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目录目录列表-1摘要-4Abstract-5一设计说明书-61. 集气站介绍-61.1集气站系统简介-61.2 集气站在西气东输中的意义-61.3 集气站种类及概况-71.3.1 常温分离单井集气站流程-71.3.2 常温分离多井集气站流程-71.3.3 常温分离多井轮换计量流程-72. 集气站设备-72.1 油(液)气分离设备-72.2两相分离设备-82.2.1 两相分离设备分类-82.2.2 两相分离理论-92.3 三相分离设备-102.4 分离设备工作段-102.4.1 进口转向器-102.4.2 波浪破碎器-112.4.3 除沫板-112.4.4 旋流破碎器-112.4.5 雾沫脱除器（除雾器）-112.5 管材-132.5.1 钢管-132.5.2非金属管材-142.6 管件-142.6.1 无缝钢管管件-142.6.2 螺纹连接管件-152.7 阀门-152.8 换热设备-152.8.1 传热机理-152.8.2 常用换热器的工艺计算-16二、计算说明书-201. 设计参数-201.1 设计题目-201.2 题目说明内容-201.2.1 原始参数-201.2.2 计算内容-202. 气井流程-203. 换热器的计算-203.1 各项工作状态下物性参数-213.2 水蒸汽气的饱和温度t-213.3 计算热负荷-223.4 计算平均温差-223.5 计算传热系数-233.5.1 天然气在管内流动的放热系数-233.5.2饱和水蒸汽在环形空间流动时的放热系数-243.5.3 总传热系数K的计算-283.6 管子传热面积计算-283.7 外壳直径的选择-293.8 换热器内压降的计算-293.8.1管层内的压降-293.8.2 壳程内的压降-304. 分离器的设计与选择-304.1 颗粒沉降速度及气流的计算速度-304.2 分离器的筒体直径及高度-314.3 分离器的壁厚计算-324.4进出管管径及壁厚计算-324.4.1进出口管径计算-334.4.2进出口管管壁计算-334.5总结列表-335.节流阀的计算和选择-345.1 节流阀的工艺计算-346. 安全阀的设计及选型-356.1 确定泻放压力-356.2 计算安全阀的泻放量和通道截面积-357. 集液罐的工艺计算-377.1 凝析油的实测量计算-377.2 集液罐的容积计算-377.3 集液罐壁厚计算-388. 管线的设计及选型-388.1 站内管线的设计-388.2 户外设施-398.3 总出站管路管径-408.4 管线选型总结-409. 流量计量仪表的计算及选型-409.1 确定计量管管径及长度-409.2 孔板孔径的选择-419.3 计算检验-419.4 差压计理程Hmax的确定-429.5 选择型号及规格-4210.致谢-4311.参考文献-43摘要集气站一般是将两口以上的气井用管线分别从井口连接到集气站，在集气站对各井输送来的天然气分别进行节流、分离、计量后集中输入集气管线。在本设计课题中，将按照所给数据设计一个常温集气站，制定一套流程，并为其计算所需设备如分离器、换热器、节流阀、安全阀、集液罐、流量计量仪表及管线的设计及选型。完成设计说明书和计算说明书后，将会汇出该设计集气站的流程图。