油气集输工艺技术现状与展望-第六章容器.doc
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1、个人收集整理 勿做商业用途第六章 容器 在油气集输生产过程中,原油、天然气、轻烃等需要暂时停留、存放、缓冲或处理,故拥有大量的各种类型的容器,以立式油罐最多,另外,还有卧式油罐、球罐、分离器等,容积从几立方米到5万立方米,有常压和压力容器。这里主要介绍油罐及其维护技术,另外,还将介绍目前应用较为迫切的压力容器液位监测技术。 1 油罐 油罐是油库及联合站最重要的设备,在油田数量众多,油罐的作用是沉降脱水、缓冲、存放或备用,对原油平稳运销、管道安全运行有着极其重要的作用。油罐是用钢板组装焊接而成,容积一般有1000、5000、乃至5万、10万立方米.按建造类型来分,有固定拱顶罐和浮顶罐等。1。1
2、储罐的发展趋势 储罐的发展趋势是容积愈来愈大,钢材性能要求愈来愈高。国外大型原油储罐发展历程从1955年建造50000m3金属油罐到现在已有40多年的时间。1962年美国首先建成100000m3浮顶油罐,直径87m,高21m。日本1965年建成100000m3浮顶油罐,1971年建成160000m3浮顶油罐,直径109m,高17.8m,1992年10月建成305000m3半地下式浮顶油罐,直径97m,高51.5m。油罐发展的总趋势是向大型化发展. 我国油罐建设在60年代末限于当时油罐技术水平和钢铁工业实际,金属油罐的单体容积不大于20000m3,到了70年代中后期,石油管道工业的需要加上钢铁工
3、业的技术进步,在大连鲇鱼弯码头油库,建成我国第一批50000m3浮顶油罐。80年代初,为了适应我国石油工业的发展,迎头赶上世界先进水平,石油天然气总公司决定从国外引进先进技术,建造大型原油储罐。管道局引进了大型原油储罐的设计、建造、管理等一系列先进技术,先后在秦皇岛、大庆、仪征、黄岛等地建造了一批50000m3和100000m3的大型浮顶油罐。 油罐大型化主要有节省钢材、节省投资、占地面积少、操作管理简单等优点,几座大罐比一群小罐在生产运行、维护维修方面要简单,既可以降低运行成本,又易实现自动化管理。 1。2罐用钢材 油罐用钢材主要是碳钢,钢材选择一要遵循安全可靠、经济合理的原则,二要考虑油罐
4、设计温度、压力、材料机械性能、焊接性能、产生裂纹的倾向性等因素。由于油罐的大型化,导致罐壁越来越厚,对脆性破坏十分敏感,其原因是:罐壁板焊后不能进行整体消除焊接残余应力热处理;若油罐发生不均匀沉降,油罐所受的应力和力矩远远超过水压试验时的应力;若油罐使用温度低于钢板的脆性使用温度,材料的韧性急剧下降,引起油罐的脆性破坏。所以油罐罐壁厚度受多因素制约是有限制的。美国石油协会规范API650规定,罐壁最大厚度约38mm,英国油罐规范BS2654规定为40mm,日本油罐规范JIS8501规定低碳钢最大厚度38mm,高强钢为45mm。我国石油化工标准也有要求. 油罐大型化,钢材强度要求高,用于大罐的钢
5、材主要有两种高强钢,一种是细晶粒正火钢,另一种是调质钢。两种钢材的碳当量的含量均不超过0。2(正火刚的碳当量含量一般较调质钢的高一些).目前西欧一些国家建造大型油罐多采用正火钢,如ST52Nb,日本建造大型油罐多采用调质钢,如SPV390Q和SPV490Q,这两种钢材的焊接性能与缺口韧性指标都比较好。 我国高强度钢的生产也有突破,武汉钢铁公司等单位共同研制出了07MnCrMoVR高强钢,整体性能优于SPV490Q,只是产量较低,11年来累计产量约为3000吨。07MnCrMoVR高强钢完全可以用于建造100000m3大型油罐要求,2000年燕山石化公司就用此钢材建造了2座100000m3大型油
6、罐.以前的100000m3大型油罐用钢基本上引进日本SPV490Q调质钢。 1.3 储罐结构形式 按照储罐建设的地点分,可以分为地面储罐、低下储罐、海上储罐。地面储罐又可以分为地上和半低下两种,按照储罐建造材料分,又可以分为金属储罐和非金属储罐两大类。地下储罐可以分为地下岩洞储罐、地下钢储罐、地下混凝土储罐。地下岩洞一般利用地下天然岩洞或废弃的矿井,采用地下水封闭岩洞裂缝。岩洞储罐在日本和前苏联有所发展.海上储罐是在海岸附近固定大型油轮作为储存石油的大型油罐,此类油罐在日本和东南亚国家都有过采用。 我国原油储罐基本上属于地面储罐,主要有金属和非金属储罐,在我国石油工业的各个时期起到了重要作用。
