低温集气站工艺设计安全阀选型学士学位论文.doc

重庆科技学院

课程设计报告

院（系）:_____石油与天然气___ 专业班级: 油储13-02
学生姓名: 李永川 学 号: 2013440358
设计地点（单位）____重庆科技学院K713__________
设计题目:低温集气站工艺设计—安全阀选型_____________
完成日期： 2016 年1 月08 日

指导教师评语: _______________________________________
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ __________ _

成绩（五级记分制）:______ __________
指导教师（签字）:________ ________

目录

1 绪论 3
1.1设计目的，内容及要求 3
2.1设计流程图 4
2 基础数据和资料 5
2.1设计资料和原始数据 5
2.2安全阀计算公式 5
2.3气体特性系数C 6
2.4天然气密度 7
2.5最大泄放量G 8
2.6压缩系数Z 8
2.7最大泄放压力时的进口压力 8
2.8安全阀进口处绝对温度 9
2.9气体的流量系数C 9
2.10安全阀通道截面积A 9
3 安全阀的选用 11
3.1 安全阀的选用要求 11
3.2 确定安全阀的通径 11
3.3 材质的确定 12
3.4 安全阀特殊结构的确定 13
3.5 安全阀的主要性能指标 14
3.6安全阀的选型 14
4 实验结果和分析 15
5 总结 16

参考文献 17

1 绪论
安全阀是根据压力系统的工作压力自动启闭，一般安装于封闭系统的设备或管路上保护系统安全。当设备或管道内压力超过安全阀设定压力时，自动开启泄压，保证设备和管道内介质压力在设定压力之下，保护设备和管道正常工作，防止发生意外，减少损失。安全阀系压力容器在运行中实现超压泄放的安全附件之一，是油田集输工艺必不可少的重要元件，也是在线压力容器定期检验中必检项目。它包括防超压和防真空两大系列，即一为排泄容器内部超压介质防止容器失效，另一方面则为吸入外部介质以防止容器刚度失效。凡符合《容规》适用范围的压力容器按设计图样的要求装设安全阀。
摘要：安全阀 流量系数 压缩系数 气体特性系数 最大泄放量 安全阀最小泄放面积

1.1设计目的和要求
设计任务书中要求设计的这口井所产的天然气，基本不含硫化氢和凝析油，并且只需在矿场集气站内进行节流调压和分离计量等操作，就可以输往用户。在这种情况下，采用了常温分离的集气站流程。此井所产的天然气经一级调压后基本达到管输要求，并且在节流中间安装了水套加热炉，以防止形成水合物。安全阀结构设计的相应规范，注意事项，各种数据的代入，公式的查询，图标的查询，根据安全阀设计的相应规范，由计算得到天然气的基本物性数据（最大泄放量G、分子量M、气体特性系数C，流量系数Kf、压缩系数Z、最高泄放压力Pm、泄放温度Ti、天然气密度）。根据数据计算出安全阀通道截面积A。根据计算得出的数据，设计出安全阀的结构尺寸，对其选型。

此处有一张图

2 基础数据和资料
2.1设计资料和原始数据
天然气组成 表1
甲烷
77.76
乙烷
9.74
丙烷
4.85
异丁烷
1.54
正丁烷
1.25
异戊烷
0.27
正戊烷
0.44
己烷
　0.34
及更重组分
0.37
氮气
1.27
二氧化碳
1.39
取样含空气
0.68
井口温度：60℃
井口压力：16MPa
单井产量：5×104m3/d
出站压力：6MPa
2.2安全阀计算公式

式中： A—安全阀通道截面积，cm2；
G—安全阀最大泄放量，kg/h；
R—安全阀在最大泄放量时的进口压力，MPa（绝）；
K—流量系数
C—f（k）与气体的绝热指数k有关；
M—气体千克分子量
T1—安全阀进口处绝对温度，K；
Z —气体压缩系数

