某低溫集氣站地實用工藝設計-安全系統(tǒng)閥地選型

科技學院課程設計報告院（系）：石油與天然氣工程學院—專業(yè)班級： 學生： 學號: 設計地點（單位） 設計題目:某低溫集氣站的工藝設計一安全閥的選型 完成日期：年月日指導教師評語： 成績（五級記分制）： 指導教師（簽字）： 摘要本小組設計任務書中所要求設計的氣井所產(chǎn)的天然氣，含有較高的硫化氫和凝析油，且井口壓力較高。需要在礦場集氣站進行節(jié)流調壓和分離計量等操作。要求采用低溫集氣工藝，所以需要加注化學抑制劑以防止水合物的產(chǎn)生。為了保障整個集氣站的生產(chǎn)安全有效的進行，所以在必要的地方必須設置安全閥。安全閥結構設計的相應規(guī)，注意事項，各種數(shù)據(jù)的代入，公式的查詢，圖標的查詢，根據(jù)安全閥設計的相應規(guī)，由計算得到天然氣的基本物性數(shù)據(jù)（分子量M、安全閥進口處的絕對溫度T、絕對壓力P、天然氣的密度P和相對密度△、最大泄放量G、氣體特性系數(shù)X，流量系數(shù)Co、壓縮因子Z、最高泄放壓力Po）0根據(jù)數(shù)據(jù)計算出安全閥最下泄放面積A以及通徑d。根據(jù)計算得出的數(shù)據(jù)，設計出安全閥的結構尺寸，對其選型。關鍵詞：安全閥流量系數(shù)壓縮系數(shù)氣體特性系數(shù)最大泄放量安全閥最小泄放面積目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"引言 1\o"CurrentDocument"基礎數(shù)據(jù)資料 2\o"CurrentDocument"設計計算 3\o"CurrentDocument"天然氣的相對分子質量M天 3\o"CurrentDocument"安全閥進口處絕對溫度 3\o"CurrentDocument"3.3天然氣的壓縮因子Z 3\o"CurrentDocument"3.4天然氣的密度p和相對密度△ 4\o"CurrentDocument"3.5最大泄放量G 5\o"CurrentDocument"3.6天然氣的氣體特性系數(shù)X 5\o"CurrentDocument"3.7最大泄放壓力 6\o"CurrentDocument"3.8安全閥的通道截面積A 7\o"CurrentDocument"安全閥的喉徑d的計算 7\o"CurrentDocument"計算結果 8\o"CurrentDocument"安全閥的設置與選型 9\o"CurrentDocument"安全閥的設置 9\o"CurrentDocument"安全閥形式的選擇 9安全閥的分類 10安全閥的主要性能指標 10安全閥型號的確定 10安全閥材質的確定 12\o"CurrentDocument"安全閥特殊結構的確定 12總結 14\o"CurrentDocument"參考文獻 151引言天然氣集輸系統(tǒng)是儲運系統(tǒng)中的重要組成部分，而集氣站是集輸系統(tǒng)的核心。對于壓力高、產(chǎn)氣量大的氣井，在氣體中出主要組成甲烷外，還含有較高的硫化氫、二氧化碳和凝析油以及程氣態(tài)和液態(tài)的水分。在這種情況下，宜采用低溫分離流程，即在集氣站采用低溫分離的方法。而安全閥是工藝系統(tǒng)中的重要組成部分，它保障了系統(tǒng)的安全運行。它是由彈簧或導閥控制的，當入口處靜壓超過設定壓力時，閥瓣上升以泄放被保護系統(tǒng)的超壓，當壓力降回至回座壓力時，可自動關閉。2基礎數(shù)據(jù)資料2.1原始數(shù)據(jù)資基礎資料表2.1井號產(chǎn)量（104m3/d）進站壓力（MPa）進站溫度（C）118163122216303201632416163257163061410317191030凝析油含量：20g/m3Sl=0.78天然氣氣體組成（%）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硫化氫6.3二氧化碳0.78出站壓力：6MPa:天然氣露點：v-5C3設計計算3.1天然氣的相對分子質量 M天M天 YiMi (3.1)式中M天一天然氣的視相對分子質量；Yi—i組分的體積分數(shù)；Mi—i組分的相對分子質量。