7、60年代末,为了适应输油管道建设工期短、速度快的要求,限于当时的设计水平和国产钢材的实际情况,借助自己掌握的经验,建设了一批20000m3以下的小型金属储罐,满足了当时的输油管道需要。70年代,随着我国石油工业的迅速发展,管道输量不断增加,小型金属储罐已经不能满足需要,限于当时钢材缺乏,原油储罐向非金属储罐方向发展,建造了大批容量10000 m340000 m3不等规格的非金属储罐,有矩形砖罐、钢筋混凝土圆拱顶罐、方形砖罐、圆柱形砖罐形式。但是其严密性差,油气损耗大,存在安全隐患,此类储罐使用一段时期后,保护层脱落,钢筋外露,在感应雷电作用下容易产生火花,当火花周围油气浓度达到爆炸极限时,就会
8、引起爆炸。非金属油罐着火爆炸事故教训惨重。70年代中期以后,特别是80年代,20000m3以上金属储罐得到了长足发展,浮顶油罐占据了主导地位。而且大型油罐群的自动化管理、消防正积极推广,浮顶油罐复合密封、罐壁除蜡、罐体防腐等技术日益成熟并被采用。 胜利油田的大型储罐在规模、自动化管理水平上与管道局的水平有较大差距,与自己的产能也不配套.石化公司上市后,原油价格市场化,原油储备能力显得日益重要,发生在98年中期和2000年年底原油库存危机就说明了油田储罐总容量不足。建议油田扩大原油储备能力,提高防范市场风险的能力. 1.4 泄漏预防措施 对于金属油罐,最有效的防止泄漏办法就是改革油罐结构,特别是
9、罐底结构,即使用夹层结构。为了防腐,首选的方法是在罐内进行玻璃钢衬里,另一种就是采用阴极保护技术进行防腐,即在油罐表面安装锌阳极.(1)改进罐体结构 美国Marmac公司研制出一种对新建及原有油罐进行“二次封闭及渗漏检测的技术,它集密闭、检漏、回收于一体,能够方便地进行检漏和回收泄漏油品。这种油罐就是在现有油罐钢底板下面铺设高密度聚乙烯衬垫层,中间填充混凝土或沥青砂层。还设有导管用来监测油罐底板,若已监测到渗漏时,还可以用来冲洗二次封闭面。 高密度聚乙烯垫层22。5mm厚,有一定的坡度,倾向油罐中间的钢制集油槽,槽通过管道与油罐外侧的立管连通,操作人员从立管里就能发现泄漏.混凝土层厚10030
10、0mm,起支撑作用.在混凝土表面开一些细沟,能使罐底板上任意一点渗出的油品迅速地排入集油槽中。 在油罐基础的圈梁上还安装有6mm的聚乙烯导管,直通上层罐底下面,在新罐底板安装之前预先插到罐壁中。该导管与混凝土表面上的集油细沟处于同一水平面上,其用途有三个:一是在试水前检验油罐底板的完整性或确定油罐底板渗漏点。当油罐一开始进水时,从导管处注入空气,然后监视罐底板上有无气泡就可知道有无渗漏.二是油罐使用中发现底板渗漏时也可使用这个导管。油罐放空后取下导管盖,排出残余油品,在清洗混凝土层表面时,该导管可作为水观测点.清洗水可通过渗漏监测系统进入,从导管处可观测到注入的水。三是可用来安装石油检测传感器
11、(如导电性粉体元件等),便于更换。 这种油罐形式也存在一些缺点,比如混凝土方式安装容易,但不能设阴极保护,且易出现裂纹;油砂一旦出现泄漏,沥青即被溶解,使得罐底处于无保护状态。 对此,美国俄克拉何马州Conoco公司所属的Ponca城炼油厂建造了10座双层钢底板的新型油罐,采用真空检漏技术,能测出微小渗漏。 (2)玻璃钢双层罐 玻璃钢双层罐的出现,是基于人们对于泄漏引起的环保问题的高度重视。欧美及日本等国已广泛将这种GRP罐,用作地下油罐、加油站、敏感区域的储槽等。 双层结构之间的间隙,有利于监测泄漏,它借助于外层结构的液位计设置,保障了内层罐泄漏的及时发现与报警,避免了单层罐因泄漏造成的污染
12、事故。当然,强度也明显高于单层结构。油罐夹层中可充入乙二醇,一旦发生泄漏,乙二醇液位会发生变化,监测系统会自动报警。 1.5 油罐维修 在油罐内外腐蚀的共同作用下,碳钢储罐底板的年平均腐蚀速度为1mm/a左右,一般一座油罐在5年以后就会发生漏油。我国目前基本上都采用局部贴补和整体更换底板的方法,局部贴补就是在局部腐蚀的钢板切除,然后焊接补上一块钢板。整体更换罐底则是将油罐整体吊起后将罐底板更换。这种方法都需要动火焊接,在易燃易爆的油库内施工是危险和相当繁琐的。 美国从90年代开始,采用玻璃钢复合材料整修油罐.这种复合材料衬层具有很高的强度,能遮盖住腐蚀所造成的穿孔部位,还具有很好的防腐蚀性能,
