某低温集气站工艺设计之节流阀的选型计算

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 储运 12 02 学生姓名 学 号 设计地点 单位 石油与安全科技大楼 K804 设计题目 某低温集气站的工艺设计某低温集气站的工艺设计 节流阀选型节流阀选型 完成日期 2015 年 6 月 20 日 指导教师评语 成绩 五级记分制 指导教师 签字 重庆科技学院课程设计 摘要 摘要摘要 节流阀是指通过改变流通面积来实现调节介质流量和压力的手动阀门 本 次课程设计我们小组的任务就是结合低温集气站工艺设计所提供的参数与流程 图 来确定节流阀的型号规格 根据给定的进站温度 压力 计算不形成水合 物的最大压力降 确定出分两级节流降压 再根据初始压力 压力降查图得温 度降 确定出阀前 阀后的温度 然后根据所算得的压力与温度算出节流阀的 通过直径 最后结合输送天然气温度 压力 阀的通过直径 所输送天然气的 酸性 选出节流阀的规格 关键词 关键词 节流阀 低温集气工艺 选型计算 重庆科技学院课程设计 目录 目录目录 1 1 引言引言 1 1 2 2 工艺分析工艺分析 2 2 2 1 基础资料 2 2 2 流程图分析 2 2 3 小组任务 3 3 3 参数计算参数计算 4 4 3 1 气体相对密度 4 3 2 压力计算 4 3 3 温度计算 5 3 4 阀前后温度 压力表 6 3 5 压缩因子计算 7 3 6 节流阀直径计算 9 4 4 节流阀的选型节流阀的选型 1212 4 1 阀门设计基本参数 12 4 2 阀门的型号 12 4 3 集输工程对阀门的要求 12 4 4 阀门的选用步骤 13 4 5 阀门选型 13 5 5 总结总结 1717 参考文献参考文献 1818 重庆科技学院课程设计 引言 1 1 引言引言 节流阀是指通过改变流通面积来实现调节介质流量和压力的手动阀门 节 流阀在管路中主要起节流降压的作用 节流过程中 通过改变节流截面或节流 长度来控制流量 流束将在节流处形成局部收缩 从而使流速增加 静压力降 低 起到降温减压的作用 节流阀的外形结构与截止阀并无区别 但两者的启闭件不同 人们常采用 改变截止阀的阀瓣形状的方法将其作为节流阀使用 但应指出 用改变闸阀或 截止阀的开启高度来实现节流作用是极不合理的 因为 管路中介质在流动状 态下 流速很高 密封面容易被冲刷 磨损 失去了切断密封作用 同理 用 节流阀作为切断装置也是不合理的 节流阀的阀瓣形式有多种 适用范围也不 同 如沟形阀瓣常用于深冷装置中的膨胀阀 窗形阀瓣常用于公称尺寸较大的 节流阀 针形阀瓣常用于中 小口径的节流阀 节流阀构造简单 制造维修方 便 价格低廉 因此应用非常广泛 但其缺点也非常明显 调节精度不高 密封性较差且 密封面易受冲蚀 另外 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 在集输系统中使用的常规结构形式的节流阀大多数为带针形或圆锥形阀 芯的截止阀 一般用于流量或压力调节 有时也用于分离器排液出口 控制 排放速度 由于节流阀处压降大 介质对阀芯的冲蚀严重 使用一段时间后 往往关闭不严 因而这种形式的节流阀没有截止功能 本次课程设计 我们组负责低温集气站工艺设计 节流阀在此过程中主要 起 1 节流降温的作用 分离出天然气中的凝析油 使管输天然气的烃露点达到 管输标准要求 2 节流降压 降低井场来气压力 使管输天然气压力达到出站 压力要求 重庆科技学院课程设计 工艺分析 2 2 2 工艺分析工艺分析 2 12 1 基础资料基础资料 井井号号产产量量 m m d d 4 10 进进站站压压力力 M Mp pa a 进进站站温温度度 1 1181631 2 2221630 3 3201632 4 4161632 5 571630 6 6141031 7 791030 出站压力 6MPa 天然气露点 0 53 时 属于非临界流动 用下面公式来计算节流阀的通过直 径 0 238 0 476 0 212 QSZT d 3304ppp 计 当 P2 P1 0 53 时 属于临界流动 用下面公式来计算节流阀的通过直径 0 476 0 238 0 Q dSZT 1591 计 式中 节流阀的计算直径 mm d 流过节流阀的气体流量 0 Q 3 md 阀前 阀后的压力 MPa 绝 12 P P 气体的相对密度 S 阀前的气体温度 K