节流阀的选型1.doc

重庆科技学院重庆科技学院 油气集输工程油气集输工程 课程设计报告课程设计报告 学院 石油与天然气工程学院 专业班级 油储 2012 2 学生姓名 郑丽颖 学 号 2012443158 设计地点 单位 K802 设计题目 某低温集气站的工艺设计 节流阀选型 完成日期 2014 年 6 月 26 日 指导教师评语 成绩 五级记分制 指导教师 签字 重庆科技学院本科生课程设计 摘要 I 摘要 节流阀又叫膨胀阀 是一种十分简单的制冷元件 其工作原理是气流产生 了焦耳 汤姆逊 J T 效应 通过改变节流面积或节流长度以控制流体流量的阀门 由于节流阀的流量 不仅取决于节流口面积的大小 还与节流口前后的压差有关 阀的刚度小 且 没有压力补偿措施 故只适用于执行元件负载变化很小且速度稳定性要求不高 的场合 在天然气矿场 节流阀被广发用来节流调压和作为经常开关的截止阀 门 本文主要讲述了某低温集气站的工艺设计 节流阀设计选型 通过提供 的天然气井产量 进站压力及进站温度等基本物性资料计算求得节流阀的通径 然后查表选出适合的节流阀用于设计中的节流降温 同时能够防止水合物的生 成 达到生产要求 关键字 节流阀 设计 计算 选型 重庆科技学院本科生课程设计 目录 目录 摘要 I 1 绪论 1 2 设计范围 2 3 设计参数 工艺流程图的简析 3 3 1 基本数据 3 3 2 天然气相对分子质量 4 3 3 空气相对分子质量 4 3 4 工艺流程简析 4 4 节流阀公称压力 公称直径计算 6 4 1 天然气的相对密度 6 4 2 求压力以及温度 7 4 3 节流阀直径的计算 9 5 节流阀选型 13 6 总结 16 参考文献 17 重庆科技学院本科生课程设计 绪论 0 1 绪论 节流阀的工作原理是气流产生了焦耳 汤姆逊 J T 效应 即在节流膨 胀时 随压力的变化 为维持焓值不变 其温度也要变化 节流阀只适用于执 行元件负载变化很小且速度稳定性要求不高的场合 因为节流阀的刚度小 节 流阀通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门 节流阀的流量不仅 取决于节流口面积的大小 还与节流口前后的压差有关 对于执行元件负载变 化大及对速度稳定性要求高的节流调速系统 必须对节流阀进行压力补偿来保 持节流阀前后压差不变 从而达到流量稳定 节流阀没有流量负反馈功能 不 能补偿由负载变化所造成的速度不稳定 一般仅用于负载变化不大或对速度稳 定性要求不高的场合 节流阀的外形结构与截止阀并无区别 只是它们启闭件 的形状有所不同 节流阀的启闭件大多为圆锥流线型 通过它改变通道截面积 而达到调节流量和压力 节流阀供在压力降极大的情况下作降低介质压力之用 节流阀有以下特点 1 构造较简单 便于制造和维修 成本低 2 调节精 度不高 不能作调节使用 3 密封面易冲蚀 不能作切断介质用 4 密封性 较差 在天然气矿场 节流阀被广发用来节流调压以达到处理所需要的压力范围 本次设计的课题是某低温集气站工艺设计 我们小组主要负责节流阀的设计计 算及选型 节流阀在本次设计中主要起节流降压的作用 以保证降低到分离器 所能承受压力范围 以及保证天然气出站压力在 6MPa 重庆科技学院本科生课程设计 正文 1 重庆科技学院本科生课程设计 设计范围 0 2 设计范围 首先根据课设设计任务书确定我们本次的任务为某低温集气站工艺流程 根据各小组的任务 确定我们本次工艺流程中需要出现节流阀 流量计 抑制 剂注入器 分离器以及凝析油的回收工艺 全组人员一起讨论低温集气工艺流程 根据选题要求确定该流程需要二级 节流 二级分离以及凝析油的回收 稳定 画出流程图 节流阀在图上共有六 处 分别有五处一级节流和一处二级节流 我选择的是 4 5 6 井经过高压分 离器前的一级节流阀 首先根据给出的进站压力 进站温度 以及所要求的出站压力 通过查图 得到天然气在不形成水合物条件允许下达到的膨胀程度 