某低温集气站的工艺设计—安全阀的选型

1、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：_学生姓名：_ 学 号:_设计地点（单位）_设计题目: :某低温集气站的工艺设计一安全阀的选型_完成日期：年 月 日指导教师评语：_成绩（五级记分制）：_指导教师（签字）：_摘要本小组设计任务书中所要求设计的气井所产的天然气，含有较高的硫化氢和凝析油，且井口压力较高。需要在矿场集气站内进行节流调压和分离计量等操作。要求采用 低温集气工艺，所以需要加注化学抑制剂以防止水合物的产生。为了保障整个集气站的 生产安全有效的进行，所以在必要的地方必须设置安全阀。安全阀结构设计的相应规范， 注意事项，各种数据的代入，公式的查询，图标的查询，

2、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（分子量M安全阀进口处的绝对温度T、绝对压力P、 天然气的密度P和相对密度、最大泄放量G气体特性系数X,流量系数C0、压缩因 子Z最高泄放压力R）。根据数据计算出安全阀最下泄放面积A以及通径d。根据计算 得出的数据，设计出安全阀的结构尺寸，对其选型。关键词：安全阀流量系数压缩系数气体特性系数最大泄放量 安全阀最小泄放 面积目录1引言.12基础数据资料.23设计计算.33.1天然气的相对分子质量M天.33.2安全阀进口处绝对温度 .33.3天然气的压缩因子Z. 33.4天然气的密度p和相对密度.43.5最大泄放量G.53.6天然气的气体特

3、性系数X. 53.7最大泄放压力 .63.8安全阀的通道截面积A.73.9安全阀的喉径d的计算.73.10计算结果.84安全阀的设置与选型.94.1安全阀的设置.94.2安全阀形式的选择.94.3安全阀的分类.104.4安全阀的主要性能指标 .104.5安全阀型号的确定 .104.6安全阀材质的确定.124.7安全阀特殊结构的确定 .125总结.146参考文献.151 引言天然气集输系统是储运系统中的重要组成部分，而集气站是集输系统的核心。对于压力高、产气量大的气井，在气体中出主要组成甲烷外，还含有较高的硫化氢、二氧化 碳和凝析油以及程气态和液态的水分。在这种情况下，宜采用低温分离流程，即在集

4、气 站采用低温分离的方法。而安全阀是工艺系统中的重要组成部分，它保障了系统的安全 运行。它是由弹簧或导阀控制的，当入口处静压超过设定压力时，阀瓣上升以泄放被保护 系统的超压，当压力降回至回座压力时，可自动关闭。2 基础数据资料2.1 原始数据资基础资料表 2.1井号产量（io4m/d）进站压力（MPa进站温度（C）118163122216303201632416163257163061410317191030凝析油含量：20g/m3SL=0.78天然气气体组成（% 表 2.2甲烷85.33乙烷2.2丙烷1.7丁烷1.56戊烷1.23己烷0.9硫化氢6.3二氧化碳0.78出站压力：6MPa:天然

5、气露点：-5C3 设计计算3.1 天然气的相对分子质量M天M天=、YiMi(3.1)式中M天一天然气的视相对分子质量；Yii组分的体积分数；Mi i组分的相对分子质量。M天=16 85.33%+30 2.2%+44 1.7%+58 1.56%+72 1.23%+86 0.9%+34 6.3%+44 0.78%=20.113.2 安全阀进口处绝对温度热力学温度与摄氏度之间的换算关系是：T “ 273.15(3.2)式中T热力学温度(绝对温度)，K;t摄氏温度，C。在安全阀a处，其进口绝对温度取15号井井口最高温度：Ta=32+273=305K在安全阀b处，其进口绝对温度取6、7号井的最高井口温度

6、:Tb=31+273=304K在安全阀c处，其进口绝对温度取分离器后的温度：Tc=7.8+273=280.8K3.3 天然气的压缩因子 ZP绝对压力MPaT绝对温度K1Z =15.072 106P1。1.785二(3.3)3.825相对密度1Z2Z3Z6Z7_ - 0 6961.785 0.696101 5.027 10163825(273+31)=Z5=Z40 693101.785如691 5.027 10616-0(273+30)1.785.69=0.6991 5.027 1016(273 32)3.825101.785M.690.7861 5.027 1010(273 31)3.8251

7、。1 7850.69-0.7831 5027 1 061 0茹飞产Za取Z3,Zb取Z61.785 0.6934- 0.7 261 5.027 1010(273 7.8)38253.4 天然气的密度P和相对密度由:PV二nRTMRT(3.4)1PM式中p气体在任意压力下、温度下的密度，kg/m3;P-天然气的压力（绝）,KPaM天然气的相对分子质量;z天然气的压缩因子;T天然气的绝对温度,可得:8.314 ZT(3.5)3.5 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过设备的气体质量流量。24式中Q-天然气日产量，m/d;p天然气的密度，kg/m3;3.6 天然气的气体特性系数 X

