节流阀的选型1

重庆科技学院《油气集输工程》课程设计报告学院:石油与天然气工程学院专业班级:油储2012-2学生姓名:郑丽颖学号:2012443158设计地点（单位）K802设计题目:某低温集气站的工艺设计——节流阀选型完成日期：2014年6月26日指导教师评语:成绩（五级记分制）:指导教师（签字）:________________重庆科技学院本科生课程设计摘要I摘要节流阀又叫膨胀阀，是一种十分简单的制冷元件，其工作原理是气流产生了焦耳—汤姆逊（J—T）效应。通过改变节流面积或节流长度以控制流体流量的阀门。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，且没有压力补偿措施，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。在天然气矿场，节流阀被广发用来节流调压和作为经常开关的截止阀门。本文主要讲述了某低温集气站的工艺设计——节流阀设计选型。通过提供的天然气井产量、进站压力及进站温度等基本物性资料计算求得节流阀的通径，然后查表选出适合的节流阀用于设计中的节流降温，同时能够防止水合物的生成，达到生产要求。关键字：节流阀设计计算选型重庆科技学院本科生课程设计目录目录摘要...............................................................I1绪论.............................................................12设计范围.........................................................23设计参数、工艺流程图的简析.......................................33.1基本数据....................................................33.2天然气相对分子质量..........................................43.3空气相对分子质量............................................43.4工艺流程简析................................................44节流阀公称压力、公称直径计算.....................................64.1天然气的相对密度............................................64.2求压力以及温度..............................................74.3节流阀直径的计算............................................95节流阀选型......................................................136总结............................................................16参考文献..........................................................17重庆科技学院本科生课程设计绪论11绪论节流阀的工作原理是气流产生了焦耳—汤姆逊（J—T）效应，即在节流膨胀时，随压力的变化，为维持焓值不变，其温度也要变化。节流阀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，因为节流阀的刚度小，节流阀通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门，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。对于执行元件负载变化大及对速度稳定性要求高的节流调速系统，必须对节流阀进行压力补偿来保持节流阀前后压差不变，从而达到流量稳定。节流阀没有流量负反馈功能，不能补偿由负载变化所造成的速度不稳定，一般仅用于负载变化不大或对速度稳定性要求不高的场合。节流阀的外形结构与截止阀并无区别，只是它们启闭件的形状有所不同。节流阀的启闭件大多为圆锥流线型，通过它改变通道截面积而达到调节流量和压力。节流阀供在压力降极大的情况下作降低介质压力之用。节流阀有以下特点：1、构造较简单，便于制造和维修，成本低2、调节精度不高，不能作调节使用。3、密封面易冲蚀，不能作切断介质用。4、密封性较差。在天然气矿场，节流阀被广发用来节流调压以达到处理所需要的压力范围。本次设计的课题是某低温集气站工艺设计，我们小组主要负责节流阀的设计计算及选型。节流阀在本次设计中主要起节流降压的作用，以保证降低到分离器所能承受压力范围，以及保证天然气出站压力在6MPa。重庆科技学院本科生课程设计设计范围22设计范围首先根据课设设计任务书确定我们本次的任务为某低温集气站工艺流程，根据各小组的任务，确定我们本次工艺流程中需要出现节流阀、流量计、抑制剂注入器、分离器以及凝析油的回收工艺。全组人员一起讨论低温集气工艺流程，根据选题要求确定该流程需要二级节流、二级分离以及凝析油的回收、稳定，画出流程图，节流阀在图上共有六处，分别有五处一级节流和一处二级节流，我选择的是4、5、6井经过高压分离器前的一级节流阀。首先根据给出的进站压力、进站温度，以及所要求的出站压力，通过查图得到天然气在不形成水合物条件允许下达到的膨胀程度，确定一级节流计算后的压力，然后通过水合物的压力和温度曲线，计算出一级节流后的压力和温度，再计算天然气的压缩因子，由产量、压力、温度以及压缩因子计算出节流阀的直径，通过这些对节流阀进行型号的挑选。