容器选用与工艺计算

参考资料中国石油天然气华东勘察设计研究院容器选用与工艺计算编号:ck063-2004日期2004年12月6日共17页第1页目次1总则1.1适用范围1.2引用标准2容器分类2.1容器划分2.2容器选用3工艺设计3.1用于气液分离的容器3.2用于液液分离的容器3.3用于缓冲的容器4结构型式4.1接口嘴子4.2防涡流挡板4.3挡板4.4破沫网4.5人孔和手孔附录A编制说明1总则1.1适用范围本标准适用于炼油装置用容器的工艺计算与选用。1.2引用标准在使用本标准时，尚应符合下列标准的规定：a)《钢制压力容器》b)《钢制化工容器结构设计规定》参考资料中国石油天然气华东勘察设计研究院容器选用与工艺计算编号:ck063-2004日期2004年12月6日共17页第2页2容器分类与选用2.1容器划分按用途划分为三类：a)用于气液分离的容器这类容器是用来分离气体和液体的，同时使气体中夹带的雾滴在容器的气体空间自然沉降下来，以减少液沫夹带。属于这类容器的有油气分离器、压缩机入口分液罐、瓦斯罐（燃料气分液罐）、紧急放空罐等。油气分离器一般用来分离呈平衡状态的气体和液体；压缩机入口分液罐、瓦斯罐等用来分离气体中夹带的液体；紧急放空罐用于装置发生紧急事故时接受和分离从设备中放出的液体和气体。b)用于液液分离的容器这类容器用来分离互不相溶的液体，主要有油水分离罐、洗涤沉降罐等。油水分离罐用于分离油品和水，如原油脱水罐、塔顶回流罐等；洗涤沉降罐用于油品的酸洗、碱洗、水洗等过程。c)用于缓冲的容器这类容器用于上下工序之间的缓冲或储存装置所需的原料油、燃料油、化学药剂、溶剂等。紧急放空罐也是缓冲罐，分轻馏分放空罐和重馏分放空罐两类。2.2容器选用卧式容器中的液体运动方向与重力作用方向垂直，有利于沉降分离，液面稳定性好；但其气液分离空间小，占地面积大，高位架设不方便。塔顶回流罐、汽油煤油洗涤沉降罐、液体中间缓冲罐、油水分离罐推荐采用这类卧式容器。立式容器的气液分离空间大，有利于中间混合层的连续分离，占地小，高位架设方便；但其液面稳定性不如卧式容器。气体缓冲罐、气体洗涤罐、气体分液罐、柴油洗涤沉降罐推荐采用这类容器。3工艺设计3.1用于气液分离的容器3.1.1气体速度为使通过容器的气体中所夹带的液滴得以沉降，必须确定气体在容器的气体空间的临界速度。参考资料中国石油天然气华东勘察设计研究院容器选用与工艺计算编号:ck063-2004日期2004年12月6日共17页第3页vvlcuρρρ−=048.0（3.1.1）式中：cu——临界速度，m/s；lρ——操作条件下的液体密度，kg/m3；vρ——操作条件下的气体密度，kg/m3。对于允许有一定液沫夹带的容器（如油气分离器、燃料气分液罐、紧急放空罐等），容器中不装破沫网时，气体速度可取临界速度的170%。对液沫夹带限制严格的容器（压缩机入口分液罐等），不装破沫网时，气体速度可取80%临界速度；装破沫网时，可取100%~150%临界速度。3.1.2气体空间卧式容器的气体空间截面积是指高液面以上与液面垂直的弓形截面积，立式容器的气体空间截面积指水平截面积。计算方法按式（3.1.2-1）。ouaVs×=（3.1.2-1）sDi129.1=（3.1.2-2）式中：s——容器截面积，m2；uo——允许气速，uo=(80%~170%)uc，m/s；V——操作条件下气体流率，m3/s；iD——容器内径，m；a——结构系数。对于立式容器，此系数为1；对于卧式容器，则为高液面以上弓形面积与圆截面积之比，见图3.1.2。参考资料中国石油天然气华东勘察设计研究院容器选用与工艺计算编号:ck063-2004日期2004年12月6日共17页第4页拱高（占圆直径的%）拱高（占圆直径的%）图3.1.2圆的弓形面积与拱高的关系图参考资料中国石油天然气华东勘察设计研究院容器选用与工艺计算编号:ck063-2004日期2004年12月6日共17页第5页对于某些容器，当全部产品放入炼厂燃料气系统或其它系统时，若气体产品中带有液体会对系统造成潜在危险时，气体流率应按正常流率的二倍考虑，并且使气体空间的容积不小于相当于10min液体产品流量的容积。