某低溫集氣站地實用工藝設(shè)計-安全系統(tǒng)閥地選型

科技學(xué)院課程設(shè)計報告院（系）：石油與天然氣工程學(xué)院—專業(yè)班級： 學(xué)生： 學(xué)號: 設(shè)計地點（單位） 設(shè)計題目:某低溫集氣站的工藝設(shè)計一安全閥的選型 完成日期：年月日指導(dǎo)教師評語： 成績（五級記分制）： 指導(dǎo)教師（簽字）： 摘要本小組設(shè)計任務(wù)書中所要求設(shè)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(jìn)行節(jié)流調(diào)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(xué)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(jìn)行，所以在必要的地方必須設(shè)置安全閥。安全閥結(jié)構(gòu)設(shè)計的相應(yīng)規(guī)，注意事項，各種數(shù)據(jù)的代入，公式的查詢，圖標(biāo)的查詢，根據(jù)安全閥設(shè)計的相應(yīng)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(jìn)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(shè)計出安全閥的結(jié)構(gòu)尺寸，對其選型。關(guān)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(chǔ)數(shù)據(jù)資料 2\o"CurrentDocument"設(shè)計計算 3\o"CurrentDocument"天然氣的相對分子質(zhì)量M天 3\o"CurrentDocument"安全閥進(jìn)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(jié)果 8\o"CurrentDocument"安全閥的設(shè)置與選型 9\o"CurrentDocument"安全閥的設(shè)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(biāo) 10安全閥型號的確定 10安全閥材質(zhì)的確定 12\o"CurrentDocument"安全閥特殊結(jié)構(gòu)的確定 12總結(jié) 14\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 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?qū)чy控制的，當(dāng)入口處靜壓超過設(shè)定壓力時，閥瓣上升以泄放被保護(hù)系統(tǒng)的超壓，當(dāng)壓力降回至回座壓力時，可自動關(guān)閉。2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料2.1原始數(shù)據(jù)資基礎(chǔ)資料表2.1井號產(chǎn)量（104m3/d）進(jìn)站壓力（MPa）進(jìn)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(shè)計計算3.1天然氣的相對分子質(zhì)量 M天M天 YiMi (3.1)式中M天一天然氣的視相對分子質(zhì)量；Yi—i組分的體積分?jǐn)?shù)；Mi—i組分的相對分子質(zhì)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(jìn)口處絕對溫度熱力學(xué)溫度與攝氏度之間的換算關(guān)系是:Tt273.15 (3.2)式中T—熱力學(xué)溫度(絕對溫度)，K;t—攝氏溫度，°C。在安全閥a處，其進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yán)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(zhì)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(yīng)根據(jù)具體工藝工程來確定設(shè)備的氣體質(zhì)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(rèn)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(jìn)口壓力稱為安全閥的泄放壓力或定壓。 它應(yīng)等于受壓設(shè)備或管道的設(shè)計壓力?？砂聪旅娣椒ù_定：當(dāng)P1.8MPa

P0=P+O.18MPa (3.8)當(dāng)1.8MPa<P7.5MPaPo=1.1P當(dāng)P>7.5MPa Po=1.O5P式中：P—被保護(hù)設(shè)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(zhì)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(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥： C0=0.4~0.5;對于不帶調(diào)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(jié)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(shè)置與選型4.1安全閥的設(shè)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(yīng)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(shè)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(jī)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(shè)有切斷閥或控制閥時，在閥上游應(yīng)設(shè)安全閥；由于工藝事故、自控事故、電力事故、火災(zāi)事故和公用工程事故引起的超壓部位；液體因兩端閥門關(guān)閉而產(chǎn)生熱膨脹的部位；凝氣透平機(jī)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(shè)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(shè)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(zhì)直接沖蝕彈簧。排放介質(zhì)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(qiáng)腐蝕性、有極度危險的介質(zhì)，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?qū)чy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(jìn)口和出口切斷閥宜采用機(jī)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(jié)構(gòu)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(yán)格限制，在油氣集輸工程中普遍采用。先導(dǎo)式安全閥。由主閥和副閥組成。介質(zhì)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(dǎo)致主閥開啟。主要用于大口徑和高壓場合。安全閥按閥體構(gòu)造分：全封閉式—排放時，介質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(biāo)安全性。閥門出廠時按國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了強(qiáng)度試驗與密封試驗，確保閥門的機(jī)械性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。靈敏性。閥門的起跳條壓力、回座壓力，在國家標(biāo)準(zhǔn)及用戶要求的圍，起跳壓力準(zhǔn)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(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求之機(jī)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(hù)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(shè)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(shù)參數(shù) 表4.2名稱型號適用介質(zhì)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(jìn)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(jié)果：安全閥a、b、c均選A44Y-404.6材質(zhì)的確定選用安全閥的材質(zhì)應(yīng)考慮介質(zhì)的工作溫度、工作壓力，介質(zhì)性能以及材料的工藝性，經(jīng)濟(jì)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(zhì)的種類進(jìn)行選用。對材質(zhì)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(zhì)特性選合適的安全閥材料：如含氨介質(zhì)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(jié)構(gòu)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(zhì)溫度超過320C的氣體用的安全閥,應(yīng)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(yīng)選用這種安全閥。另外對使用有腐蝕性介質(zhì)的安全閥，為防止彈簧及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受介質(zhì)腐蝕，也應(yīng)選用波紋管安全閥。對于易燃、毒性為極度或高度危害介質(zhì)必須采用封閉式安全閥 ，如需采用帶有提升機(jī)構(gòu)的，則應(yīng)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(zhì)，則應(yīng)采用帶板手安全閥。液化槽（罐）車,應(yīng)采用置式安全閥。對于泄放量大的工況,應(yīng)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(yīng)設(shè)置兩個或兩個以