油气集输课程设计-节流阀选型

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）重庆科技学院石油科技大楼K801___设计题目:_ 某低温集气站站场工艺设计-节流阀选型完成日期：年月日指导教师评语:____________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ _____________________________________________________________ _成绩（五级记分制）:______ __________指导教师（签字）:______ ________II重庆科技学院摘要摘要在天然气低温分离工艺中，节流阀是膨胀制冷形成低温的主要设备，根据天然气去集气站的进、出口压力设计节流阀级数，以天然气不形成水合物允许达到的膨胀程度为依据，选择合适的第一级节流阀的压力降、布置节流阀的位置，为计算后续工艺工程中的基本参数做准备。

节流阀选型设计是在分析原料工作压力、温度对阀门的作用后，根据基本参数确定节流阀的直径，再考虑介质性质如腐蚀裕量对阀门连续性生产的影响后，选择阀门是否需要作抗硫处理。

关键词：压力温度相对密度计算直径目录1 引言 (1)1.1节流阀的特点及分类 (1)1.2节流阀行业的现状 (1)1.3节流阀应用及发展趋势预测的必要性 (1)2 任务要求 (2)2.1团队任务 (2)2.2个人任务 (2)3 工艺流程设计 (3)3.1压力对流程选择 (3)3.2产量对流程选择 (3)3.3节流阀级数选择 (3)3.4节流温度的影响 (3)4 基础数据处理 (5)4.1基本参数 (5)4.2天然气相对分子质量的计算 (5)4.3凝析油密度的计算 (5)4.4阀前后的温度、压力计算 (6)4.4温度降的修正计算 (6)4.5压缩因子的计算 (7)5 节流阀直径的计算 (9)5.1节流阀直径计算公式 (9)5.2阀门直径的计算 (9)6 节流阀的选型 (11)6．1选型的重要参数 (11)6.2节流阀型号 (11)6.3节流阀型号的含义 (11)7 总结 (13)参考文献 (14)1 引言1.1节流阀的特点及分类节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门。

它的特点就是构造较简单，便于制造和维修，成本低调节精度不高，在低温集气场站中用来降低压力，达到节流膨胀制冷的效果。

节流阀按通道方式可分为直通式和角式，按启闭件的形状分：有针形、沟形等。

可调节节流阀：阀门的阀针和阀芯采用硬质合金制造，产品按API6A标准设计，具有耐磨、耐冲刷性能。

阀芯采用低噪音平衡型结构，开启轻便，产品按API6A标准设计，阀芯表面覆盖碳化钨，适合于有闪蒸、高压差，高压力，空化等条件苛刻的场合，使用寿命长，流量调节精度大大提高，适用于石油，天然气，化工，炼油，等行业。

1.2节流阀行业的现状阀门的应用极为广泛，在各类石油化工装置中，管道材料费用占项目中投资的15% ~ 20%，而阀门的投资费用有约占配管费用的50 % 以上，在国家产业结构调整的大方针下，节流阀面临巨大的市场投资机遇，行业有望迎来新的发展契机。

1.3节流阀应用及发展趋势预测的必要性由于节流阀的流量不仅取决于节流口面积的大小，还与节流口前后的压差有关，阀的刚度小，故只适用于执行元件负载变化很小且速度稳定性要求不高的场合。

2 任务要求2.1团队任务根据某低温集气站进站原料气的基础数据，设计经济、高效、合理的工艺流程。

其中要规范、清晰地绘出流程图和平面布置图，设计总图应具备专业性，可读性高的特点，并确定分离器、节流阀、安全阀的基本参数，计算乙二醇注入量和凝析油的回收量，校核站内管径的壁厚的强度、刚度。

审核成功后，在规定的时间内提交设计图和论文。

2.2个人任务我的任务是计算、选择合适的节流阀，以小组讨论出的流程图，依靠进站压力、温度、然后通过水合物形成的压力和温度关系曲线，确定天然气合理的膨胀程度，根据处理气的性质，判断阀门是否需要抗硫处理，为节流阀４、５选择正确的型号，并计算出节流阀后的温度、压力、为后面分离器计算的基础数据。

3 工艺流程设计在低温集气站中，从井口进入的原料压力、产量不相同，因此，在井场装置和集气站的管线布置中要分别考虑。

3.1压力对流程选择首先从压力上看，编号为6、7号井的进站压力都是10MPa，1～5号井的压力则为16MPa，为了统筹管理集气站的产量，需要设计计量分离器来配合生产分离器的工作需求。

计量分离器在管线中的作用是七口井的产量，我们可以采用多井轮换来计量。

当使用汇管连接井场来气的时候，若是把5、6号井的相对低压气也同前五口井的高压气连接，管线中的气体会由于巨大的压力差产生倒流如压力相对低的管线、设备，达不到多井轮换计量的效果。

为避免上述分析中出现的气体倒流的错误汇集，应该对压力为10MPa的5、6号井，另外设计一条管线流程作为最佳选择投入生产使用。

5~6号井可以采用汇管聚集到一条管线上，再接入计量用的分离器初步分离气液两相，汇管另一端接生产分离器进行分离。

3.2产量对流程选择从井场装置来气量共计115万方每天的处理量可知，选用多个分离器设想是合理的。

另外，5、6号井若是也用汇管的形式连接反而增加了管线布置的复杂性，所以5、6号井分开设置一套分离流程，单独计量后再进入下一级工艺处理。

3.3节流阀级数选择天然气进站压力是16MPa，出站压力是6MPa，按照《气田地面工程设计》手册，应该在非临界条件下操作，在集气站的节流阀作用是调节输气管线节流前、后的压力应该满足 >分别是节流后和节流前的压力，MPa（绝）显然：6<0.55*16=8.8即如果对5～6号井进入的管线只采用一级节流降压不能达到预期的目的，综上考虑，应该选取二级节流降压来实现天然气出站压力要求。