容器气体空间高度按式（3.1.2-3）计算：iDcH×≥（3.1.2-3）式中：c——系数；卧式容器为0.2~0.25，立式容器为1.5。对于卧式容器还必须保证气体空间高度不低于0.3m；立式容器无挡板时气体空间高度不低于1.2m~1.5m。3.1.3液体空间3.1.3.1塔顶馏出液回流罐液体空间包括油品所占空间和水所占空间。容器中油品最高液面与最低液面之间的容积由油品所需停留时间决定。a)卧罐油品空间容积可按式（3.1.3.1-1）计算，立罐油品空间容积可按式（3.1.3.1-2）计算。QtVLssasVw××=×−×−=60)(或（3.1.3.1-1）QtVHsVl××=×=60或（3.1.3.1-2）式中：Hl——液体空间高度，m；Q——操作条件下的液体流率（油品、液体产品或回流流率），m3/s；L——罐长（切线至切线距离），m；s——容器（罐）截面积，m2；sw——低液面以下空间截面积（弓形面积），m2。一般取低液面高出罐底150mm，如罐底装有分水斗，则可不考虑；wsa——结构系数。对于立式容器，此系数为1；对于卧式容器则为高液面以上弓形面积与圆截面积之比，见图3.1.2；t——停留时间，min。由工艺、操作和自动控制要求决定，下列是容器设计时的最少停留时间。1)当塔顶油品去下一工序时，停留时间按液体产品15min或回流5min考虑，取二者中较大值。当塔顶产品为汽油、煤油时，为保证分水，停留时间按油品（产品参考资料中国石油天然气华东勘察设计研究院容器选用与工艺计算编号:ck063-2004日期2004年12月6日共17页第6页量和回流量之和）5min流量考虑；当塔顶产品为柴油时，按沉降速度为0.15m/min考虑。2)当塔顶液体去储罐时，按液体产品3min或回流5min考虑，取二者中较大值。3)作为其它装置进料，按照20min~30min考虑。4)减压塔顶馏出油按馏出油量30min考虑。b)水空间容积是指产品低液面以下的容积。卧罐一般在罐底装分水斗，这样有利于油水分层和用仪表控制液面。分水斗的直径在不影响机械设计的要求下应取大一些。当罐直径不小于1.5m时，分水斗直径应不大于罐直径的1/3，罐直径小于1.5m时，分水斗直径不大于罐直径的1/2。分水斗的直径一般不小于300mm。采用液面控制仪表时，卧罐分水斗高度应不小于1m，分水斗中低水位至高水位的高度按水流率5min来考虑。立式容器一般取水层高度的0.7~0.8（包括垫水层高0.3m）。3.1.3.2压缩机入口分液罐压缩机入口分液罐按压缩机前的最大单个生产设备10min液体流量考虑。对于两级之间的缓冲罐，按两级之间10min之内最大冷凝液量考虑。合适的场合，可以利用其他用途的容器作压缩机入口分液罐，可以节省设备和投资。3.1.3.3燃料气分液罐燃料气分液罐必须能够分离气体中直径大于0.3mm的液滴，卧罐的存液量为容积的30%；立罐的存液量根据流量和液面仪表的控制要求确定，且液面高度不得小于500mm，立罐的气体线速度取液滴沉降速度的80%。燃料气分液罐通常不设波状金属筛网。卧罐气体出入口嘴子间的距离按罐直径的2.5~3倍计算，警报液面在入口嘴子底部之下300mm。为使液体气化，通常在储液容量内装有蒸汽加热管。3.2用于液液分离的容器在液液分离的容器中，一般情况下，油品等轻相为连续相，水或酸碱等重相为分散相。根据液体在罐内呈缓流状态或适宜的流速和自然沉降定律及沉降时间来计算罐的容积和结构尺寸。3.2.1分散相液滴沉降速度3.2.1.1最小液滴直径液滴直径随混合强度、沉降条件下液体的物理性质、化学组成或化学特性等因素而变化。