AbstractThe gas gathering station generally connects from the well head to the gas gathering station more than two gas wells separately with the pipeline Is it reduce expenditure , separate , is it is it collect angry pipeline to input to concentrate on after measuring to go on separately to every well natural gas come to transport in gas gathering station.In originally subject of designing, according to designing a normal atmospheric temperature gas gathering station for the data, make a set of procedure, and necessary equipment such as separator, heat exchanger, choke valve, relief valve, collect liquid pot , flow measure instrument and designs and selecting types of pipeline for calculation its.After finishing the design instruction and calculation manual , should remit the flow chart designing the gas gathering station.设计说明书1. 集气站介绍1.1集气站系统简介对于气田面积较大和井数较多的矿场为了管理方便，常将气井分为若干组，每一组的气井都在各自的集气站进行必要的初步处理，然后经各自的集气管道与集气干线连接起来，最后在天然气处理厂或总站集中外输。集气站内实现对气井的工作调节和控制，分离气体中的杂质，收集凝析油，防止水化物的形成，测量气量和液量以及其他工作。所谓常温集气站就是集气站的分离流程采用常温而不采用低温分离。天然气集输系统是由天然气矿厂集输管网、气体的净化与加工装置、输气干线、输气支线以及各种用途的站场组成，管线中天然气的流动满足反映质量、动量和能量守恒定律的基本方程。它是一个统一的、连续的、密闭的水动力系统。这个系统中五大环节（采气、净气、输气、储气和供气）紧密联系、互相制约、互相影响；如果某一环节不协调，必将影响整个系统。其中，集气站则是重要的一环。在天然气集输中，一般将两口以上的气井用管线接至集气站，在站内对天然气进行节流调压、分离和计量工作，之后将天然气输入集气管线。1.2 集气站在西气东输中的意义“西气东输”工程是西部大开发宏伟战略的一个重要内容。它把西部的资源和东部的市场连接起来，必将推动我国经济发展，特别是在中西部发展中发挥重大作用。同时，东部地区更多地采用天然气作为能源，这对于改善我国燃料结构，保护环境，实行可持续发展具有深远的意义。西部能源丰富，但需求不大，不能满足西部大开发的需要，仅靠西部不能将资源优势转化为现实的经济优势。东部是我国主要的用气地区，但这一地区能源相当短缺，长江三角洲地区85%的能源要从外地调入。我国中西部地区有六大含油气盆地，包括塔里木、准噶尔、吐哈、柴达木、鄂尔多斯和四川盆地。预测天然气资源量为22.4万亿立方米，占全国天然气资源总量38万亿立方米的 58.9%。根据天然气的资源状况和目前的勘探形势，国家决定启动西气东输工程，加快建设天然气管道，除了建成的陕京天然气管线，还要再建设3条天然气管线，即塔里木上海、青海涩北西宁甘肃兰州、重庆忠县湖北武汉的天然气管道，以尽快把资源优势变成经济优势，满足东部地区对天然气的迫切需要。