油气集输课程设计

1、重庆科技学院油气储运专业课程设计 安全阀的选型（不同位置）重庆科技学院课程设计报告 院（系）: 石油与天然气工程学院 专业班级: 油气储运2011-02 学生姓名: 滕明磊 学 号: 2011441017 设计地点（单位） 石油与安全科技大楼K713 设计题目:某常温集气站的工艺设计安全阀的选型（不同 位置） 完成日期： 2014 年 6 月 20 日 指导教师评语: _ 成绩（五级记分制）: 指导教师（签字）: 摘要 安全阀的选型是一项比较重要的工作，选型恰当与否将直接影响管道和设备的安全。根据已给的设计指导参数，确定该常温集气站的流程为常温分离多井集气站流程，由于各井口的进站压力不同，所以

2、把进站压力相同的井口汇集起来集中进行分离计量，其中，1号、3号、6号井为一组进行分离计量，2号、4号、5号井为另一组进行分离计量。安全阀的位置分别安装在集气汇管上和常温分离器上，以保护整条管线的安全和分离器的运行安全。根据安全阀设计的相应规范，由计算得到天然气的基本物性数据（最大泄放量G、分子量M、气体特性系数C、流量系数Kf、压缩系数Z、最高泄放压力Pm、泄放温度Ti、天然气密度）。然后根据所得的物性参数计算出安全阀通道截面积A和直径D。根据上述计算所得出的数据，设计出安全阀的结构尺寸，对其选型。 关键词：安全阀 选型 基本物性参数 通道截面积 直径目录摘要I1.绪论 2

3、2.安全阀的选型原则32.1安全阀的工作原理32.2安全阀的选型基本原则32.21.确定安全阀的通径 32.22材质的确定 32.23安全阀特殊结构的确定 42.3 安全阀的主要性能指标 43.安全阀的选型计算53.1基本参数53.2安全阀计算公式63.21天然气的分子量 73.22压缩系数Z73.23天然气密度73.24最大泄放量G73.25最大泄放压力是的进口压力83.26安全阀进口处绝对温度83.27 天然气的绝热系数93.28气体特性系数C（K1.3）93.29安全阀通道截面积A9 3.3安全阀的型号选取104.安全阀的安装与

4、维护115.总结12参考文献131.绪论 安全阀（Safety Valve，又称泄压阀Relief Valve）是自动阀门，它不借助任何外力，根据压力系统的工作压力自动启闭，一般安装于封闭系统的设备或管路上保护系统安全。当设备或管道内压力超过安全阀设定压力时，自动开启泄压，保证设备和管道内介质压力在设定压力之下，保护设备和管道正常工作，防止发生意外，减少损失。安全阀是压力容器在运行中实现超压泄放的安全附件之一，是油气田集输工艺必不可少的重要元件，也是在线压力容器定期检验中必检项目。它包括防超压和防真空两大系列，即一为排泄容器内部超压介质防止容器失效，另一方面则为吸入外部介质以防止容器

5、刚度失效。它的主要作用是在受内压的管道和容器上起保护作用，防止超压，保障安全。凡符合压力容器规范适用范围的压力容器按设计图样的要求装设安全阀。2.安全阀的选型原则2.1安全阀的工作原理安全阀工作原理是当安全阀阀瓣下的蒸汽压力超过弹簧的压紧力时，阀瓣就被顶开。阀瓣顶开后，排出蒸汽由于下调节环的反弹而作用在阀瓣夹持圈上，使阀门迅速打开。随着阀瓣的上移，蒸汽冲击在调节环上，使排气方向趋于垂直向下，排气产生的反作用力推着阀瓣向上，并且在一定的压力范围内使阀瓣保持在足够的提升高度上随着安全阀的打开，蒸汽不断排出，系统内的蒸汽压力逐步降低。此时，弹簧的作用力将克服作用于阀瓣上的蒸汽压力和排气的反作用力，从