通过气体膨胀图可知，初始温度为30摄氏度，压力为16MPa时，相对密度为0.7的天然气允许达到压力为11MPa的膨胀度且不会形成水合物，所以在一级节流阀前不用再考虑注入抑制剂防止水合物生成。

3.4节流温度的影响集气站中采用的是低温分离工艺，由于低温分离器中工作温度较低，从低温分离器上部出来的天然气温度远低于常温，而进入低温分离器的气体温度要求较低，因此，可以考虑在二级节流阀前设置一台换热器，用将要出集气站的低温天然气和节流阀前的气体进行热交换，充分利用工艺流程中产生的冷量对天然气预冷。

二级节流后的温度已经形成水合物的温度条件，所以在换热器前要注入抑制剂防止天然气水合物的生成。

4 基础数据处理4.1基本参数出站压力：6MPa ； 天然气露点：<-5气体组成（%）：-85.33 -2.2 -1.7 -1.56 -1.23 -0.9 S-6.3 -0.78 凝析油含量：20g/ s=0.784.2天然气相对分子质量的计算根据上述原料气中各气体组分数（%）由气体相对分子质量的公式计算如下：i iM y M =∑=0.8533*16.043+0.022*30.070+0.017*44.097+0.0156*58.124+0.0123*72.151+0.009*86+0.063*34+0.0078*44 ≈20.115M —天然气的相对分子质量iy —组分I 的摩尔分数 iM —组分I 的相对分子质量S=20.11528.9≈0.696S —天然气相对密度—天然气的相对分子质量 —空气的相对分子质量空气的相对分子质量是28.94.3凝析油密度的计算1536330.780.787.810/201025.64/S g m m Mm ρρρρϕρ====⨯=⨯=油水油水油油4.4阀前后的温度、压力计算6、7号井的进站压力都是10MPa,任务规定合格的天然气出站压力6MPa 由流程图可知，节流阀在此管线中的作用是调节集气管线的起点压力，故应在非临界条件下操作，其阀门后压力须满足：p2>0.55p1式中P1、P2分别是节流阀前后的压力，MPa(绝)将天然气出站压力6MPa,进站压力10代入上式，计算得6>5.5满足节流阀的压力调控范围，即对于6、7号井在低温集气站的管线上分别使用一组节流阀就可以达到较理想的压力降。

通过附表的图1（给定压力降所引起的温度降）可以查出原料通过一组节流阀后的温度降为：阀门4：T=15.8 阀门5：T=15.8从6、7号井引入低温集气站的管线在通过节流阀前要经过换热器预冷，先拟定经过换热器预冷温度可降低10℃，6号井进站温度为31，7号井进站温度为30，则节流后的温度：阀4：t1=31-10-15.8=5.2 阀5：t2=30-10-15.8=4.24.4温度降的修正计算凝析油由压力降引起的温度降的修正值：:8.3 5.68.3(28.325.64)7.9728.322.6t -∆=-⨯-=-线性内插法可得℃修正后的温度：阀门4：t1=5.2+7.97=13.17 阀门5：T2=4.2+7.97=12.17表4-2阀前后压力、温度表4.5压缩因子的计算根据研究，天然气的压缩因子、拟对比压力、拟对比温度有一定的函数关系即：Z=φ(Tr,Pr)当知道了天然气的拟对比压力、拟对比温度，可从天然气压缩因子版图(附表2)查出压缩因子Z。

如果不等于图上等温线上的标准值，可以借助内插法。

相对密度，则拟临界压力、温度因为气体组分中含较多硫化氢和二氧化碳，需对拟临界压力、温度进行修正，则根据校正系数：式中：-和气体的总摩尔分数；-气体的摩尔分数得：再代入校正公式：式中和为校正后的压力、温度，得:∵阀1、2前压力16MPa，温度31℃，带入公式:，得节流阀阀门前的拟对比压力、温度：查图可得阀1、2前压缩因子。

同理可得：阀门3前的拟对比压力、温度:则压缩因子。

阀门4、5前的拟对比压力、温度则压缩因子。

阀门4、5前的压缩因子30.740Z5 节流阀直径的计算5.1节流阀直径计算公式①当P2/P1>0.55时，属于非临界流动，用下面公式来计算节流阀的通过直径：0.2380.4760212Q S Z T d 3304p p p ⎛⎫⎛⎫=⨯ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭计（）②当P2/P1<0.55时，属于临界流动，用下面公式来计算节流阀的通过直径：()0.4760.2380Q d S Z T 1591⎛⎫=⨯ ⎪⎝⎭计式中 d 计——节流阀的计算直径，mm ；Q ——流过节流阀的气体流量，3/m d12,P P ——阀门前、阀门后的压力，MPa （绝）；S ——气体的相对密度；T ——阀门前的气体温度，K ； Z ——气体的压缩系数为了满足调节的要求，节流阀的开启度宜处于半开状态，所以将d 计除以（1-φ），并令φ=0.5（φ为节流阀的开启度）这样，节流阀的通过直径为：d d d 2d 10.5φ===-计计计，即选用节流阀的通过直径为计算直径的2倍。