13、可延长油罐使用寿命1020年.施工步骤是:清罐、表面除绣清洗、贴补玻璃钢衬层、试验验收4个环节。与更换罐底相比,施工简捷,费用低. 2 液位及油水界面检测技术 油罐等容器的液位和油水界面的测量是一项非常重要的工作。通过检测油罐液位,可以掌握生产动态,调控指挥生产,避免出现冒顶、抽空等事故,知道了油罐水位高低,可以指导放水操作,准确计算库存。总的来说,容器液位的测量就是两个目的,一是用于生产动态监控,避免发生事故;二是用于计量,及时准确地掌握原油产量.生产过程监控要求的精度较低,厘米级即可;而盘库要求的精度较高,除了要求液位精度在毫米级以外,由于原油含水量随着容器高度的不同而变化,还应该测量全剖
14、面的原油含水量变化。2.1 油罐液位、油水界面的自动监测 胜利油田油罐液位、油水界面的检测方法,直到今天主要还是使用量油尺靠“人工上罐检尺”,误差较大,工人劳动强度大,工作效率低,而且因为工作疏忽、检测不及时而造成冒顶、抽空等事故时有发生。特别是油水界面人工难以确定,造成放水操作困难、沉降脱水效果不好,就必然增加加热炉的负荷,导致外输原油含水超标,给生产运行既带来大量工作量,又严重影响到安全、经济、平稳运行。实现油罐液位、油水界面的自动检测一直是各单位非常关心的内容。人们希望工人坐在值班室内,就可以准确地知道油罐液面和油水界面所处的位置,从而可以准确地进行排放底水的操作,对于降低原油含水、减少
15、燃料动力消耗,保证安全生产具有重要的意义。目前,国内油罐液位、油水界面自动检测技术五花八门。根据测量方式的不同,可分为接触式和非接触式两种类型。2。11 接触式仪表 接触式是指测量使用的传感器直接与油罐内介质接触。各种以浮子式和电容式为传感器的测量系统均属此类。浮子式 这是目前使用最多的一种仪表.它由浮筒、钢带、编码机构等组成,浮筒随着油罐液面上下浮动,编码机构把浮筒所处位置转换成电信号、或者光信号,传送到值班室.使用光编码方式的,就是“光导电子液位仪”。从60年代末到80年代,国外主要研制和使用的是各种钢带浮子液位计。这类仪表的主要缺点是机械摩擦影响计量精度,精度一般在3mm。后来研制出了伺
16、服式液位计,伺服马达的使用消除了机械摩擦引起的误差,提高了灵敏度和复现性,精度达到1mm.典型产品有美国VAREC公司生产的6500型伺服式液位计,荷兰ENRAF公司的811型伺服式液位计等.1989年,德国KROHNE公司推出储罐所参数测量系统,可测量出同一罐内四种不同介质的液位、密度、界面和质量,具有泄漏报警和液位极限报警功能.这几种产品代表了当今世界油罐液位测量的技术水平.在国内,近20年来,也一直是钢带浮子液位计占主要地位。80年代初,大连第五仪表厂研制成功钢带浮子液位计并在金山石化一厂应用,洛阳炼油厂经过调查对比,全厂80多座油罐全部使用了大连第五仪表厂的钢带表.80年代后期,北京自
17、动化仪表四厂又引进了美国VAREC公司制造技术生产钢带液位计.90年代初,又有几种钢带表的改进产品问世。首先是航天总公司三院智控公司研制了UBG1型光导电子液位计,它利用了力平衡和光导原理。当罐内液位处于某一位置时,浮标重量、重锤重量和液位浮力三力处于平衡状态.重锤与浮标间由钢带相连,连接钢带的中间一段为信息码带。当液位变化时,信息码带随连接钢带上下移动,取样器将信息码带上的光码读出,经光电变换后送至二次仪表处理和显示.该仪表减小了对机械工艺的要求,提高了精度,全量程的系统差为2mm。跟其它钢带表相比,由温度变化导致钢带长度和储罐高度的变化,仍然对液位测量带来一定的附加误差。可由电脑进行数据处
18、理和误差补偿.中科院声学所研制的CJY2型光导液位计1990年通过鉴定,在镇海炼化罐区等单位得到了应用。该表的特点是将钢带改为钢丝,力平衡仍用盘簧,计量通过绕钢丝的鼓轮转角计量高度.对鼓轮转角的测量是通过两组光导元件对与鼓轮相连的计数齿的计数得到的。其优点是现场没有电源接入,信号靠光导纤维送回值班室,不存在防爆问题。另一种新产品是大连第五仪表厂推出的高精度伺服马达式液位计,精度达到1mm。它的工作原理是:当浮子所在的液位发生变化时,浮子所受的浮力也发生变化,该变化被霍尔元件测出后,驱动可逆马达,放松或者收紧吊浮子的钢丝,使力重新达到平衡。该仪表可以用作计量。钢带液位计精度较高,可达到毫米级,现
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- 油气 工艺技术 现状 展望 第六 容器
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