6、而关闭安全阀。2.2安全阀的选型基本原则 2.21.确定安全阀的通径  根据必需排放量来确定，安全阀的排放能力必需排放量。被保护系统所必需的排放量是指：系统发生异常超压时为防止超压所必须排除的量，它是由系统或设备的工作条件、容量以及可能引起超压等因素决定的。  2.22材质的确定  选用安全阀的材质应考虑介质的工作温度、工作压力，介质性能以及材料的工艺性，经济性等多种因素。一般情况下用户可根据生产单位提供的安全阀样本中列举的不同型号安全阀的工作温度、压力范围以及代表性使用介质的种类进行选用。对材质有特殊要求时，可在订货时与生产单位协商解决。根据介质特性选合适的安全

7、阀材料:如含氨介质不能选用铜或含铜的安全阀;乙炔不能选用含铜70%或紫铜制的安全阀。  2.23安全阀特殊结构的确定  （1)带散热器安全阀的选用：对于开启压力大于3MPa的蒸汽用的安全阀或介质温度超过320的气体用的安全阀,应选用带散热器(翅片)的形式。  （2)波纹管安全阀：对承受附加背压力的安全阀，而且其背压力变化量超过整定压力10时，应选用这种安全阀。另外对使用有腐蚀性介质的安全阀，为防止弹簧及导向机构受介质腐蚀，也应选用波纹管安全阀。  （3)对于易燃、毒性为极度或高度危害介质必须采用封闭式安全阀,如需采用带有提升机构的,则应采用封闭式带板手安

8、全阀。  （4)对空气、60以上热水或蒸汽等非危害介质,则应采用带板手安全阀。 （5）液化槽(罐)车,应采用内置式安全阀。（6）采油井出口用安全阀，一般选用先导式安全阀。  （7）对于泄放量大的工况,应选用全启式；对于工作压力稳定,泄放量小的工况,宜选用微启式；对于高压、泄放量大的工况,宜选用非直接起动式,如脉冲式安全阀；对于容器长度超过6m的应设置两个或两个以上安全阀。  （8)工作压力Pw低的固定式容器,可采用静重式（高压锅）或杠杆重锤式安全阀，移动式设备应采用弹簧式安全阀。  （9）对于介质较稠且易堵塞的,宜选用安全阀与爆破片的串联组合式

9、的泄放装置。 （10）空气或其他气体介质用安全阀，一般选用封闭全启式弹簧安全阀。 （11)当安全阀有可能承受背压是变动的且变动量超过10%开启压力时,应选用带波纹管的安全阀。 (12)根据安全阀公称压力大小来选择的弹簧工作压力等级，安全阀公称压力与弹簧工作压力关系。 （13）若要求对安全阀做定期开启试验时，应选用带提升扳手的安全阀，当介质压力达到开启压力的75%以上时，可利用提升扳手将阀瓣从阀座上略为提升，以检查安全阀开启的灵活性。（14）安全阀应动作灵敏可靠,当到达开启压力时,阀瓣应及时开启和完全上升,以顺利排放;同时应具有良好的密封性能,不仅正常工作时保持不漏,而且要求阀瓣在开启复位后及时

10、关闭且保持密封;在排气压力下阀瓣应达到全开位置,无震荡现象,并保证排出规定的气量。2.3 安全阀的主要性能指标 （1）安全性：阀门出厂时按国家相关标准进行了强度试验与密封试验，确保阀门的机械性能符合国家标准的要求。 （2）灵敏性：阀门的起跳条压力、回座压力，在国家标准及用户要求的范围内，起跳压力准确、起跳迅速，回座压力稳定。  （3）密封性：阀门回座后密封性能优良，无泄漏。  （4）有排放量要求的安全阀，阀门起跳后排放量达到国家标准规定的要求之机械特性，阀门的密封性能及其它性能保持稳定，不发生变化。3.安全阀的选型计算3.1基本参数 表3.11

11、 站场概况 产量（)()126162922117283191628.5424172951417286161628出站压力：6MPa 表3.12 天然气组成 气体组成成分含量（%）93.492.550.910.510.620.450.580.320.57凝析油含量：20g/ =0.753.2安全阀计算公式(1)A=式中：A安全阀通道截面积，；          G安全阀最大泄放量，kg/h；  安全阀在最大泄放量时的进口压力，（绝）；     K流量系数；&