T 气体的压缩系数Z 为了满足调节的要求 节流阀的开启度宜处于半开状态 所以将除以 1 d 并令 0 5 为节流阀的开启度 这样 节流阀的通过直径为 dd d2d 10 5 计计 计 即选用节流阀的通过直径为计算直径的 2 倍 2 各节流阀通过直径计算 重庆科技学院课程设计 参数计算 10 阀 1 属于非临界流动 21 1 39 0 53PP 则计算直径 0 238 0 476 0 212 3304 QSZT d P PP 0 4760 238 4 83 100 696 0 788 304 15 330411 5 16 11 5 18 340mm 通过直径236 68ddmm 阀 2 属于非临界流动 21 1 39 0 53PP 则计算直径 0 238 0 476 0 212 3304 QSZT d P PP 0 4760 238 4 22 100 696 0 788 304 15 330411 5 16 11 5 9 748mm 通过直径219 50ddmm 阀 3 属于非临界流动 21 1 92 0 53PP 则计算直径 0 238 0 476 0 212 3304 QSZT d P PP 0 4760 238 4 83 100 696 0 750 283 12 33046 11 56 19 833mm 通过直径239 67ddmm 阀 4 属于非临界流动 21 1 67 0 53PP 则计算直径 0 238 0 476 0 212 3304 QSZT d P PP 0 4760 238 4 14 100 696 0 790 293 65 33046 106 9 365mm 通过直径218 73ddmm 重庆科技学院课程设计 参数计算 11 阀 5 属于非临界流动 21 1 67 0 53PP 则计算直径 0 238 0 476 0 212 3304 QSZT d P PP 0 4760 238 4 19 100 696 0 790 293 65 33046 106 10 831mm 通过直径221 66ddmm 整理后可得下表 序序号号阀阀 1 1阀阀 2 2阀阀 3 3阀阀 4 4阀阀 5 5 通通过过直直径径 m mm m 36 6819 5039 6718 7321 66 重庆科技学院课程设计 参数计算 12 4 4 节流阀的选型节流阀的选型 4 14 1 阀门设计基本参数阀门设计基本参数 为了保证阀门长期可靠地使用 设计者必须考虑用户提出的各种技术要 求 作为设计的依据 其中主要的参数有 阀门的用途 介质的工作压力和 温度 使用介质及特性 是否腐蚀 易燃易爆 公称直径DN 结构长度 与管路连接方式 阀门的驱动方式 是否需要抗硫等 4 24 2 阀门的型号阀门的型号 阀门的型号是用来表示阀类 驱动种类 连接形式 结构形式 密封面 材料 公称压力和壳体材料等要素 JB T 308 2004 标准规定了阀门型号包 含阀门类型 驱动方式 连接形式 结构形式 阀座密封面或衬里材料类型 压力代号以及阀体材料代号这七部分 重庆科技学院课程设计 节流阀的选型 13 4 34 3 集输工程对阀门的要求集输工程对阀门的要求 1 较高的承压能力 由于集输系统的气源是来自井口的高压气流 因而 在靠近井口部分的阀门一般均要求较高的工作压力 在集气站内 所用阀门 的压力等级大多在 6 3 10MPa 因此所选阀门要具备较高的承压能力 2 较强的耐冲刷耐腐蚀能力 由于井口天然气压力较高 通常要经过多 次节流降压 特别是专用的节流阀门 其耐冲刷能力尤为重要 加之集输系 统的天然气中通常含有各种腐蚀介质 如硫化氢 二氧化碳 地层水等 因 而其耐腐蚀能力也尤为重要 3 良好的密封性能 这里所指的密封性能包括对外漏和内漏的要求 无 论阀门的外漏还是内漏 均会对生产带来不利的影响 同时阀门的外漏还会 将含有有害气体的天然气扩散到大气中 造成严重的环境污染 因此集输系 统的阀门均不允许外漏 4 44 4 阀门的选用步骤阀门的选用步骤 明确阀门在装置或工艺管道中的用途 确定阀门的工作状况 例如操作 介质 操作压力 操作温度 根据阀门的用途确定阀门的种类 如开路阀门 调节类阀门 安全类阀 门 其他类阀门 确定阀门的形式 根据用途及操作工况要求 确定阀门类型为 闸阀 重庆科技学院课程设计 节流阀的选型 14 截止阀 节流阀 球阀 蝶阀 安全阀 疏水阀 旋塞阀等 确定阀门的公称参数 公称压力 公称直径等 确定阀门材质 根据工艺管道的介质 