算三、一次除油罐设计步骤及计算参照除油罐设计规范及油田采出水处理设计手册要求，罐的溢流管管径一般应于进（出）水管管径相等或大一号。1）溢流管的选择本次一次罐的溢流管线与出水管线的管径相同，为DN250。2)溢流管的高度要求一次罐溢流管线高度选择高出单罐运行时最高液位100mm。4、集油管的计算三、一次除油罐设计步骤及计算1)每天收集含水原油量为：(计算公式参照给排水设计手册P84页)W油=Q(C1-C2)×10-6/(1-η)ρoW油：收集含水原油量，m3；Q：设计流量，m3/d；本次按2000m3/d计算；C1：处理前采出水含油量，mg/L；本次按500mg/L计算；C1：处理后采出水含油量，mg/L；本次按100mg/L计算；η：原油含水率按40%-70%计；本次按60%计算；ρo：原油密度，t/m3；0.87t/m3；经计算，每天收集含水原油量为W油=1.15m34、集油管的计算三、一次除油罐设计步骤及计算2)收油管计算考虑每7d收集一次，收集含水原油量为1.15×7=8m3，按每次收油0.2小时计，输油强度40.23m3/h。选取收油管管径dn=100mm，u=1.29m/s，i=0.0334。3)收油槽做法设固定式集油槽，集油槽固定在罐内壁，取槽宽为b=0.3m，收油槽高为h=0.3m。5、排泥管的计算三、一次除油罐设计步骤及计算5、排泥管的计算三、一次除油罐设计步骤及计算②排泥管的布置参照配水管系的计算，为增加排泥效果，排泥喇叭口在罐内沿周圈布置，每根枝干管接2个喇叭口，共设12个喇叭口。每个喇叭口排泥量为q=302.35/12=25.20m3/h喇叭口支管流量：q=302.35/6=50.39m3/h，dn=80mm，u=1.25m/sQQ/6Q/126、高程设计三、一次除油罐设计步骤及计算一次除油罐的液位溢流管的高度配水管标高出水管标高集油槽标高推荐顺序：6、高程设计三、一次除油罐设计步骤及计算1）一次除油罐的液位3000m3油罐来水的标高为9.5m，假设油罐与一次除油罐的液位差为2m，则一次除油罐的液位为9.5-2＝7.5m（具体项目时可根据管网及单体进行详细计算，计算结果加0.8m的富余量）。2)溢流管的高度本次一次罐溢流管线高度为单罐运行时（全流量）液位＋最出液位100mm，并且满足管中心低于罐壁高度500mm。因此溢流管的高度=除油罐液位标高(半流量)＋（h4＇-h4）＋0.1＋1/2溢流管径＝7.5＋（0.56-0.41）＋0.1＋0.125=7.875m。因此，一次除油罐的溢流管标高确定为：7.875m。3）配水支管的标高计算根据油田采出水处理设计手册要求，“支管中心标高以控制喇叭口口面在集油层下不超过最大集油厚度为宜”，“沉降罐最大集油厚度不宜大于1m”，本次集油厚度取800mm。因此，配水喇叭口口面标高为7.5m-0.8m=6.7m。因此，该罐的配水横管实际高度为7.1m。6、高程设计三、一次除油罐设计步骤及计算4）出水管的标高计算6、高程设计三、一次除油罐设计步骤及计算4）出水管的标高计算6、高程设计三、一次除油罐设计步骤及计算4）出水管液位标高计算出水管管底距一次除油罐液位距离为h4。h4=h2+h3,h2=∑h+kh1h4:出水管管底距液面的高度,m；h3：管式出水时，水平管内水面水深，查P80图6.3-5可知，Q=57.5m3/h，管径为DN250时，水深h3为115mm；h2：管式出水时水平管内水面至液面的距离，m；h1：油层厚度