12、#160; Cf（k）与气体的绝热指数k有关；     M气体千克分子量；   安全阀进口处绝对温度，K；     Z气体压缩系数。  （2）直径： 式中：D安全阀的直径，cm； A安全阀通道截面积，；3.21天然气的分子量  =16×93.49%+30×2.55%+40×0.91%+ 54×0.51%+68×0.62%+2×0.45%+ 28×0.58%+34×0.32%+44×0.5

13、7% = 17.323.22压缩系数Z 根据设计参数，由公式：Z= 可得：(1)在安全阀1处时，压缩系数为：=(2)在安全阀2处时，压缩系数为：=(3)在安全阀3、4处时，压缩系数为：=3.23天然气密度由：PV=nRT=RT可得：=则天然气的密度为：（1） 汇管1:=180.21 kg/（2） 汇管2:=205.57 kg/（3） 分离器内：=49.83kg/3.24最大泄放量G安全阀的泄放量应根据具体工艺工程来确定。安全阀的泄放量均认为单位时间内流过设备的气体质量流量。（1）汇管1的总产量为：61×/d则汇管1的最大泄放量： =180.21kg/= 4580337.5 kg/h（

14、2）汇管2的总产量为：59×/d则汇管2的最大泄放量： =205.57kg/= 5053595.833 kg/h（3） 分离器1的最大泄放量为： =49.83 kg/= 1266512.5 kg/h（4） 分离器2的最大泄放量为：=49.83 kg/= 1224987.5 kg/h3.25最大泄放压力是的进口压力 安全阀开始起跳时的进口压力称为安全阀的泄放压力或定压。它应等于受压设备或管道的设计压力。可按下面方法确定： 当P1.8MPa           

15、0;  =P+0.18P 当1.8MPa<P7.5MPa       =1.1P 当P>7.5MPa              =1.05P 式中： P被保护设备或管道操作绝对压力，  安全阀泄放绝对压力，  则有：（1） 安全阀1取汇管1的压力, 则=1.05×13.8=14.49MPa=144

16、.9（2） 安全阀2取汇管2的压力，则 =1.05×14.9=15.645MPa=156.45（3） 安全阀3、4取分离器内压力，则 =1.1×6=6.6MPa=3.26安全阀进口处绝对温度（1）在安全阀1处，其进口绝对温度取井口1、3、6节流后的平均温度：  =22.43+273=295.43 K （2）在安全阀2处，其进口绝对温度取井口2、4、5节流后的平均温度：   =23.07+273=296.07 K（3）在安全阀3、4处，其进口绝对温度取分离器内温度： =20+273=293 K3.27 天然气的绝热系数表3.27 部分物

17、料的物性表物料分子量比重临界压力(MPa)临界温度(K)绝热指数K=Cp/Cv气相液相甲烷16.040.5550.4154.64191.11.31乙烷30.071.050.5464.88305.51.22丙烷44.091.550.5854.253701.13丁烷72.152.490.6253.334611.09戊烷72.152.490.6313.37469.81.07氢气 2.0160.0700.07091.2933.31.41二氧化碳44.011.531.1017.393041.30氯化氢36.501.278.263241.41硫化氢34.071.199.0273.61.32由表可得：甲烷K

18、=1.31 乙烷K=1.19 丙烷K=1.13 丁烷K=1.09 氢气K=1.41 硫化氢K=1.32 二氧化碳K=1.30 所以天然气的绝热系数为： =1.31×93.39%+1.22×2.55%+1.13×0.91%+1.09×0.51%+1.41×0.45%+1.32×0.32%+1.30×0.57% =1.288343.28气体特性系数C（K1.3）由气体特性系数C的经验公式C=387得：C=387=387×=258.233.29安全阀通道截面积A由以上算得数据和已知公式可得:(1）安全阀1的通道截面积：4