确定一级节流计算后 的压力 然后通过水合物的压力和温度曲线 计算出一级节流后的压力和温度 再计算天然气的压缩因子 由产量 压力 温度以及压缩因子计算出节流阀的 直径 通过这些对节流阀进行型号的挑选 重庆科技学院本科生课程设计 设计参数 工艺流程图的简 析 0 3 设计参数 工艺流程图的简析 3 1 基本数据 根据任务书要求基本数据如下 表 3 1 基本数据 井号产量 104m3 d 进站压力 MPa 进站温度 0C 1391732 2291732 3261732 4131232 591230 6121231 表 3 2 天然气气体组成 经天然气集气处理后的天然气出站压力最终降低到 6Mpa 给定天然气露点 小于 5 该天然气中凝析油的含量为 20g m3 凝析油的相对密度 SL 0 78 下 面根据以上数据对天然气相对分子质量进行计算 气体组 分 C1C2C3C4C5C6H2SCO2 比例 85 332 22 01 81 50 97 12 2 重庆科技学院本科生课程设计 设计参数 工艺流程图简 析 0 3 2 天然气相对分子质量 根据课程设计任务书中气体组成 85 33 2 2 2 0 1 8 1 5 0 9 7 1 2 2 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 C 2 H S 2 CO 由气体的相对分子质量公式 引用课本 2 1 3 1 iiM YM 式中 M 天然气的相对分子质量 Yi 组分 i 的摩尔分数 Mi 组分 i 的相对分子质量 即 12345622 CCCCCCH SCO MM M M M M M M M 天 M 16 82 3 30 2 2 44 2 0 58 1 8 7 2 1 5 86 0 9 34 7 1 44 2 2 13 6258 0 66 0 748 0 9048 0 8856 0 774 2 142 0 3432 20 016 3 3 空气相对分子质量 气体平均相对分子质量 M 各种气体的相对分子质量 各自的体积分数 空气中的主要成分为氮气占 4 5 氧气占 1 5 空气平均相对分子质量 29 4 1 32 5 4 28 3 4 工艺流程简析 首先根据课程设计任务书要求 我们的工艺流程需要是低温集气工艺 在 工艺流程中需要出现节流阀 流量计 抑制剂注入器 分离器以及凝析油的回 收工艺 井站来气后 1 2 3 井由于产量过高 作为主要生产井 因此单独分离 计量 4 5 6 井产量较低 因此采用轮换计量的工艺流程 4 5 6 井轮换计 量有两条管线 与 1 2 3 井三条管线分别进入各自的节流阀 经过一级节流 降压到高压分离器允许的入口压力范围后 进入高压分离器进行一级分离 然 后对气 液两项分别进行计量 之后天然气加入抑制剂 防止二级节流生成水 合物 液烃进入闪蒸分离器稳定 天然气加入抑制剂后进行预冷 二级节流 进入低温分离器 液烃在闪蒸稳定后也进入低温分离器 进行二级分离后 对 输出的冷天然气能量回收 作为上述预冷装置中的冷气 最终天然气去天然气 集气管线 液烃进入稳定装置 重庆科技学院本科生课程设计 设计参数 工艺流程图简 析 0 根据任务书要求 我们对该低温集气站工艺流程进行了讨论制定 最终确 定了流程图如下 图 3 1 工艺流程图 1 采气管线 2 进站截断阀 3 节流阀 4 高压分离器 5 孔板流量计 6 装置截 断阀 7 乙二醇注入器 8 换热器 9 低温分离器 10 液位控制阀 11 闪蒸分离器 12 液体流量计 13 压力调节阀 14 液位控制阀 重庆科技学院本科生课程设计 节流阀公称压力 公称直径计 算 0 4 节流阀公称压力 公称直径计算 本次设计主要根据课程设计任务书的数据要求 对节流阀的公称压力以及 公称直径进行计算 然后以得到的公称直径和公称压力为依据 选择所合适的 节流阀 具体数据如下 表 4 1 基本数据 井号产量 104m3 d 进站压力 