M天=1685.33%+302.2%+441.7%+581.56%+721.23%+860.9%+346.3%+440.78%=20.113.2安全閥進口處絕對溫度熱力學溫度與攝氏度之間的換算關系是:Tt273.15 (3.2)式中T—熱力學溫度(絕對溫度)，K;t—攝氏溫度，°C。在安全閥a處，其進口絕對溫度取1~5號井井口最高溫度：Ta=32+273=305K在安全閥b處，其進口絕對溫度取6、7號井的最高井口溫度:Tb=31+273=304K在安全閥c處，其進口絕對溫度取分離器后的溫度:Tc=7.8+273=280.8K3.3天然氣的壓縮因子Z615.0721010615.07210101.785(3.3)3.825P—絕對壓力P—絕對壓力[MPa]T—絕對溫度[K]△—相對密度Z2Z3Z6Z71.7850.6961015.02710 16 3825(27331)3Z50.69615.027106Z2Z3Z6Z71.7850.6961015.02710 16 3825(27331)3Z50.69615.02710616』1.7850.69(2733?82530)1.7850.6915.02710616云廠鏟1.7850.6915.02710610一(27331嚴50.6930.6990.78615.027106101。1.7850.690.783Za取Z3,Zb取Z6615.02710 103.825(27330)1.7850.6934100.726(2737.8)38253.4天然氣的密度p和相對密度△由:PVVnRT RTMPM(3.4)可得：8.314ZT(3.5)式中p—氣體在任意壓力下、溫度下的密度，kg/m3；P—天然氣的壓力（絕），KPa；M—天然氣的相對分子質量；Z—天然氣的壓縮因子；T—天然氣的絕對溫度，K0則該天然氣的密度:PM1610620.118.314ZT8.314 0.699305181.53kg/m3PM1010620.118.314ZT8.3140.786 PM1610620.118.314ZT8.314 0.699305181.53kg/m3PM1010620.118.314ZT8.3140.786 304101.23kg/m3PM1010620.118.314ZT8.314 0.726 (273 7.8)118.72kg/m3天然氣的相對密度△M天=20.11M天=20.11M空29=0.69(3.6)3.5最大泄放量G3.5最大泄放量G安全閥的泄放量應根據(jù)具體工藝工程來確定設備的氣體質量流量。QG士 (3.7)24式中Q—天然氣日產(chǎn)量，m3/d;p—天然氣的密度，kg/m3;安全閥的泄放量均認為單位時間流過4831046277912.5kg/hGa24181.53Gb43310101.231391912.5kg/h24Gc116104Gc11610424118.725738133.33kg/h3.6天然氣的氣體特性系數(shù)X部分物料的物性表3.1物料分子量比重臨界壓力MPa臨界溫度K絕熱指數(shù)Ck—Cv氣相液相

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58.122.0070.5793.8425.21.094戊烷72.152.490.6313.37469.81.07己烷86.172.970.6593.03507.91.06硫化氫34.071.19一9.0273.61.32二氧化碳44.011.531.1017.393041.30天然氣190.656一一一1.27該天然氣的絕熱指數(shù)k1.3185.33% 1.222.2%1.131.7% 1.0941.56%1.071.23%1.060.9%1.326.3%1.300.78%1.30氣體特性系數(shù)表由氣體絕熱指數(shù)k值，查得氣體特性系數(shù)x。氣體特性系數(shù)表3.2kxkxkxkx1.013171.113281.213381.313481.023181.123291.223391.323491.033191.133301.233401.333501.043201.143311.243411.343511.053211.153321.253421.353521.063221.163331.263431.363531.073231.173341.273441.373531.083251.183351.283451.383541.093261.193361.293461.393551.103271.203371.303471.40356查得天然氣的特性系數(shù)為3473.7最大泄放壓力安全閥開始起跳時的進口壓力稱為安全閥的泄放壓力或定壓。 它應等于受壓設備或管道的設計壓力?？砂聪旅娣椒ù_定：當P1.8MPa

