油气集输课程设计 安全阀的选型不同位置.docx

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油气集输课程设计安全阀的选型不同位置

重庆科技学院

《油气集输课程设计》

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K802___

设计题目:

_某低温集气站的工艺设计—安全阀的选型（不同位置）__

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

通过分析本小组设计任务书，可知此次设计中天然气含有较多的硫化氢以及压力偏高，并含有凝析油。

因此在工艺设计中需进行集气站内节流调压以及多井轮换计量等操作。

为了保证整个集气站安全有效的进行，需要在适当的地方安装安全阀。

根据安全阀设计的相关规范，查询，使用相应数据，公式，计算得到天然气的基本物性数据，进而求得安全阀的最小泄放面积A以及通径。

泄放压力等，最后以天然气物性数据作为依据，根据安全阀的选型相关规范，设计安全阀的尺寸，并对其进行选型。

关键词：

低温集气安全阀基本物性数据设计和选型

目录

摘要............................................................I

1引言..........................................................1

2基础数据资料..................................................2

3工艺计算......................................................3

3.1天然气的相对分子质量M天.................................3

3.2安全阀进口处绝对温度T...................................3

3.3天然气的压缩因子Z.......................................4

3.4天然气的密度ρ...........................................6

3.5最大泄放量G.............................................6

3.6天然气的气体特性系数X...................................7

3.7最大泄放压力P...........................................8

3.8安全阀的通道截面积A......................................9

3.9安全阀的喉径d的计算.....................................10

3.10计算结果...............................................10

4安全阀的设置与选型............................................11

4.1安全阀的设置............................................11

4.1.1凡属下列情况之一的容器必须安装安全阀....................11

4.2安全阀形式的选择.........................................11

4.3安全阀的分类............................................11

4.3.1安全阀按加载结构分......................................12

4.3.2安全阀按阀体构造分......................................12

4.4安全阀型号的确定.........................................12

4.4.1安全阀链接形式代号.....................................13

4.4.2安全阀结构形式代号.....................................13

4.4.3阀座密封面材料代号.....................................13

4.4.4安全阀阀体材料代号.....................................13

5总结.........................................................16

6参考文献.....................................................17

附录1低温集气站工艺流程图

附录2课程设计小组任务书

附录3课程设计个人任务书

1引言

在天然气集输系统中，由于气体的性质，大部分器材处于高压工作环境。

安全阀作为一道安全工序，显得尤为重要。

本次课题主要研究高含硫高压的天然气低温处理过程中安全阀的相关设计和选择，以此来保证系统的安全运行。

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（104m3/d）

进站压力（MPa）

进站温度（℃）

1

18

16

31

2

22

16

30

3

20

16

32

4

16

16

32

5

7

16

30

6

14

10

31

7

19

10

30

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：

天然气露点：

<-5℃

3工艺计算

3.1天然气的相对分子质量M天

—天然气的视相对分子质量；

—i组分的体积分数；

—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%

=20.11

相对密度S=M天/M空=0.69

3.2安全阀进口处绝对温度T

热力学温度与摄氏度之间的换算关系是：

T—热力学温度（绝对温度），K;

t—摄氏温度，℃。

在安全阀a处，其进口绝对温度取生产汇管的最高温度：

Ta=32+273=305K

在安全阀b处，其进口绝对温度取计量汇管的最高温度：

Tb=32+273=305K

在安全阀c处，其进口绝对温度取一级分离器（生产）后的温度：

Tc=19.9+273=280.8K

在安全阀d处，其进口绝对温度取一级分离器（计量）后的温度：

Td=19.9+273=280.8K

在安全阀e处，其进口绝对温度取二级分离器（生产）后的温度：

Te=（-16.6）+273=256.4K

3.3天然气的压缩因子Z

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

汇管a，b压力16MPa，温度31℃，带入公式

，

得阀前拟对比压力、温度：

同理可得：

计量分离和一级生产分离器对比压力、温度Pr=2.67Tr=1.47

二级分离器对比压力、温度Pr=1.39Tr=1.29

查图3.1可以得

安全阀a，b压缩因子Z1=0.79

安全阀c，d压缩因子Z2=0.78

安全阀e压缩因子Z3=0.74

图3.1

3.4天然气的密度ρ

式中

ρ—气体在任意压力下、温度下的密度，kg/m3；

P—天然气的压力（绝），KPa；

M—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，K。

则该天然气的密度：

安全阀a，b处

安全阀c，d处

安全阀e处

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。

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（kg/h）。

式中

Q—天然气日产量，m4/d;

