储油大罐静力学分析及优化设计

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

doi：lO.3969/j.issn.1006-6896.2013.2.0181 储油大罐三维模型的建立某油库储油大罐 ，浮顶 由厚度为 40 mm的16MnCr5钢板卷制而成，储油大罐主体材料同样为16MnCr5，内直径为15 900 mm，名义厚度为52 mm，其 屈 服 极 限 o-s520 MPa， 常 温 下 许 用 应 力 350MPa。

根据储油大罐的实际尺寸在Solid Works软件中建立其三维模型，并设置相关参数。

2 储油大罐有限元分析Simulation是 Solid Works公司推出的-套有限元分析软件，它作为嵌人式分析软件与Solid Works软件无缝集成。运用Simulation，可以迅速得到分析结果，从而最大限度地缩短产品设计周期，降低测试成本，提高产品质量。

2.1 划分网格后的模型有限元分析是将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每-单元假定-个合适的近似解，然后由边界条件出发，从而得到问题的近似解。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状 ，因而成为行之有效的工程分析手段。运用Simulation进行有限元分析的-般步骤为：建立零件的三维模型；网格划分；施加约束和作用力；求解；结果分析等。对储油大罐进行网格划分，怪7 775个单元 ，15 526个节点。划分网格后的模型如图1所示。

2.2 载荷的作用由于储油大罐的承载特性，在考虑其载荷作用时，不仅要考虑内压等的面力作用而且应考虑重力等体力的影响。完整的储油大罐分析应考虑以下载荷：图 1 储油大罐 的网格划分(1)设计压力8.8 MPa，储油罐总重4.7×10 kg。

(2)风载荷。按照储罐所处位置，这里取平均风速为 70 m/s，根据风洞试验可以将风激励简化为加载函数， -250 MPa。

(3)雪载荷～雪载荷简化成-个基本雪压，作为-个静载加在储油罐的上部，雪压约为450 Pa。

2.3 约束条件在储油大罐中心平面上施加对称约束；在储油大罐底板上施加固定约束。

2.4 储油大罐材料属性储油大罐材料属性弹性模量为2.1×10 MPa，泊松比为0.28 NA，屈服强度为520 MPa。

2.5 储油大罐安全系数由储油大罐三维模型应力 、应变及位移分析结果图中可以很直观地看出应力、应变及位移的情况：储油大罐的最大应力为287.12 MPa，小于它的屈服强度520 MPa；最大应变值为9.16×10～；最大位移量为1.91 mm。计算结果表明，设计基本符合要求，安全系数较低。该储油大罐在考虑所有载荷情况下，出现最大应力287.12 MPa，储油大罐材料屈服强度 520 MPa，因此 ，该储油大罐安全系数timIZI (http：//、 r、 .、v.yqtdmgc.c。m) -33- 2巷 2 (2013.2)(规划设计哈拉哈塘油田原油脱水工艺优化设计宁长春 韩淑菊 吴廷友 王晓玲 许爱华 罗洋。

1塔里木油田分公司 2大庆油田设计院 3塔里木油田南疆天然气利民工程项 目经理部摘要：哈拉哈塘油田哈6区属典型碳酸盐岩油藏，是塔里木油田近几年重点产能建设区块之-， 原油生产能力1 O0×10 t/a，其中稀油80 X 1 0 t/a，稠油20 X 1 0 t/d。为了降低基建投资并节省运行费用，适应碳酸盐岩油藏开发需要，在地面Z-程设计阶段，开展 了原油脱水工艺试验优化设计。通过对哈拉哈塘油田哈6区原油脱水Z-艺优化，每年节约破乳剂约1 80 t，同时实现了原油脱水流程密闭，减少了由于H s挥发造成的安全隐患。

关键词：碳酸盐岩油藏；脱水试验；原油脱水；实施效果doi：10.3969/j.issn.1006-6896.2013.2.019哈拉哈塘油田哈6区属典型碳酸盐岩油藏，是塔里木油田近几年重点产能建设区块之-，原油生产能力 100×10 t/a，其中稀油80 X 10 t/a，稠油20×10 t/a。为了降低基建投资并节省运行费用，适应碳酸盐岩油藏开发需要，在地面工程设计阶段，开展了原油脱水工艺试验优化设计。

1 优化设计方案的确定1.1 可行性研究阶段在可行性研究阶段稠油采用大罐沉降流程，稀油采用热化学脱水器脱水工艺设计方案。

哈6区北部油井以稠油为主，南部以稀油为主，稠油井需要掺稀生产，客观上需要将稠油和稀油分开处理，为油田掺稀提供足够的稀油资源。

该方案将稠油和稀油完全分开处理，稀油采用二段热化学沉降脱水T艺，借鉴稠油油田处理T艺，稠油采用大罐沉降处理工艺。设计参数为可研阶段采用的设计参数，参考了轮古区块的试验结果 ：稀油脱水温度60。C，稠油脱水温度 80。C，净化油含水率≤l%，污水含油量≤1 000 mg/L。

该方案的优点是稠油采用大罐沉降工艺，有足够的时问保证稠油的处理效果，缺点是处理工艺采用非密闭工艺，而且原油中含有的硫化氢气体挥发会对环境和人员造成伤害。

1.2 初步设计阶段在初步设计阶段稠、稀油分开处理，二段脱水均采用热化学脱水器工艺设计方案。

为克服稠油大罐沉降的非密闭性弊端，将稠油二段脱水改为热化学脱水T艺，原油脱水试验的目的是确定原油脱水工艺和设计参数。试验结果如下 ：①稠油-段沉降沉降温度35。C，加药量300mg/L，沉降时间3 h，脱后油巾含水率小于10%；②稀油-段沉降温度25。c，加药量100 mg/[ ，沉降时间1 h，脱后油中含水率小于10%；③稀油二段沉降温度 60。C，加药量 200 mg/L，沉降时间2 h，脱后油中含水率小于1.0%；④稠油二段沉降温度80。C，加药量400 mg/L，沉降时间3 h，脱后油中含水率小于1.0%。

该方案的优点是实现了原油脱水的密闭处理 ，缺点是稠油采用热化学脱水器脱水工艺加药量大，需要的脱水设备台数比较多。

1.3 优化方案通过上述两个阶段的试验，最后确定稠、稀油- 段分开处理，二段脱水合-处理T艺设计方案。

稠油单独采用热化学脱水器脱水工艺存在加药量大和设备台数多的问题，设计时考虑在-段脱水 520128/.121.8l。

3 优化设计利用Solid Works软件建立储油大罐的i维模型，采用Solid Works软件 自带插件Simulation对储油大罐进行有限元分析及结构优化设计。从分析结果可以看出，储油大罐壁厚从52 mm增加到92 mm，变化较大，但最大应力值变化值不超过1%，储油罐重量却增加了 8.5%。因此，壁厚对最大应力值影响不是很大，但对储油罐重量影响较大；在工艺及制造条件允许的情况下，应该尽量减少储油大罐壁厚，以达到结构轻量化的优化设计目标。