完成“西气东输”这样浩大的工程，集气站的作用尤为重要，它充当了该工程中输气驿站的作用。本课题是完成一个常温集气站的工艺设计，这对今后实际工作意义重大。1.3 集气站种类及概况集气站一般是将两口以上的气井用管线分别从井口连接到集气站，在集气站对各井输送来的天然气分别进行节流、分离、计量后集中输入集气管线。常温集气站采用的是常温分离流程。对于硫化氢含量低（约在0.5%以下）和凝析油含量不多的天然气，只需在矿场集气站内进行节流调压和分离计量等操作，就可以输往用户。这种情况下，可以采用常温分离的集气站流程。常温分离集气站流程大致可以分为：1.3.1 常温分离单井集气站流程在这种流程中，所有用来调节气井工作、分离气体中杂质、测量气量和凝析液、防止水化物形成等的设备和仪表都直接布置和安装在距井口不远的地方。在这种情况下，每口井一般都有工人进行管理。常温分离单井集气站可分为两种流程形式。A型流程为三相分离，适用于天然气中油和水的含量较多的气井。B型流程为气液分离，适用于天然气中含水量或含油量较多的气井。1.3.2 常温分离多井集气站流程常温分离多井集气站流程也可分为两种型式，A型流程：特点是三相分离，适用于天然气中含油和含水均较多的气田。B型流程：特点是三相分离，适用于天然气中含油或含水较多的气田。这两种常温分离多井集气站流程，其井数可以根据集输系统流程图设计，所管辖井数不受限制。1.3.3 常温分离多井轮换计量流程该流程适用于单井产量较低而井数较多的气田。全站按井数多少设置一个或数个计量分离器供各井轮换计量；再按集气量多少设置一个或数个生产分离器，分离器供多井共用。四川川中的磨溪气田气井多，单井产气量小（平均单井产气1.49*10m/d），又属于同一产层，因此除实验区26口井作连续分离计量外，其余85口井采用轮换分离计量。70年代在四川卧龙河气田二、三号站高压区就采用过轮换计量，只由于但是阀门密闭性能差而未能推广。80年代平板闸阀试制成功，为轮换计量流程提供了条件，轮换计量流程在磨溪气田全面推广是气田集输工艺技术又一进步。2.集气站设备2.1 油(液)气分离设备从井场出来的碳氢化合物流体，常带有一部分液体和固体杂质,这些机械杂质具有很大的危害性。因此，从井场来的流体，首先在集气站进行脱除机械杂质的操作，然后再进入输气干线；另外，油、气产品输送到各用户之前，还需要再次脱除产品中的机械杂质。混合物在分离设备中进行分离时，应当完成四个操作要求：油和气或气和液的基本相分离、脱除气相中所夹带的液沫、脱除液相中所包含的气泡、从分离器内分别引走已经分离出来的气相或液相，不允许它们彼此有重新夹带掺混的机会。整个分离过程分为：基本相分离段、重力沉降段、除雾段或聚集段、液体收集和引出段。2.2两相分离设备2.2.1 两相分离设备分类两相分离器是从整个液流中分离出气体即可的分离器。大致可分为：卧式分离器、立式分离器、球形分离器。在集气站设计工艺中，卧式和立式分离器应用较广，两者间的比较和选择十分重要。在处理大量气体时，卧式分离器通常效果更大些。在分离器的重力沉降段，液滴垂直于气流方向向下沉降。这样，液滴就更容易从气体连续相中沉降出来。还有在卧式分离器中，因为其气液界面比立式分离器的气液界面要大些，所以，当液体趋于平衡时，从溶液中出来的气泡就比较容易到达气体空间。这样，从纯气体或液体的分离过程来看，卧式分离器将是优先选用的。然后，由于它有下列缺点，在某种情况下就优先选用立式分离器。（1）在处理固体颗粒方面，卧式分离器就不如立式分离器好。立式分离器的液体排放口可以布置在底部的中心。这样，固体就不会在分离器内堆积起来。但是在生产过程中，它可以继续流到下一个容器中。