天然气的分子量：
=1677.76%+309.74%+444.85%+(581.54%
+581.24%)+(720.27% +720.44%)+860.34%
+1000.37%+281.27%+441.39%+28.970.68%
+180.10%
= 21.47
2.3气体特性系数C
由公式
故：气体特性系数C为：

2.4天然气密度
由：
可得：
则该天然气的密度：

2.5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。
已知单井产量为
则最大泄放量：
2.6压缩系数Z
根据设计参数：井口压力为：16MPa
由公式： 可得：
在安全阀1处时，压缩系数为：

在安全阀2处时，压缩系数为：
=0.8010
2.7最大泄放压力时的进口压力
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P1.8MPa =P+0.18MPa
当1.8MPa<P7.5 MP a =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1取井口压力，则=1.05×16MPa=16.8MPa
安全阀2取换热器换热之后的压力，则=1.0511.36MPa
2.8安全阀进口处绝对温度
在安全阀1处，其进口绝对温度取井口温度 ：
=-5+273=268K
在安全阀2处，其进口绝对温度取换热器换热之后的温度：
=5+273=278K
2-9气体的流量系数C

K=0.65
2.10安全阀通道截面积A
2.9-1阀1由已算得数据和公式可得安全阀1的通道截面积：

则直径：
2.9-2阀2

则直径：
2.9-3阀3

则直径：

安全阀通道截面积
(cm)
直径（cm）
安全阀入口压力（MPa）
70.7639
9.49
9
108.1737
11.712
6
108.1737
11.712
6

3 安全阀的选用
3.1安全阀的选用要求
3.1.1根据计算确定安全阀,公称直径,必须使安全阀的排放能力≥压力容器的安全泄放量;
3.1.2 对于开启压力大于3MPa蒸汽用的安全阀或介质温度超过320℃的气体用的安全阀,应选用带散热器(翅片)的形式;
3.1.3 对于易燃、毒性为极度或高度危害介质必须采用封闭式安全阀,如需采用带有提升机构的,则应采用封闭式带板手安全阀;
3.1.4当安全阀有可能承受背压是变动的且变动量超过10%开启压力时,应选用带波纹管的安全阀;
3.1.5 对空气、60℃以上热水或蒸汽等非危害介质,则应采用带板手安全阀
3.1.6 根据介质特性选合适的安全阀材料:如含氨介质不能选用铜或含铜的安全阀;乙炔不能选用含铜70%或紫铜制的安全阀.
3.1.7 对于泄放量大的工况,应选用全启式;对于工作压力稳定, 泄放量小的工况,宜选用微启式;对于高压、泄放量大的工况, 宜选用非直接起动式,如脉冲式安全阀.对于容器长度超过6m的应设置两个或两个以上安全阀.
3.1.8 工作压力Pw低的固定式容器,可采用静重式（高压锅）或杠杆重锤式安全阀.移动式设备应采用弹簧式安全阀.
3.1.9 根据安全阀公称压力大小来选择的弹簧工作压力等级. 安全阀公称压力与弹簧工作压力关系。

安全阀应动作灵敏可靠,当到达开启压力时,阀瓣应及时开启和完全上升,以顺利排放;同时应具有良好的密封性能,不仅正常工作时保持不漏,而且要求阀瓣在开启复位后及时关闭且保持密封;在排气压力下阀瓣应达到全开位置,无震荡现象,并保证排出规定的气量。
表4
名称
分子量
临界温度t℃
临界压力Patm(绝压)
K=Cp/Cv
氢 H2
2.02
-239.9
12.8
1.407
氧 O2
32
-118.8
49.71
1.4
空气
29
-140.8
37.25
1.4
氧化氮NO
30
-94
67.2
1.4
二氧化碳CO2
44
31.1
72.9
1.30
水蒸汽 H2O
18.2
374.1
225.4
1.3(过热)1.135
氨NH3
17.03
132.4
111.5
1.29
硫化氢 H2S
34.09
100.4
88.9
1.3
氟-12 CF2Cl2
120.09
111.7
39.6
1.14
氯 Cl2
70.91
144.0
76.1
1.36
丙烷 C3H8
44.09
96.84
42.01
1.133
丁烷C4H10
58.12
152.01
37.47
1.094
苯
C6H6
78.11
287.6
48.7
1.18
乙炔 H2C2
26.04
36.3
61.6
1.238
异丁烷
58.12
58.12
36.00
1.079