MPa 进站温度 0C 1391732 2291732 3261732 4131232 591230 6121231 表 4 2 天然气气体组成 经天然气集气处理后的天然气出站压力最终降低到 6Mpa 给定天然气露点 小于 5 该天然气中凝析油的含量为 20g m3 凝析油的相对密度 SL 0 78 4 1 天然气的相对密度 在天然气的集输中 当气体流经节流阀时产生急剧的压降和膨胀 温度也 就骤然降低 这就有可能在节流处生成水合物阻塞阀门或管道 影响生产的正 常进行 如果适当控制节流阀的开启度 就可以达到调压的目的 而又不生成 水化物 计算天然气相对密度 引用课本公式 2 4 4 691 0 29 016 20 M M S 空 天 1 气体组 分 C1C2C3C4C5C6H2SCO2 比例 85 332 22 01 81 50 97 12 2 重庆科技学院本科生课程设计 节流阀公称压力 公称直径计 算 1 式中 S 天然气相对密度 M天 天然气的相对分子质量 M空 空气的相对分子质量 求得天然气的相对密度约为 0 7 查相应的图 4 1 相对密度为 0 7 的天然气在不形成水合物的条件允许达到 的膨胀程度 查的天然气的最终压力 以此求的天然气出节流阀后的温度值 在天然气的集输中 当气体流经节流阀时产生急剧的压降和膨胀 温度也就骤 然降低 这就有可能在节流处生成水合物阻塞阀门或管道 影响生产的正常进 行 如果适当控制节流阀的开启度 就可以达到调压的目的 而又不生成水化 物 4 2 求压力以及温度 图 4 1 相对密度为 0 7 的天然气在不形成水合物 的条件允许达到的膨胀程度 由于 4 5 6 井分别经过一次高压分离后 需要与 1 2 3 井汇合后进行 低温分离 因此一级节流后需要保证 6 口井压力相同 为了工艺考虑 在一级 节流前不加抑制剂 因此需要保证一级节流后不形成水合物 而 4 5 6 井的 进站压力低于 1 2 3 井 温度相差不大 因此保证 1 2 3 井不形成水合物 即可保证 4 5 6 井不形成水合物 重庆科技学院本科生课程设计 节流阀公称压力 公称直径计 算 2 井口 1 的进站压力为 17MPa 进站温度 T32 查上图 4 1 相对密度为 0 7 的天然气在不形成水合物的天然气允许达到的膨胀程度 得到该状态下天然 气不形成水合物的最低温度约为 10MPa 因此一级节流的输出压力需要高于 10MPa 以保证节流后不会形成水合物 即天然气经节流阀第一次节流后的出 口压力为 P2 10MPa 图 4 2 给定压力降所引起的温度降 修正 凝析油 20g m3 SL 0 78 凝析油密度 SL 水 0 78 1000 780kg m3 单位换算 20g m3 20 10 3 780 106 25 6m3 Mm3 从上图呀查的凝析油含量为 25 6 前后的温度修正值 凝析油含量为 22 6 时 t 5 6 凝析油含量为 28 3 时 t 8 3 用线性内插法求算凝析油含量为 25 6m3 Mm3时对温度的修正值 重庆科技学院本科生课程设计 节流阀公称压力 公称直径计 算 3 t 9 6 6 22 3 28 6 22 6 25 6 53 83 8 设生产分离器前的节流阀为 1 节流前的温度为 T1 压力为 P1 节流后的温 度为 T2 压力为 P2 计量分离器前的节流阀为 2 4 5 6 井轮换计量时 节 流前温度分别为 T4 1 T5 1 T6 1 压力分别为 P4 1 P5 1 P6 1 节流后温度分别 为 T4 2 T5 2 T6 2 压力分别为 P4 2 P5 2 P6 2 节流阀 1 压力降 P P1 P2 12MPa 10MPa 2MPa 再查图 4 2 由给定的压力降得温度降 T 7 T1选择 4 5 6 井中温度 最低的 以确保三口井降温后都高于水合物形成温度 保证不生成水合物 T T1 T2 T2 T1 T 30 7 23 修正后节流阀 1 的出口温度 T2 23 