重庆科技学院本科生课程设计设计参数、工艺流程图的简析33设计参数、工艺流程图的简析3.1基本数据根据任务书要求基本数据如下：表3.1基本数据井号产量（104m3/d）进站压力（MPa）进站温度（0C）13917322291732326173241312325912306121231表3.2天然气气体组成经天然气集气处理后的天然气出站压力最终降低到6Mpa，给定天然气露点小于-5℃。该天然气中凝析油的含量为20g/m3，凝析油的相对密度SL=0.78。下面根据以上数据对天然气相对分子质量进行计算。气体组分C1C2C3C4C5C6H2SCO2比例（%）85.332.22.01.81.50.97.12.2重庆科技学院本科生课程设计设计参数、工艺流程图简析43.2天然气相对分子质量根据课程设计任务书中气体组成（%）：1C-85.33，2C-2.2，3C-2.0，4C-1.8，5C-1.5，6C-0.9，2HS-7.1，2CO-2.2由气体的相对分子质量公式（引用课本2-1）：iiMYM（3-1）式中M——天然气的相对分子质量Yi——组分i的摩尔分数Mi——组分i的相对分子质量即12345622CCCCCCHSCOMM+M+M+M+M+M+M+M天M=16×82.3%+30×2.2%+44×2.0%+58×1.8%+7.2×1.5%+86×0.9%+34×7.1%+44×2.2%=13.6258+0.66+0.748+0.9048+0.8856+0.774+2.142+0.3432=20.0163.3空气相对分子质量气体平均相对分子质量（M）=各种气体的相对分子质量×各自的体积分数空气中的主要成分为氮气占4/5，氧气占1/5。空气平均相对分子质量=41325428=293.4工艺流程简析首先根据课程设计任务书要求，我们的工艺流程需要是低温集气工艺，在工艺流程中需要出现节流阀、流量计、抑制剂注入器、分离器以及凝析油的回收工艺。井站来气后，1、2、3井由于产量过高，作为主要生产井，因此单独分离计量，4、5、6井产量较低，因此采用轮换计量的工艺流程。4、5、6井轮换计量有两条管线，与1、2、3井三条管线分别进入各自的节流阀，经过一级节流降压到高压分离器允许的入口压力范围后，进入高压分离器进行一级分离，然后对气、液两项分别进行计量，之后天然气加入抑制剂，防止二级节流生成水合物，液烃进入闪蒸分离器稳定。天然气加入抑制剂后进行预冷、二级节流，进入低温分离器。液烃在闪蒸稳定后也进入低温分离器，进行二级分离后，对输出的冷天然气能量回收，作为上述预冷装置中的冷气，最终天然气去天然气集气管线，液烃进入稳定装置。重庆科技学院本科生课程设计设计参数、工艺流程图简析5根据任务书要求，我们对该低温集气站工艺流程进行了讨论制定，最终确定了流程图如下：图3.1工艺流程图1—采气管线；2—进站截断阀；3—节流阀；4—高压分离器；5—孔板流量计；6—装置截断阀；7—乙二醇注入器；8—换热器；9—低温分离器；10—液位控制阀；11—闪蒸分离器；12—液体流量计；13—压力调节阀；14—液位控制阀重庆科技学院本科生课程设计节流阀公称压力、公称直径计算64节流阀公称压力、公称直径计算本次设计主要根据课程设计任务书的数据要求，对节流阀的公称压力以及公称直径进行计算，然后以得到的公称直径和公称压力为依据，选择所合适的节流阀。具体数据如下：表4.1基本数据井号产量（104m3/d）进站压力（MPa）进站温度（0C）13917322291732326173241312325912306121231表4.2天然气气体组成经天然气集气处理后的天然气出站压力最终降低到6Mpa，给定天然气露点小于-5℃。该天然气中凝析油的含量为20g/m3，凝析油的相对密度SL=0.784.1天然气的相对密度在天然气的集输中，当气体流经节流阀时产生急剧的压降和膨胀，温度也就骤然降低，这就有可能在节流处生成水合物阻塞阀门或管道，影响生产的正常进行。如果适当控制节流阀的开启度，就可以达到调压的目的，而又不生成水化物。计算天然气相对密度（引用课本公式2-4）：691.029016.20MMS空天（4-1）式中S——天然气相对密度M天——天然气的相对分子质量气体组分C1C2C3C4C5C6H2SCO2比例（%）85.332.22.01.81.50.97.12.2重庆科技学院本科生课程设计节流阀公称压力、公称直径计算7M空——空气的相对分子质量求得天然气的相对密度约为0.7。查相应的图4.1，相对密度为0.7的天然气在不形成水合物的条件允许达到的膨胀程度，查的天然气的最终压力，以此求的天然气出节流阀后的温度值。在天然气的集输中，当气体流经节流阀时产生急剧的压降和膨胀，温度也就骤然降低，这就有可能在节流处生成水合物阻塞阀门或管道，影响生产的正常进行。如果适当控制节流阀的开启度，就可以达到调压的目的，而又不生成水化物。4.2求压力以及温度图4.1相对密度为0.7的天然气在不形成水合物的条件允许达到的膨胀程度由于4、5、6井分别经过一次高压分离后，需要与1、2、3井汇合后进行低温分离，因此一级节流后需要保证6口井压力相同，为了工艺考虑，在一级节流前不加抑制剂，因此需要保证一级节流后不形成水合物，而4、5、6井的进站压力低于1、2、3井，温度相差不大，因此保证1、2、3井不形成水合物即可保证4、5、6井不形成水合物。井口1的进站压力为17MPa；进站温度T32℃。查上图4.1，相对密度为0.7的天然气在不形成水合物的天然气允许达到的膨胀程度，得到该状态下天然气不形成水合物的最低温度约为10MPa，因此一级节流的输出压力需要高于10MPa，重庆科技学院本科生课程设计节流阀公称压力、公称直径计算8以保证节流后不会形成水合物，即天然气经节流阀第一次节流后的出口压力为P2=10MPa。图4.2给定压力降所引起的温度降修正：凝析油20g/m3SL=0.78凝析油密度：ρ=SL×ρ水=0.78×1000=780kg/m3单位换算：20g/m3=20×10-3÷780×106=25.6m3/Mm3从上图呀查的凝析油含量为25.6前后的温度修正值：凝析油含量为22.6时，t=+5.6℃凝析油含量为28.3时，t=+8.3℃用线性内插法求算凝析油含量为25.6m3/Mm3时对温度的修正值：t=