19、0.48则直径：(2）安全阀2的通道截面积：40.23则直径：cm(3）安全阀3的通道截面积：29.79则直径：cm(4）安全阀4的通道截面积：28.81则直径：cm所以由计算可得各个位置处的安全阀的选型参数为：安全阀编号 安全阀通道截面积 ()直径（cm）安全阀入口压力（MPa）安全阀1 40.487.1813.8安全阀2 40.237.1614.9安全阀3 29.796.166.0安全阀4 28.816.066.03.3 安全阀的型号选取由上面计算所得安全阀的基本选型参数，并查下表：表3.3 安全阀型号规范表名称型号工作温度适用介质公称直径范围mm微启式封闭弹簧安全阀A41H-1

20、6CA41H-25A41H-40A41H-64300300300300气体、石油、水气体、石油、水气体、石油、水气体、石油、水255025100251002550全启式封闭弹簧安全阀A42Y-16CA42Y-40A42Y-64A42Y-100300300300300气体、石油气体、石油气体、石油气体、石油4015050150401005080 由安全阀计算所得的选型参数和安全阀型号规范表可选取安全阀的选型分别为： 安全阀编号型号安全阀1A42Y-100，DN80安全阀2A42Y-100，DN80安全阀3A42Y-64，DN70安全阀4A42Y-64，DN704.安全阀的安装与维护安全阀的安装和

21、维护应注意以下施工事项、安装要点 1.安装位置、高度、进出口方向必须符合设计要求，注意介质流动的方向应与阀体所标箭头方向一致，连接应牢固紧密。2.阀门安装前必须进行外观检查，阀门的铭牌应符合现行国家标准通用阀门标志GB 12220的规定。对于工作压力大于1.0MPa及在主干管上起到切断作用的阀门，安装前应进行强度和严密性能试验，合格后方准使用。强度试验时，试验压力为公称压力的1.5倍，持续时间少于5min，阀门壳体、填料应无渗漏为合格。严密性试验时，试验压力为公称压力的1.1倍；试验持续的时间符合GB 50243的要求。3.安全阀出口处应无阻力，避免产生受压现象。4.压力容器与安全阀之间的连接

22、管件的通孔，其截面积不得小于安全阀的进口截面积，其接管应尽量短而直。 5.压力容器一个连接口上装设两个或两个以上的安全阀时，则该连接口入口的面积，应至少等于这些安全阀的进口截面积总和。 6.安全阀与压力容器之间一般不宜装设截止阀门。为实现安全阀的在线校验，可在安全阀与压力容器之间装设爆破片装置。对于盛装毒性程度为极度、高度、中度危害介质，易燃介质，腐蚀、粘性介质或贵重介质的压力容器，为便于安全阀的清洗与更换，经使用单位主管压力容器安全的技术负责人批准，并制定可靠的防范措施，方可在安全阀（爆破片装置）与压力容器之间装设截止阀门。压力容器正常运行期间截止阀必须保证全开（加铅封或锁定），截止阀的结构

23、和通径应不妨碍安全阀的安全泄放。7.安全阀在安装前专门测试，并检查其密封性。8.对使用中的安全阀应作定期检查。 5.总结 专业课程设计的大幕瞬间被拉开，又瞬间被拉上，为期两个星期的课程设计转瞬即逝，本以为课程设计专周会轻松简单的度过，但没想到竟会是如此的匆忙。在这次安全阀结构设计中，开始我们以为安全阀的选型只要找到公式，把相关数据代入公式中计算出来就好了，所以觉得会做的很快，但是在做课程设计的时候才发现并不是这么简单，每一个数据都要通过团队协作才能计算得出来。 安全阀结构虽然在我们的课程的学习中有所接触，但是在平时的课程中都没怎么深究，所以懂得不太多，因此很多的资料和参数都需要我们自己去查、去计算，这无疑给我的课程设计带来了一定的困难。但这也是我们做课程设计的目的，在课程设计的过程中，我们要找出问题，然后去逐一地解决这些问题，在解决