P0=P+O.18MPa (3.8)當1.8MPa<P7.5MPaPo=1.1P當P>7.5MPa Po=1.O5P式中：P—被保護設備或管道操作絕對壓力，MPaP0—安全閥泄放絕對壓力，MPa已知安全閥a取1~5號井的井口壓力，貝U巳1.0516 16.8MPa安全閥b取&7號井的井口壓力，則Pb1.0510 10.5MPa安全閥c處取分離器后的壓力，Pc1.051010.5MPa3.8安全閥的通道截面積(3.9)10.197C。(3.9)10.197C。XP0「M式中A—最小泄放面積，mm2;G—質量泄放流量，kg/h；X—氣體特性系數(shù)；P0—泄放壓力，MPa;Z—氣體壓縮因子；T—泄放溫度，k;M—分子量。流量系數(shù)(C0)由制造廠提供。若沒有制造廠的數(shù)據(jù)時，對于全啟式安全閥 :C0=0.6~0.7;對于帶調節(jié)圈的微啟式安全閥： C0=0.4~0.5;對于不帶調節(jié)圈的微啟式安全閥：C0=O.25~O.35。氣體特性系數(shù)(x)見表2.4529.02mm26277912.5 (529.02mm20.6534716.8? 20.11

1391912.5 10.7863040.6534710.5, 20.115738133.33 '0.726280.80.6534710.5 20.112198.68mm756.53mm23.9安全閥的通徑d計算2198.68mm756.53mm2d2即d(3.10)4ddd25.95mm15.90mm31.04mm對于全啟式安全閥d2即d(3.10)4ddd25.95mm15.90mm31.04mm3.10計算結果表3.3安全閥的位置安全閥通道截積2mm2安全閥通道直徑mm安全閥泄放壓力MPaa529.0225.9516.8b198.6815.9010.5c756.5331.0410.54安全閥的設置與選型4.1安全閥的設置安全閥適用于清潔、無顆粒、低粘度流體。凡必須安裝安全泄壓裝置而又不適合安裝安全閥的場所，應安裝爆破片或安全閥與爆破片串聯(lián)使用。凡屬下列情況之一的容器必須安裝安全閥：獨立的壓力系統(tǒng)（有切斷閥與其它系統(tǒng)分開）。該系統(tǒng)指全氣相、全液相或氣相連通；容器的壓力物料來源處沒有安全閥的場合；設計壓力小于壓力來源處的壓力的容器及管道；容積式泵和壓縮機的出口管道；由于不凝氣的累積產(chǎn)生超壓的容器；加熱爐出口管道上如設有切斷閥或控制閥時，在閥上游應設安全閥；由于工藝事故、自控事故、電力事故、火災事故和公用工程事故引起的超壓部位；液體因兩端閥門關閉而產(chǎn)生熱膨脹的部位；凝氣透平機的蒸汽出口管道；某些情況下，由于泵出口止回閥的泄漏，則在泵的入口管道上設置安全閥；安全閥距震動源的距離安全閥距震動源的最小距離表 4.1壓力波動源最小直管段長度控制閥和截止閥25倍管徑不在一個平面的兩個彎頭20倍管徑同一個平面的兩個彎頭15倍管徑一個彎頭10倍管徑脈動衰減器10倍管徑4.2安全閥形式的選擇排放氣體或蒸汽時，選用全啟式安全閥。排放液體時，選用全啟式或微啟式安全閥。排放水蒸氣或空氣時，可選用帶扳手的安全閥。對設定壓力大于3MPa,溫度超過235C的氣體用安全閥，則選用帶散熱片的安全閥，以防止泄放介質直接沖蝕彈簧。排放介質允許泄放到大氣時，選用開式閥帽安全閥；不允許泄漏致大氣時，選用閉式閥帽安全閥。排放有劇毒、有強腐蝕性、有極度危險的介質，選用波紋管安全閥。高背壓的場合，選用背壓平衡式安全閥或導閥控制式安全閥。在某些重要場合，有時要安裝互為備用的兩個安全閥。兩個安全閥的進口和出口切斷閥宜采用機械聯(lián)鎖裝置，以確保在任何時候（包括維修、檢修期間）都能滿足容器所要求的泄放面積。安全閥的分類安全閥按加載結構分：杠桿重錘式安全閥。重錘通過杠桿加載到閥瓣上，載荷不隨開啟高度而變化。由于這種安全閥比較笨重，回座壓力低，在油氣集輸工程中較少采用。