此时，可以就在这个位置设置一个排污口，这样，当液体在离开具有某中高程的分离器时，固体颗粒可以定期被排走。在卧式分离器上，有必要沿着分离器的长度设置许多排污口，因为固体质点具有45到60的静止角。排污口必须布置在非常紧靠的区段上，以便排除分离器内的固体质点。（2）在实现相同的分离操作时，卧式分离器占地面积要比立式分离器多一些。（3）卧式分离器具有较小的液体波动容量。当给定一个液面升高变化时，在卧式分离器内，液体的体积增加量将明显的比处理相同流量的立式分离器更大些。然而，由于卧式分离器的几何形状，将使任何高液位的开关装置安装在紧靠正常工作液位的地方（而在立式分离器上，开关装置可以安装在液位控制器所允许的相当高的地方），排液阀就有较多的时间对波动作出反应。也应该指出，立式分离器也有与生产过程无关的某些缺点，我们必须在选用时给予考虑：（1）卸压阀和某些控制器在没有特别的扶梯和平台时，可能是难以操作和维修的。（2）由于高度的限制，分离器在搬动时必须从滑橇上拆卸下来。总之，对于正常的油气分离，也别是出现乳化、泡沫或高气油比的场合，卧式分离器可能是最经济的。在低气油比的场合，立式分离器工作得最有效；在非常高的气油比场合（比如在从气体中仅仅需要脱除液体雾沫所使用的气体洗涤器），也可以使用立式分离器。2.2.2 两相分离理论理论分为三方面：颗粒的沉降、颗粒的大小、停留时间。（1） 颗粒的沉降在分离过程中，由于固体颗粒和液滴从气流中分离出来的过程尚未彻底弄清楚，所以在各个具体条件下的分离效果，目前还不能精确计算。在计算时，认为颗粒在分离器中的运动速度为常数。这样就可以令颗粒的重力等于介质给与颗粒的阻力；另外还认为颗粒是球形的，在分离过程中，这些颗粒即不粉碎成细末，也不聚集成大块状的。但实际情况要复杂的多，携带颗粒的气流以不变的速度进入分离器，而在分离器内气流速度发生变化。因此颗粒的速度也就发生变化。通常，颗粒的速度的变化要延续相当长的时间。而这个情况对分离过程有非常重要的作用。为创造有效的分离条件，必须知道颗粒在介质中沉降的规律。在一般情况下，作垂直运动的颗粒可能有下面三种情况：a 当介质不流动时，推动颗粒运动的力仅仅是重力。此时颗粒沉降的速度随颗粒尺寸和密度的增大而增加，与随介质的密度、粘度的减小而增加。实际上，介质粘度只对微小颗粒的运动有影响。b 当气流向上运动时，在介质与颗粒都运动的情况下，如果我们考虑颗粒对介质做相对运动，那么就可以不去注意气流的速度。当颗粒在分离器内沉降时，知道颗粒相对于分离器壁的速度是很重要的。因为它是分离效果的标志。如果颗粒相对于分离器壁的速度小于气流速度，则颗粒被气流带走，此时颗粒将以两者速率之差向上运动；如果两者速度相等，颗粒将成悬浮状态处于气流中；而当气流速度小于颗粒相对于分离器壁的速度时，可以将以两者速度之差向下沉降。c 当气体向下运动时，颗粒只向下沉降，此时其沉降速度w=w+v（2） 颗粒的大小分离器的气体分离段的作用是用雾沫脱除器使气体最后抛光，根据矿场经验，发现100m的微粒可以在气体分离段被脱除，雾沫脱除器不会被浸渍，能够完成脱除直径10100颗粒的任务。在气体分离段，气体负荷设计方程是基于脱除100m的颗粒。在某些情况下，这个将给出过于保守的求解结果。在这里所使用的方法可以容易的修正到适用于任意颗粒大小的情况。（3） 停留时间保证液体和气体在分离器压力下能达到平衡，某种型式的液体储存是必须的。这个定义为“停留时间”或者在假定停止流动的情况下，一个液体分子保留在容器内的平均时间。这样，停留时间就等于容器内存储的液体体积除以液体的流速。对于最常应用的情况，发现停留时间为30秒到3分钟就足够了；在原油发泡的情况，停留时间可能需要高达这个数字的四倍。