对于经过孔板或喷射混合器混合后（混合能为0.035MPa~0.07MPa）的大多数常见沉降分离过程，可采用下列指导性数据（如有可能，设计时采用实验室或工厂的实际数据）：参考资料中国石油天然气华东勘察设计研究院容器选用与工艺计算编号:ck063-2004日期2004年12月6日共17页第7页轻相比重，6.156.15d重相最小液滴直径，m≤0.85水或碱0.0001270.85水或碱0.000893.2.1.2液滴沉降速度假设液滴雷诺数后，根据雷诺数范围分别计算沉降速度。当Re2时，适用于斯托克斯定律：cdduµγ∆×××=251043.5（3.2.1.2-1）当2≤Re500时，适用于中间定律：29.043.071.014.13.124ccdduγµγ×∆××=（3.2.1.2-2）当Re≥500时，适用于牛顿定律：cdduγγ∆××=45.5（3.2.1.2-3）对于较轻的碳氢化合物，计算的沉降速度可能会超过0.0042m/s，但设计时建议最大沉降速度不大于0.0042m/s。式中：d——液滴直径，m；du——液滴沉降速度，m/s。设计时建议最大取0.0042m/s，较轻的碳氢化合物，计算出来的沉降速度可能会超过此值，但仍以此值计算；cγ——操作温度下连续相相对密度；dγ——操作温度下分散相（液滴）相对密度；cµ——操作温度下连续相粘度，Cp；dµ——操作温度下分散相（液滴）粘度，Cp；γ∆——两相相对密度差。3.2.1.3确定液滴的雷诺数根据计算的液滴速度，按式（3.2.1.3）核算是否在假设范围内。610Re×××=cddudµγ（3.2.1.3）式中：Re——液滴雷诺数；无因次；d——液滴直径，m；参考资料中国石油天然气华东勘察设计研究院容器选用与工艺计算编号:ck063-2004日期2004年12月6日共17页第8页du——液滴沉降速度，m/s；cµ——操作温度下连续相粘度，Cp；dγ——操作温度下分散相（液滴）相对密度。3.2.2卧式沉降罐尺寸确定3.2.2.1沉降罐直径计算与液体性质有关。对于非粘性液体，取液体在罐内流速0.003m/s~0.005m/s，按式（3.2.2.1-1）计算罐的直径。lduQKD××=129.1（3.2.2.1-1）粘性液体（如原油等）按液体在罐内呈层流状态考虑，按式（3.2.2.1-2）计算罐直径。31082.1××××=lldQKDµγ（3.2.2.1-2）式中：Kd——安全系数，一般取1.2；Q——液体流率，m3/s；lγ——操作温度下液体相对密度；lµ——操作温度下液体粘度，Cp；D——容器直径，m；lu——液体在罐内流速，m/s。3.2.2.2对于非粘性液体，按液体在罐内的停留时间计算罐的长度，液体停留时间一般规定为：回流罐为5min~10min；汽油水洗、碱洗为25min~40min；轻柴油水洗、碱洗为30min~40min。按式（3.2.2.2-1）计算罐的长度。24.76DtQKLl×××=（3.2.2.2-1）对于粘性液体，按式（3.2.2.2-2）计算。DuQKLdl×××=785.0（3.2.2.2-2）式中：lK——安全系数，一般取1.25；Q——液体流率，m3/s；ud——液滴沉降速度，m/s；D——容器直径，m；t——停留时间，min。计算出直径和长度后，通常要满足长径比在3~４之间，否则应重新计算。参考资料中国石油天然气华东勘察设计研究院容器选用与工艺计算编号:ck063-2004日期2004年12月6日共17页第9页3.2.3立式沉降罐尺寸确定3.2.3.1立式沉降罐的直径按式（3.2.3.1）计算。luQD13.1=（3.2.3.1）式中：ul——液体在罐内的流速，取0.002m/s~0.005m/s（粘性液体取小值，非粘性液体取大值）。3.2.3.2立式沉降罐的高度示意图见3.2.3.2，总高度按式（3.2.3.2-1）和式（3.2.3.2-1）计算。3210HHHHH+++=（3.2.3.2-1）tuHl××=601（3.2.3.2-2）式中：H－－罐的总高度，m；H0－－罐顶空间高度，m。一般取0.8m；H1－－油层高度，m；H2－－液层（