彈簧式安全閥。彈簧力加載于閥瓣，載荷隨開啟高度變化。其優(yōu)點在于比重錘式安全閥小、輕便、靈敏度高、安裝位置不受嚴格限制，在油氣集輸工程中普遍采用。先導式安全閥。由主閥和副閥組成。介質壓力和彈簧壓力同時加載于主閥瓣，超壓時副閥瓣先開啟，導致主閥開啟。主要用于大口徑和高壓場合。安全閥按閥體構造分：全封閉式—排放時，介質不會向外泄露而全部通過排泄管排放掉。半封閉式—排放時，介質一部分通過排泄管排放，另一部分從閥蓋與閥桿的配合處向外泄露。敞開式—排放時，介質不通過排泄管，直接由閥瓣上方排放。4.4安全閥的主要性能指標安全性。閥門出廠時按國家相關標準進行了強度試驗與密封試驗，確保閥門的機械性能符合國家標準的要求。靈敏性。閥門的起跳條壓力、回座壓力，在國家標準及用戶要求的圍，起跳壓力準確、起跳迅速，回座壓力穩(wěn)定。密封性。閥門回座后密封性能優(yōu)良，無泄漏。有排放量要求的安全閥，閥門起跳后排放量達到國家標準規(guī)定的要求之機械特性，閥門的密封性能及其它性能保持穩(wěn)定，不發(fā)生變化。4.5安全閥型號的確定根據(jù)必需排放量來確定，安全閥的排放能力》必需排放量。被保護系統(tǒng)所必需的排

放量是指：系統(tǒng)發(fā)生異常超壓時為防止超壓所必須排除的量，它是由系統(tǒng)或設備的工作條件、容量以及可能引起超壓等因素決定的。安全閥技術參數(shù) 表4.2名稱型號適用介質工作溫度C公稱直徑圍mm微啟式全封閉安A41H-16C空氣、石油、水<30025~50全閥A41H-25空氣、石油、水<30025~100A41H-40空氣、石油、水<30025~100A41H-100空氣、石油、水<30015~50全啟式全封閉安A44Y-16C空氣、石油<30040~150全閥A44Y-40空氣、石油<30050~150A44Y-64空氣、石油<30040~100A44Y-100空氣、石油<30050~80安全閥外形尺寸表4.3型號公稱通徑DNmm外形尺寸mm重量進口法蘭外徑D出口通徑d出口法蘭外徑D1A41H-4025115321353213515401454014520501605016025501958019575A41H-6425100G14510A44Y-16C401455016025501606518030801951002156510021512524580150280175310135A44Y-40401455016025305016065180708019510021595100230125245155150300175310A44Y-64401655016032501756518035802108023070300250125270115A44Y-1004016050160405019565180508023010023075100265125270125選型結果：安全閥a、b、c均選A44Y-404.6材質的確定選用安全閥的材質應考慮介質的工作溫度、工作壓力，介質性能以及材料的工藝性，經(jīng)濟性等多種因素。一般情況下用戶可根據(jù)生產(chǎn)單位提供的安全閥樣本中列舉的不同型號安全閥的工作溫度、壓力圍以及代表性使用介質的種類進行選用。對材質有特殊要求時，可在訂貨時與生產(chǎn)單位協(xié)商解決。根據(jù)介質特性選合適的安全閥材料：如含氨介質不能選用銅或含銅的安全閥；乙炔不能選用含銅70%或紫銅制的安全閥。4.7安全閥特殊結構的確定帶散熱器安全閥的選用對于開啟壓力大于3MPa蒸汽用的安全閥或介質溫度超過320C的氣體用的安全閥,應選用帶散熱器（翅片）的形式。波紋管安全閥對承受附加背壓力的安全閥，而且其背壓力變化量超過整定壓力 10%時，應選用這種安全閥。另外對使用有腐蝕性介質的安全閥，為防止彈簧及導向機構受介質腐蝕，也應選用波紋管安全閥。對于易燃、毒性為極度或高度危害介質必須采用封閉式安全閥 ，如需采用帶有提升機構的，則應采用封閉式帶板手安全閥。對空氣、60C以上熱水或蒸汽等非危害介質，則應采用帶板手安全閥。液化槽（罐）車,應采用置式安全閥。對于泄放量大的工況,應選用全啟式;對于工作壓力穩(wěn)定,泄放量小的工況,宜選用微啟式;對于高壓、泄放量大的工況,宜選用非直接起動式如脈沖式安全閥.對于容器長度超過6m的應設置兩個或兩個以