2.3 三相分离设备三相分离器是从整个流液中分离出气体，并将流液分离成凝析油和甘醇富液的分离器。常用的也可分为卧式和立式分离器两种。其选择对比方案与两相分离器一样。当油和水以某中程度（强度）混合后，然后令其静置下来，相当干净的一层游离水将出现在底层。这个水层随着时间的增长，将遵循一条曲线来进行。某一个时间以后，范围是从3分钟到20分钟的某个地方，水的高度的变化就可以忽略不计了，由重力沉降所得到的水称为游离水，在处理留下的油和乳化液层之前，将游离水分离走，通常是很有好处的。通常称为游离水分液器的三相分离器，是用来分离和脱除可能出现的任何游离水。因为从生产井或者高压分离器来的液流直接进入三相分离器，所以分离器必须设计成能分离从液体中以及从油和水中闪蒸出来的气体。水的脱除，是利用能保持分离状态并从油中脱走水的控制方法来实现的。有很多控制方法应用于三相分离。在某中程度上，容器的形状和直径将决定所采用的控制方法。2.4 分离设备工作段2.4.1 进口转向器进口转向器有很多型式。一种是倒流档板，它可能是球形盘、平板、角铁、锥形物，或者是任何一种能使流液方向和速度快速变化的东西。这样，流体就分离成气体和液体。这种档板主要是用结构支撑加以固定，以承受冲击动量载荷。使用半球形或锥形的装置，其优点是它比板或角铁所产生的扰动要小些，从而减少再夹带或乳化的问题。另一种装置是旋风式入口，它应用离心力而不是机械的搅动来分离流体成为原油和气体。这种进口可以是旋风式通道或者是环绕筒壁的切线流道。这些装置是属于专利性的，使用一个进口喷嘴就足以产生一个围绕着内筒回转大约6m/s的流液速度，内筒的直径不大雨分离器直径的2/3。2.4.2 波浪破碎器在长的卧式分离器内，有必要安装波浪破碎器，波浪破碎器不过是一些垂直挡板横跨在气液截面上并与流动方向垂直。2.4.3 除沫板当气泡从液体中逸放出来时，在气液截面可能形成泡沫。在进口处假如化学处理剂就可以使泡沫稳定下来。很久以来，更为有效的解决办法是迫使泡沫流经一系列倾斜的平行板片或管束，以便于泡沫聚集起来。2.4.4 旋流破碎器一个很好的想法是：安装一个简单的旋流破碎器，以防止当液流控制阀打开时而产生旋涡。产生的旋涡可以从气体空间内吸出一些气体，然后在出口处再掺混到液体内。2.4.5 雾沫脱除器（除雾器）两种最常用的雾沫脱除装置是丝网垫和叶板。丝网垫是由很细的不锈钢丝缠绕成紧密的圆柱行填料垫层，液滴碰到丝网上，聚集起来。丝网的效果很大的依赖于气体有一个恰当的速度范围。如果速度太大，分离出来的液体将被再夹带到气体中；如果速度较低，烃蒸汽漂流经过丝网，这样就没有液滴的碰击和聚集。根据要求，丝网垫的结构，通常规定成某种厚度（一般是75180mm）和某种筛网密度（一般是160190kg/m）。经验表明，尺寸适宜的丝网除雾器可以脱除99%的10m和更大些的液滴，尽管丝网除雾器不是很昂贵，但是要比其他类型的除雾器容易堵塞。要对丝网除雾器进行计算，必须先知道和选取气体流经丝网的适宜速度。气体速度过低，被夹带的雾沫在气流中飘荡，未与丝网的细丝碰状，就随着气流而被气体带走；而气体的速度过高，聚集的液滴的易从丝网落下，液体充满丝网造成液乏，导致丝网上的液体又再次被携带出去，使分离效率急剧下降。（1）允许最大气流的计算公式式中： 最大的气体流速，m/s 和 分别为工作条件下液体和气体的密度，kg/m K 系数，与液体的粘度、表面张力、丝网的比表面积以及气体中液沫的含量等因素有关，对于标准型网丝，可取K=0.116根据具体情况，操作的气流速度可取为：一般取为（2）丝网除雾器的面积计算丝网除雾器的面积，根据操作条件下的气体处理量和其操作速度来确定。