6 9 29 9 天然气经过节流阀 1 后的压力和温度为 P2 10MPa T2 29 9 经查图验 证经过节流阀 1 后不会形成水合物 因此在节流阀 1 前不需要加抑制剂 节流阀 2 压力降 P P4 1 P4 2 12MPa 10MPa 2MPa P4 1 P5 1 P6 1 12MPa P4 2 P5 2 P6 2 10MPa 再查图 4 2 由给定的压力降得温度降 T 7 该流程为轮换计量 因此 分别算出 4 5 6 井分别计量时经过节流阀 2 后的温度 T4 2 T4 1 T 32 7 25 T5 2 T5 1 T 30 7 23 T6 2 T6 1 T 31 7 24 修正后节流阀 2 的出口温度 T4 2 25 6 9 31 9 T5 2 23 6 9 29 9 T6 2 24 6 9 30 9 天然气经过节流阀 2 后的压力和最低温度为 重庆科技学院本科生课程设计 节流阀公称压力 公称直径计 算 4 P4 2 P5 2 P6 2 10MPa T5 2 29 9 经查图验证经过节流阀 2 后不会形成水合物 因此在节流阀 2 前不需要加抑制剂 4 3 节流阀直径的计算 4 5 6 井汇管后 通过节流阀 1 经一次节流后 有 属于非临界流动 0 530 588 17 10 P P 1 2 计算节流阀直径 引用网上公式 4 238 0 212 476 0 0 3304 PPP SZTQ d计 2 式中 d计 节流阀的计算直径 mm Q0 流过节流阀的气体流量 m3 d P1 P2 分别为阀前 后的压力 MPa 绝 T 阀前的气体温度 K Z 气体的压缩系数 其中 Q0 P1 P2 T 由前面得知 然后求气体压缩系数 Z 已知天然气的相对密度 S 0 7 对于凝析气藏气 引用公式 2 7 4 213 890T4 620P 116 7S132 2T S689 0102 5 P7 0S pcpc pc pc 则有 时 当 3 计算拟对比参数 引用课本公式 2 11 2 12 拟对比压力 4 pc pr P P P 4 拟对比温度 4 pc pr T T T 5 当经过节流阀 1 第一次节流时的拟对比压力和拟对比参数带入公式 4 4 重庆科技学院本科生课程设计 节流阀公称压力 公称直径计 算 5 4 5 进行计算 60 2 620 4 12 Ppr 42 1 890 213 27330 Tpr 由求得的 Ppr 2 60 Tpr 1 42 图 4 3 天然气压缩因子图版 从图 4 3 查得天然气在拟对比压力 2 6 时的压缩因子为 拟对比温度为 1 45 时 Z 0 77 拟对比温度为 1 40 时 Z 0 73 用线性内插法求算拟比温度为 1 42 时的天然气压缩因子 754 0 4 145 1 4 142 1 73 077 0 77 0 Z 将已知条件都代入计算直径公式求节流阀 1 的直径 mm d 89 14d 101210 30273754 0 7 0 3304 12000090000130000 1 238 0 476 0 1 计 计 因为通过直径为计算直径的 1 5 2 倍 所以取 d 1 2d计 则井 1 经过的第一个节流阀阀 1 的通过直径 d 1 10 72 2 21 44 同理求节流阀 2 的直径 重庆科技学院本科生课程设计 节流阀公称压力 公称直径计 算 6 mm d 44 9 d 101210 32273754 0 7 0 3304 130000 2 4 238 0 476 0 2 4 计 计 mm d 91 7 d 101210 30273754 0 7 0 3304 90000 2 5 238 0 476 0 2 5 计 计 mm d 07 9 d 101210 31273754 0 7 0 3304 120000 2 6 238 0 476 0 2 6 计 计 阀 2 的通过直径应取 4 5 6 中最大的直径数值 即 d 2 9 44mm 重庆科技学院本科生课程设计 