8、部分物料的物性表3.1物料分子量比重临界压力MPa临界温度K绝热指数Cv气相液相则该天然气的密度:PMPM8.3148.314 ZTZTPMPM8.314ZT8.314ZTPMPM8.314ZT8.314ZT天然气的相对密度1616 1010620.1120.118.3148.3140.6990.699 3053051010 1010620.1120.118.3148.314 0.7860.786304304=181=181.53kg/m.53kg/m3= =101.23kg/m101.23kg/m31010 1010620.1120.118.3148.3140.7260.726(273(27

9、37.8)7.8)= =118.72kg118.72kg /m/m3M空29 =69(3.6)83 10424181.53 =6277912.5kg/h33 10424101.23 =1391912.5kg/hGc4116 1024118.72 =5738133.33kg/h安全阀的泄放量均认为单位时间内流(3.7)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58.122.0070.5793.8425.21.094戊烷72.152.490.6313.37469.8

10、1.07己烷86.172.970.6593.03507.91.06硫化氢34.071.19一9.0273.61.32二氧化碳44.011.531.1017.393041.30天然气190.656一一一1.27该天然气的绝热指数k=1.31 85.33% 1.22 2.2% 1.13 1.7%1.094 1.56%1.07 1.23% 1.06 0.9% 1.32 6.3% 1.30 0.78%-1.30气体特性系数表由气体绝热指数k值，查得气体特性系数x。气体特性系数表3.2kxkxkxkx1.013171.113281.213381.313481.023181.123291.223391.3

11、23491.033191.133301.233401.333501.043201.143311.243411.343511.053211.153321.253421.353521.063221.163331.263431.363531.073231.173341.273441.373531.083251.183351.283451.383541.093261.193361.293461.393551.103271.203371.303471.40356查得天然气的特性系数为3473.7 最大泄放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

12、方法确定：当P U8MPaPo=P+O.18MPa (3.8)当1.8MPa7.5MPaPO=1.O5P式中：P被保护设备或管道操作绝对压力，MPaP0安全阀泄放绝对压力，MPa已知安全阀a取15号井的井口压力， 贝U巳=1.05 16 =16.8MPa安全阀b取6、7号井的井口压力， 则 Pb=1.05 10 hO.5MPa 安全阀c处取分离器后的压力，Pc=1.05 10=10.5MPa3.8 安全阀的通道截面积A(3.9)式中A最小泄放面积，口市G质量泄放流量，kg/h；X气体特性系数；P0泄放压力，MPa;Z气体压缩因子；T泄放温度，k;M分子量。流量系数(C0)由制造厂提供。对于带调

13、节圈的微启式安全阀：若没有制造厂的数据时，对于全启式安全阀:C0=0.60.7;C0=0.40.5;对于不带调节圈的微启式安全阀：C=0.250.35。气体特性系数(x)见表2.46277912.50.699汉30510.197 0.65 347 16.8 20.112=529.02mm3.10 计算结果表 3.3安全阀的位置安全阀通道截积2mm安全阀通道直径mm安全阀泄放压力MPaa529.0225.9516.8b198.6815.9010.5c756.5331.0410.51391912.5Ab :-10.197 0.65 347 10.5 ,20.10786 304=198.68mm57

14、38133.33726 28.J 756.53mm10.197 0.65 347 10.5 .20.113.9安全阀的通径d 计dadbdb=25.95 mm= 15.90mm= 31.04mm4 安全阀的设置与选型4.1 安全阀的设置4.1.14.1.1 安全阀适用于清洁、无颗粒、低粘度流体。凡必须安装安全泄压 装置而又不适合安装安全阀的场所，应安装爆破片或安全阀与爆破片串联 使用。4.1.24.1.2 凡属下列情况之一的容器必须安装安全阀：1独立的压力系统（有切断阀与其它系统分开）。该系统指全气相、全液相或气相 连通；2容器的压力物料来源处没有安全阀的场合；3设计压力小于压力来源处的压力的

15、容器及管道；4容积式泵和压缩机的出口管道；5由于不凝气的累积产生超压的容器；6加热炉出口管道上如设有切断阀或控制阀时，在阀上游应设安全阀；7由于工艺事故、自控事故、电力事故、火灾事故和公用工程事故引起的超压部位；8液体因两端阀门关闭而产生热膨胀的部位；9凝气透平机的蒸汽出口管道；10某些情况下，由于泵出口止回阀的泄漏，则在泵的入口管道上设置安全阀；4.1.34.1.3 安全阀距震动源的距离安全阀距震动源的最小距离表4.1压力波动源最小直管段长度控制阀和截止阀25 倍管径不在一个平面内的两个弯头20 倍管径同一个平面内的两个弯头15 倍管径一个弯头10 倍管径脉动衰减器10 倍管径4.2 安全阀