若丝网除雾器为圆形，其直径D(m)按下式计算：式中：Q 操作条件下的气体处理量，m/s 操作的气流速度，m/s若丝网除雾器为矩形，已知一边长为A(m)，则另一边长B(m)为：若丝网除雾器为正方形，则边长A(m)为：（3）压力降的计算气体通过丝网层的压力降很小，对于100mm和150mm厚的丝网层，一般不大于25mm水柱，可以忽略不计。如果液滴流中含有固体颗粒时，则不可忽视，可用下列公式计算气体流经丝网层压力降。式中： 压力降， f 摩阻系数，对金属丝一般取为1.5 g 重力加速度，等于9.81m/s X 丝网层厚度，m 和气体在操作条件下的密度（kg/m）和粘度（Pas） 丝网的金属直径，m 丝网的空隙率，取为0.90.98至于丝网层的厚度，一般取为100150mm，如果要求脱除雾沫程度更高些，可以取较此推荐值大些的值。2.5 管材2.5.1 钢管管子一般是根据使用场合、介质的工作压力、温度、流量以及所要连接的设备或管件的尺寸来选择规格和材质的。油气管道要承受很大的压力并输送大量的有毒的易燃易爆的流体,任何程度的泄漏和管道断裂将会导致爆炸、火灾、人身伤亡和环境污染，造成重大的经济损失。所以，要求油气钢管有足够的机械强度，可焊接性好，而且要有不透气性。钢管按照制造方法分为无缝钢管和焊接钢管。天然气集输工程中主要是用无缝钢管和螺旋焊接管。管子的规格以“外径壁厚”来表示。一般钢管规格的习惯表示方法是D，低压流体输送用焊接钢管经常用DN表示规格。（1） 无缝钢管无缝钢管用普通碳素钢、优质碳素钢、低合金钢或合金结构轧制而成。品种规格多、强度高、耐压力高、韧性强、管段长，是工业管道最常用的一种管材。广泛用于工作压力为1.57Mpa以下的管道。（2） 焊接钢管焊接钢管亦称有缝钢管，其品种有低压流体输送用焊接钢管，螺旋缝电焊钢管和钢板卷制直缝电焊钢管。低压流体输送用焊接钢管和镀锌焊接钢管是有缝钢管，一般用普通碳素制成。按表面质量分镀锌（白铁管）和不镀锌（黑铁管）两种；按管端带螺纹与否，又可分带螺纹与不带螺纹两种；按管壁厚分，有普通和加厚两种。钢板卷制直缝电焊管用中厚钢板采用直缝卷制，以电弧焊方法焊接而成钢板的弯卷常用三棍或四棍对称式卷板机。各类钢管出厂时都应附有出厂合格证明书，证明书上应注明钢号，水压实验和机械性能实验等内容。水压实验压力（Mpa）按下式确定：式中 R 管材允许工作压力（Mpa） D 钢管外径（mm） 钢板厚度（mm）2.5.2非金属管材与钢管相比较，塑料管具有材质轻，较强的耐腐蚀性，良好的气密性和施工非常方便等优点。但塑料管机械强度较低，只有60C以下才能保证适当的强度，当温度在70C以上时，强度显著降低，高于90C则不能作管材使用。（1）硬聚氯乙烯塑料管是以合成树脂为主要成分的有机高分子材料。在适当的温度及压力下能塑造各种规格的管材。性能：介质温度 -1560C使用，介质压力 0.2Mpa在上述温度和压力条件下，硬聚氯乙烯塑料管能耐各种浓度的盐酸、稀硫酸、SO气体、碱类和盐类，但不能抵抗强氧化剂如硝酸和发烟酸，更不能抵抗各种苯类的有机化合物。（2）ABS工程塑料管性能：介质温度 4080C，介质压力1.0MpaABS管是由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚体经注射加工而成型的，用于稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸和生活水管等。（3）钢衬玻璃管把融化状态的玻璃衬于产品的内表面，构成钢和玻璃的复合体，即保持玻璃友谊的耐蚀性，又兼顾了刚才良好的耐热性。玻璃钢有优良化性能，其化学稳定性高，内壁光滑洁净，流体阻力小，不易结垢，耐磨，比纯玻璃管道有较好的机械性能。在底釉的符合作用下，它的强度和材质成正比，为安全生产提供了保证。