节流阀选型 0 5 节流阀选型 节流阀按通道方式可分为直通式和角式两种 按启闭件的形状分 有针形 沟形和窗型 表 5 1 设备型号 试验压力 MPa 型 号 公称压力 PN MPa壳 体密封 液体 工作温 度 适用介质 IA1H 64 350水 蒸汽 油品等无腐蚀性介质 IA1W 64P 弱腐蚀性介质 IA1W 64H 6 49 67 04 150 腐蚀性介质 LA1H 10010 015 011 0 350水 蒸汽 油品等无腐蚀性介质 重庆科技学院本科生课程设计 节流阀选型 1 表 5 2 截止 节流 阀的结构尺寸及质量 型号 J44Y 160 J44Y 220 L44Y 160 L44Y 220 尺寸 mm公称直 径 DN mm LDD1MD2DNbZ dL0HH1 重量 kg J 型 L 型 3607042M14 1 5103153 16110901002 6607042M14 1 5106153 161501021152 10909560M24 21811203 182502072175 74 5 75 151059560M24 22015203 182502022176 04 6 1 2512010568M33 22823203 183002352559 9 1 3213511580M42 23729224 1830023225810 7 10 8 40165165115M52 24739286 2635027531019 8 20 50190165115M64 36050326 2640031335529 63 30 2 65215200145M80 37365406 2965043049077 78 80260225170M100 39380506 33720510590111 112 重庆科技学院本科生课程设计 节流阀选型 0 表 5 3 截止 节流 阀的结构尺寸及质量 表 5 4 主要零件材料 根据上述对节流阀的压力以及直径计算得到以下数据 阀门 1 的进口压力和求的的通过直径为 12MPa 21 44 阀门 2 的进口压力和求得的通过直接为 12MPa 9 44 型号 J44Y 320 L44Y 320 尺寸 mm公称直 径 DN mm LDD1MD2DNbZ dL0HH1 重量 kg J 型 L 型 3607042M14 1 5103153 16110901002 6607042M14 1 5106153 161501021152 10909560M24 21811203 182502072175 74 5 75 1510510268M33 22715203 182502022176 78 6 79 2512011580M42 23523224 1830023525510 1 10 11 3213513595M48 24129254 2230023225812 93 13 1 40165165115M64 25839326 2635027531022 8 23 1 50190200145M80 37050406 2940031335539 2 39 8 65215225170M100 39068506 3365043049090 91 80260260195M125 311285606 36720520600148 149 零件名称 阀体 阀 底座法兰 阀杆 阀 瓣 密封面填料阀盖手柄阀杆螺母 材料碳素钢不锈钢硬质合金氟塑料碳钢铸造铝黄铜 重庆科技学院本科生课程设计 节流阀选型 0 根据以上数据以及工艺的需要 同时考虑节流阀的功能材料等 对节流阀 进行选择 选定设备如下 表 5 2 选定的设备型号 型号解释 L44Y 160 节流阀 手柄传动 法兰连接 角式 密封面材料为硬质合金 公 称压力为 16MPa 阀体材料为碳素钢 尺寸 阀 门 型号 公称 通径 DN LDD1MD2DNbZ dL0HH1 重量 阀 1 L44Y 160 2512010568