工作压力 工作温度确定所选用 阀门壳体及内部零件的材料 确定阀门与管道的连接方式 由操作工况条件确定阀门端面与管道的连 接形式 如法兰连接 螺纹连接 焊接连接等 利用阀门样本资料 选用合适的阀门产品 4 54 5 阀门选型阀门选型 因为井场来气中含有较多的硫化氢 二氧化碳等酸性气体 因此阀门应 选择抗硫设计 根据之前所算出的通过直径 工作温度和压力 结合该集气 场站的输送介质类型 由下表 4 1 表 4 1 主要性能参数 材料 型号 PN 工作压力 MPa 适用温度 适用介质 阀体 法兰 支 架阀底座 KL44Y 160 16016 0 KL44Y 320 32032 0 29 200 含硫天然气 石油优质锻造碳钢优质碳钢堆焊硬质合金 材料 阀套 阀瓣 阀 瓣套 阀杆阀杆螺母填料手柄 不锈钢堆焊硬质特殊不锈钢铝青铜氟塑料球墨铸铁 重庆科技学院课程设计 节流阀的选型 15 合金 由于阀前 阀后的压力 则初步选定 KL44Y 160 其外形及结构16PMPa 尺寸如下表 4 2 表 4 2 主要外形及结构尺寸 KL44Y 160 mm DNL 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D D 0 L zd bH 1 H 重量 kg 1510516162024 2M 6095200 318 201451628 2012020232833 2M 68105300 318 2019021210 2513528293742 2M 80115300 418 2219622417 4016538394752 2M 115165500 626 2824027832 5019049505864 3M 115165650 626 3226030540 6521560657380 3M 145200650 629 4043049060 重庆科技学院课程设计 节流阀的选型 16 由以上两表可得 阀门 1 2 3 的选定型号为 阀 门 型号 PN M Pa DN mm L 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D D 0 Lzd b H 1 H 重 量 k g 节 流 阀 1 KL44Y 160 1640 16 5 383947 52 2 M 11 5 16 5 50 0 6 26 2 8 24 0 27 8 32 节 流 阀 2 KL44Y 160 1620 12 0 202328 33 2 M 68 10 5 30 0 3 18 2 0 19 0 21 2 10 节 流 阀 KL44Y 160 1640 16 5 383947 52 2 M 11 5 16 5 50 0 6 26 2 8 24 0 27 8 32 重庆科技学院课程设计 节流阀的选型 17 3 型号释义 KL44Y 160 抗硫设计 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 16MPa 阀体材料为碳素钢 示意图示意图 重庆科技学院课程设计 节流阀的选型 18 KL44Y 160 型节流阀 5 5 总结总结 经过计算 最后确定 1 号节流阀型号 KL44Y 160 公称直径 40mm 2 号节流 阀型号 KL44Y 160 公称直径 20mm 3 号节流阀型号 KL44Y 160 公称直径 40mm 此次课程设计是多井低温集气工艺 产量略大 各井的压力高且有两口井 的压力不一致 甲烷的含量只占 85 33 存在较高含量的硫化氢 二氧化碳以 及凝析油 因此需采用低温分离工艺 分离出凝析油 并对抑制剂乙二醇进行 回收 采用节流膨胀法 使用节流阀对气体进行降压降温 同时为了压力变化 过大 温度过低导致水合物生成 工艺流程中加注了抑制剂 设计初期 对于确定工艺流程我们小组显得很生疏 经过多次改进之后 我们逐渐熟悉了工艺的要点 开始用计算数据辅助设计 从一级节流不生成水 合物我们确定了节流压力 进而算出了温度降 然后根据已算得的压力和温度 和相对密度求出压缩因子 带入阀径公式求得阀门直径 进而得以根据阀径 重庆科技学院课程设计 总结 19 压力 温度确定阀门的规格型号 通过本次课程设计 对集输工艺加深了了解 对知识的印象更加深刻 在 设计过程中 在教材的基础上 还去图书馆 网络上查阅了很多资料 间接拓 展了知识面 并且设计的时候需要集团队之力 把自己好的想法分享给集