在生产过程中，充分发挥了玻璃耐磨抗腐蚀，防堵塞，隔离铁离子的独道作用，而且稳定了生产工艺，减少了检修周期。（4）耐酸橡胶管耐酸橡胶管的介质工作温度为60C以下，介质压力应小于0.6Mpa。耐酸橡胶管是由乙丙胶制成，经过硫化后具有优良的耐酸性能，对除强氧化剂及某些溶剂以外的介质都有抗腐蚀作用。（5）耐酸陶瓷管耐酸陶瓷管的使用温度为100C以下，使用压力为不受压。2.6 管件2.6.1 无缝钢管管件该类管件多数在现场制作，目前使用成型产品，主要有压制弯头、异径管和三通。冲压变头是管道工程中大量使用的管件，有冲压无缝弯头、冲压焊接弯头。冲压异径管有同心和偏心两种，按公称压力有3.92、6.28、9.8Mpa三种。冲压三通又无缝钢管加工而成，分等径三通和异径三通两种。2.6.2 螺纹连接管件室内燃气管道的管径不大于50mm时，一般均采用螺纹连接管件。管件有两种材质，可锻铸铁异形管件和钢制管件。钢制管件有镀锌与不镀锌之分，管件上均带有圆锥形或圆柱形管螺纹。2.7 阀门阀门是石油和天然气工业中应用最为广泛的一种设备。它主要用来控制和截断各种管道和设备内介质的流动。阀门的种类很多，结构也不完全一致，故分类也不统一。按用途分：化工、石油、电站等；按输送介质分：水、蒸汽、空气等；按连接型式：内螺纹、焊接法兰等；按温度：高温、低温等我国目前习惯按压力和结构来分类阀门。根据公称压力，将阀门大致分为三类：低压阀：1.6Mpa；中压阀：2.5，4.0，6.4Mpa；高压阀：10.0Mpa。按结构型式，分成：闸阀、球阀、截止阀等几种。2.8 换热设备实现传热过程的设备称为换热器。2.8.1 传热机理热量从温度较高的物体传递到温度较低的物体的方式有热传导、热对流和热辐射三种基本方式。而实际的传热过程，往往是两种或三种基本方式的组合。（3） 热传导热量从物体中温度较高的部分传递到温度较低的部分或者从温度较高的物体传递到与之接触的温度较低的另一物体的过程称为热传导。在纯热传导过程中，物体各部分之间不发生相对位移，也没有能量形式的转换。热传导是热量在宏观静止物质内传递的形式。（4） 热对流热对流是指流体各部分质点发生相对位移而引起的热量传递过程。对流仅发生在流体中，而且必然伴随着有导热现象，但对流传热是主要的。在工业上遇到的对流传热，是将热量由流体传至固体壁或由固体壁传入周围的流体。若用机械能使流体发生对流而传热的称为强制对流传热。若流体原来是静止的，因受热而有密度的局部变化，导致发生对流而传热的，则称为自然对流传热。（5） 热辐射物体以电磁波的方式传递能量的过程称为辐射，被传递的能量称为辐射能。物体可由不同的原因产生电磁波，其中就有热辐射。在热辐射过程中，物体的热能转变为辐射能，向外界辐射能量，只要物体的温度不变，则发射的辐射能也不变，物体在向外界发射辐射能量的同时，也可能不断的吸收周围其他物体发射来的辐射能。所谓辐射换热就是不同物体间互相辐射和互相吸收能量的综合过程。显然，辐射能量的净结果是高温物体向低温物体传递了能量。2.8.2 常用换热器的工艺计算利用水套炉加热来提高节流前天然气的温度，或者铺设平行于集气管线的热水伴随管线，使气体流动温度保持在天然气的水露点以上可防止节流阀处或输气管线水合物的形成。(1)水套炉加热供热量计算为保证气体在采出和输送过程中不形成水合物，需要水套炉提供一定热量，即 式中 q加热天然气所需的热量，kJ/h；T1、T2天然气加热前后的温度，K；Q管线输气量，m3/d；天然气定压比热，kJ/(kg.K)；天然气相对密度。流前后的压力与其流量的关系为13： (2.29) 式中 ，天然气节流前、后的压力，Pa；qsc气体体积流量(标况)，m3/d；节流孔眼直径，mm；气体绝热指数；T1节流前的温度，K；Z1节流前气体的偏差系数；gg 为天然气相对密度。