16、形式的选择4.2.14.2.1 排放气体或蒸汽时，选用全启式安全阀。4.2.24.2.2 排放液体时，选用全启式或微启式安全阀。4.2.34.2.3 排放水蒸气或空气时，可选用带扳手的安全阀。4.2.44.2.4 对设定压力大于 3MPa3MPa 温度超过 235235C的气体用安全阀，则选用 带散热片的安全阀，以防止泄放介质直接冲蚀弹簧。4.2.54.2.5 排放介质允许泄放到大气时，选用开式阀帽安全阀；不允许泄漏 致大气时，选用闭式阀帽安全阀。426426 排放有剧毒、有强腐蚀性、有极度危险的介质，选用波纹管安全 阀。427427 高背压的场合，选用背压平衡式安全阀或导阀控制式安全阀。42

17、8428 在某些重要场合，有时要安装互为备用的两个安全阀。两个安全阀的进口和出口切断阀宜采用机械联锁装置，以确保在任何时候（包括维 修、检修期间）都能满足容器所要求的泄放面积。4.3 安全阀的分类4.3.14.3.1 安全阀按加载结构分：1杠杆重锤式安全阀。重锤通过杠杆加载到阀瓣上，载荷不随开启高度而变化。由 于这种安全阀比较笨重，回座压力低，在油气集输工程中较少采用。2弹簧式安全阀。弹簧力加载于阀瓣，载荷随开启高度变化。其优点在于比重锤式安全阀小、轻便、灵敏度高、安装位置不受严格限制，在油气集输工程中普遍采用。3先导式安全阀。由主阀和副阀组成。介质压力和弹簧压力同时加载于主阀瓣，超 压时副阀

18、瓣先开启，导致主阀开启。主要用于大口径和高压场合。432432 安全阀按阀体构造分：全圭寸闭式一排放时，介质不会向外泄露而全部通过排泄管排放掉。半封闭式一排放时，介质一部分通过排泄管排放，另一部分从阀盖与阀杆的配合处 向外泄露。敞开式一排放时，介质不通过排泄管，直接由阀瓣上方排放。4.4 安全阀的主要性能指标4.4.14.4.1 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。4.4.24.4.2 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。4.4.34.4.3 密封性。阀门回座后密

19、封性能优良，无泄漏。4.4.44.4.4 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。4.5 安全阀型号的确定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。安全阀技术参数表 4.2名称型号适用介质工作温度C公称直径范围 mm微启式全封闭安A41H-16C空气、石油、水 3002550全阀A41H-25空气、石油、水 30025100A41H-40空气、石油、水 30025100

20、A41H-100空气、石油、水 3001550全启式全封闭安A44Y-16C空气、石油 30040150全阀A44Y-40空气、石油 30050150A44Y-64空气、石油 30040100A44Y-100空气、石油 3005080安全阀外形尺寸表 4.3型号公称通径 DNmm外形尺寸 mm重量进口法兰外径D出口通径 d出口法兰外径D1A41H-4025115321353213515401454014520501605016025501958019575A41H-6425100G14510A44Y-16C40145501602550160651803080195100215651002151

21、2524580150280175310135A44Y-40401455016025305016065180708019510021595100230125245155150300175310A44Y-64401655016032501756518035802108023070300250125270115A44Y-1004016050160405019565180508023010023075100265125270125选型结果：安全阀a、b、c均选A44Y-404.6 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

22、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。4.7 安全阀特殊结构的确定4.7.14.7.1 带散热器安全阀的选用对于开启压力大于3MPa蒸汽用的安全阀或介质温度超过320C的气体用的安全阀,应选 用带散热器（翅片）的形式。4.7.24.7.2 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

23、弹簧及导向机构受介质腐蚀，也应选 用波纹管安全阀。4.7.34.7.3 对于易燃、毒性为极度或高度危害介质必须采用圭寸闭式安全阀, ,如需采用带有提升机构的，则应采用封闭式带板手安全阀。4.7.44.7.4 对空气、 6060C以上热水或蒸汽等非危害介质， 则应采用带板手安 全阀。4.7.54.7.5 液化槽（罐）车, ,应采用内置式安全阀。4.7.64.7.6 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 6m6m 的应设置两个或两个以上安 全阀。4.7.74.7.7 工作压力 PwPw 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. .移动式设备应米用弹簧式安全阀。4.7.84.7.8 对于介质较稠且易