ρ—天然气的密度，kg/m3;

3.6天然气的气体特性系数X

表3.2

物料

分子

量

比重

临界压力MPa

临界温度K

绝热指数

气相

液相

甲烷

16.04

0.555

0.415

4.64

191.1

1.31

乙烷

30.07

1.05

0.546

4.88

305.5

1.22

丙烷

44.09

1.55

0.585

4.25

370

1.13

丁烷

58.12

2.007

0.579

3.8

425.2

1.094

戊烷

72.15

2.49

0.631

3.37

469.8

1.07

己烷

86.17

2.97

0.659

3.03

507.9

1.06

硫化氢

34.07

1.19

-

9.0

273.6

1.32

二氧化碳

44.01

1.53

-

-

-

1.30

该天然气的绝热指数

气体特性系数表

由气体绝热指数k值，查表3.3气体特性系数x。

表3.3

k

x

k

x

k

x

k

x

1.01

317

1.11

328

1.21

338

1.31

348

1.02

318

1.12

329

1.22

339

1.32

349

1.03

319

1.13

330

1.23

340

1.33

350

1.04

320

1.14

331

1.24

341

1.34

351

1.05

321

1.15

332

1.25

342

1.35

352

1.06

322

1.16

333

1.26

343

1.36

353

1.07

323

1.17

334

1.27

344

1.37

353

1.08

325

1.18

335

1.28

345

1.38

354

1.09

326

1.19

336

1.29

346

1.39

355

1.10

327

1.20

337

1.30

347

1.40

356

查得天然气的特性系数为347

3.7最大泄放压力P

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P

1.8MPa

=P+0.18MPa

当1.8MPa

7.5MPa

=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，MPa

—安全阀泄放绝对压力，MPa

已知安全阀a取汇管a压力，

安全阀b取汇管b压力，

安全阀c处取一级分离器（生产）的压力，

安全阀d处取计量分离器的压力

安全阀e处取二级分离器的压力

3.8安全阀的通道截面积A

式中

A—最小泄放面积，mm2；

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。

若没有制造厂的数据时，对于全启式安全阀:

C0=0.6~0.7;对于带调节圈的微启式安全阀：

C0=0.4~0.5；对于不带调节圈的微启式安全阀：

C0=0.25~0.35。

气体特性系数（x）见附表2

此处规定Co=0.65

3.9安全阀的通径d计算

对于全启式安全阀

即

3.10计算结果

表3.4

安全阀的位置

安全阀通道横截面积mm

安全阀通道直径

mm

安全阀泄放压力

MPa

a

497.62

25.17

16.8

b

131.90

12.96

16.8

c

509.96

25.48

12.1

d

135.17

13.12

12.1

e

535.28

26.11

6.6

4安全阀的设置与选型

4.1安全阀的设置

4.1.1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；

4.2安全阀形式的选择

4.2.1排放气体或蒸汽时，选用全启式安全阀。

4.2.2排放液体时，选用全启式或微启式安全阀。

4.2.3排放水蒸气或空气时，可选用带扳手的安全阀。

4.2.4对设定压力大于3MPa,温度超过235℃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。

4.2.5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。

4.2.6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。

4.2.7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。

4.2.8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

4.3.1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，超压时副阀瓣先开启，导致主阀开启。

主要用于大口径和高压场合。

4.3.2安全阀按阀体构造分：

全封闭式—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—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—排放时，介质不通过排泄管，直接由阀瓣上方排放。