在已知天然气的流量、节流前的温度和压力时，由式(2.29)可确定节流后的压力。对于单位质量气体稳定流动，能量守恒方程为： (2.30)式中 h1，h2节流前后气体的比焓，J/kg；1，2节流前后气体的流速，m/s；z1，z2节流前后气体的位置，m；q气体与周围环境的热交换，J/kg；ws气体所作的轴功，J/kg；g重力加速度，m/s2。天然气通过节流孔眼时流速很高，在孔眼附近的气流与外界的热交换甚小,一般可忽略不计，节流过程视为绝热过程。若节流前后两截面取在距离孔眼稍远的位置，则节流动能较其焓值甚小，也可忽略。忽略节流前后的高差变化，式(2.30)可简化为： （2.31）上式意指绝热节流前后焓值相等。节流过程并非等焓过程，节流前后存在前降后升的焓变。(2)节流温降计算A.相平衡计算当温度降低及压力发生变化时，都会导致天然气凝析液产生。为了更合理地确定天然气节流后的温度，需要进行相平衡计算。相平衡常数为处于气液相平衡体系中的某一组分在气相和液相中的摩尔分数之比。 （2.32）式中 Ki组分i的相平衡常数；xi组分i在液相中的摩尔分数；yi组分i在气相中的摩尔分数。气液两相混合物达到相平衡时，应满足下式归一化条件： （2.33） （2.34）式中 e天然气气相摩尔分数。在烃类体系相态平衡计算中常用Peng-Robinson14（1976）方程： （2.35）式中： （2.36） （2.37） （2.38） （2.39） （2.40） （2.41）式中 Kij天然气的交互作用参数；pci组分i的气体临界压力；Tci组分i的气体临界温度；Tri组分i的对比温度；R气体常数，8.314kJ/（kmol.K）；wi组分i的偏心因子。B.节流温降计算在给定条件下物质的焓可表示为该温度下理想气体的焓h0与等温焓差（h-h0）之和。等温焓差的热力学方程为： （2.42）天然气状态方程的压力形式为 （2.43）将式（2.35）、（2.43）代入式（2.42），可导出等温焓差公式如下： （2.44）式中： （2.45） （2.46）组分i的理想气体的焓可表示为温度的5次方程： （2.47） （2.48）式中，B0iB5i15为理想气体的焓常数。由给定温度条件下等温焓差（h-h0）和理想气体的焓h0，该条件下混合物的焓值为： （2.49） （2.50） （2.51）式中 气体平均分子量，kg/kmol；组分i的气体平均分子量，kg/kmol；液相的焓，J/kg；气相的焓，J/kg。已知天然气组成、节流前温度和压力，由式（2.44）（2.50）可求出节流前天然气的焓值h1。根据相平衡计算可求得节流后天然气的气相摩尔分率e、各组分的液相摩尔分数xi及气相摩尔分数yi。假设节流后的温度初值TD，由式（2.44）（2.51）可求得节流后混合物的焓h2，然后调整TD使h1、h2相等，通过如此迭代方法便可求出天然气节流后的温度。计算说明书1.设计参数1.1 设计题目某常温集气站的工艺设计21.2 题目说明内容1.2.1 原始参数井号产量（）进站压力（MPa）进站温度（）11010.53121215.029397.527410.514.9305117.3256181124出站压力：4Mpa气体组成： （%V） 凝析油含量：1.2.2 计算内容计算工艺中所涉及的设备、阀、管线并选型。2.气井流程按照设计内容所给数据分析，该设计题目气井总流程为：1、6；2、4；3、5井两两汇拢，初步处理后，集中到总管进行处理的流程。3.换热器的计算3.1各项工作状态下物性参数井号 进口温度 出口温度 平均温度 工作压力 1# 31 54 42.5 15