4.4安全阀型号的确定

图4.1

4.4.1安全阀链接形式代号

内螺纹-------------0

外螺纹-------------1

法兰---------------4

焊接---------------6

对夹---------------7

卡箍---------------8

卡套---------------9

4.4.2安全阀结构形式代号

弹簧封闭带散热片全启式-----------0

弹簧封闭微启式-------------------1

弹簧封闭全启式-------------------2

不封闭双弹簧微启式---------------3

带扳手全启式---------------------4

不封闭微启式---------------------7

不封闭全启式---------------------8

先导式---------------------------9

4.4.3阀座密封面材料代号

铜合金-----------------T

渗氨钢-----------------D

橡胶-------------------X

渗硼钢-----------------P

尼龙塑料---------------N

硬质合金---------------Y

合金钢耐酸或不锈钢-----H

阀体本体加工-----------W

锡基轴承合金（巴氏合金）---------B

4.4.4安全阀阀体材料代号

灰铸铁----------H

碳素钢----------C

球墨铸铁--------Q

鉻钼合金钢------I

鉻镍钛钢--------P

鉻钼钒合金钢----V

表4.1

型号

公称通径DN

mm

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D1

A41H-40

25

32

40

50

80

115

135

145

160

195

32

40

50

80

135

145

160

195

15

20

25

75

A41H-64

25

100

G1

45

10

A44Y-16C

40

50

80

100

150

145

160

195

215

280

50

65

100

125

175

160

180

215

245

310

25

30

65

80

135

A44Y-40

40

50

80

100

150

145

160

195

230

300

50

65

100

125

175

160

180

215

245

310

2530

70

95

155

A44Y-64

40

50

80

300

165

175

210

250

50

65

80

125

160

180

230

270

32

35

70

115

A44Y-100

40

50

80

100

160

195

230

265

50

65

100

125

160

180

230

270

40

50

75

125

Ak41Y-160

15

32

12

40

KA42Y-16C

32

135

145

15

A42Y-64

25

32

135

150

140

150

16

20

KA42Y-64

40

50

165

175

160

180

30

35

由于该天然气属于高含硫型，因此最终选定的安全阀型号：

安全阀a，b：

KA42Y-320P

安全阀c，d：

KA42Y-160P

安全阀a：

KA42Y-100p

均为抗硫型弹簧全启封闭式安全阀

5总结

在此次为期两周的油气集输课程设计中，我们小组主要是对低温集气站工艺流程进行设计，而我所分配的任务主要是研究安全阀不同位置的选型，由于来气量较大，以及压力偏高，还需要进行轮换计量等操作。

因此需要在适当的地方设计相应规格的安全阀，以保证流程的正常运行。

在设计的前期，其实我们小组还是比较茫然的，特别是我们小组流程图的确定，给我们带来了不小的麻烦，也许是我们基础知识不够扎实，导致我们设计的流程图迟迟不能通过老师的要求，最后经过几天的努力以及老师的帮助，我们完成了流程图的设计。

其次，我更是不知从何处下手，充其量知道安全阀的运行原理以及部分类型，其他一无所知。

随着了解的深入，通过查阅相关资料和文献，我才对我本次课程设计的内容有了基础性的认识。

正是随着认识的加深，我发现安全阀的设计和选型并不是一项简单的问题。

从数据的代入、查表、查图，到最终的选型，中间不能出现任务问题。

对我此次的设计，由于本人视野在这方面不够开阔，处理经验不足，所以设计中可能存在我未能发现的不足的地方，恳请老师指出。

对于本次课程设计实践，我考虑的问题不多，并且不够细致只是个大概方向，我想这也是我们的老师为我们提供的一次学习的机会，对我们专业所学的知识第一次进行实际的考量，这不同于考试，实践更能发现我们学习中的问题，使我们在以后的学习中补足，并为大四的毕业设计提供经验。

6参考文献

6.1《天然气集输技术》梁平石油工业出版社

6.2《安全阀的设置和选用》HG/T20570.2-95

6.3《油田油气设计技术手册》石油工业出版社

6.4《油气集输设计规范》GB50350-2005

6.5《阀门选用手册》陆培文机械工业出版社