3.2 确定安全阀的通径
根据必需排放量来确定，安全阀的排放能力≥必需排放量。被保护系统所必需的排放量是指：系统发生异常超压时为防止超压所必须排除的量，它是由系统或设备的工作条件、容量以及可能引起超压等因素决定的。
3.3 材质的确定
选用安全阀的材质应考虑介质的工作温度、工作压力，介质性能以及材料的工艺性，经济性等多种因素。一般情况下用户可根据生产单位提供的安全阀样本中列举的不同型号安全阀的工作温度、压力范围以及代表性使用介质的种类进行选用。对材质有特殊要求时，可在订货时与生产单位协商解决。根据介质特性选合适的安全阀材料:如含氨介质不能选用铜或含铜的安全阀;乙炔不能选用含铜70%或紫铜制的安全阀。
3.4 安全阀特殊结构的确定
3.4.1 带散热器安全阀的选用
对于开启压力大于3MPa 蒸汽用的安全阀或介质温度超过320℃的气体用的安全阀,应选用带散热器(翅片)的形式。
3.4.2 波纹管安全阀
对承受附加背压力的安全阀，而且其背压力变化量超过整定压力10％时，应选用这种安全阀。另外对使用有腐蚀性介质的安全阀，为防止弹簧及导向机构受介质腐蚀，也应选用波纹管安全阀。
3.4.3 对于易燃、毒性为极度或高度危害介质必须采用封闭式安全阀,如需采用带有提升机构的,则应采用封闭式带板手安全阀。
3.4.4 对空气、60℃以上热水或蒸汽等非危害介质,则应采用带板手安全阀。
3.4.5 液化槽(罐)车,应采用内置式安全阀。
3.4.6 对于泄放量大的工况,应选用全启式;对于工作压力稳定, 泄放量小的工况,宜选用微启式;对于高压、泄放量大的工况, 宜选用非直接起动式,如脉冲式安全阀.对于容器长度超过6m 的应设置两个或两个以上安全阀。
3.4.7 工作压力Pw 低的固定式容器,可采用静重式（高压锅）或杠杆重锤式安全阀.移动式设备应采用弹簧式安全阀。
3.4.8 对于介质较稠且易堵塞的, 宜选用安全阀与爆破片的串联组合式的泄放装置.

3.5 安全阀的主要性能指标
3.4.1 安全性。阀门出厂时按国家相关标准进行了强度试验与密封试验，确保阀门的机械性能符合国家标准的要求。
3.4.2 灵敏性。阀门的起跳条压力、回座压力，在国家标准及用户要求的范围内，起跳压力准确、起跳迅速，回座压力稳定。
3.4.3 密封性。阀门回座后密封性能优良，无泄漏。
3.4.4 有排放量要求的安全阀，阀门起跳后排放量达到国家标准规定的要求之机械特性，阀门的密封性能及其它性能保持稳定，不发生变化。
3.6选型

表5

4. 实验结果和分析

通过计算，安全阀1的通道截面积为70.7639，直径为9.49cm，安全阀入口压力为9MPa，根据该数据差表5，查出所需的安全阀型号为A44Y-40型带扳手弹簧全启封闭式安全阀
安全阀2的通道面积为108.1737直径为11.71cm，安全阀的入口压力为6MPa，根据该数据查表5查出所需的安全阀型号为A44Y-40型带扳手弹簧全启封闭式安全阀
安全阀3的通道面积为108.1737直径为11.71cm，安全阀的入口压力为6MPa，根据该数据查表4-1查出所需的安全阀型号为A44Y-40型带扳手弹簧全启封闭式安全阀

图4

5.总结
在这次安全阀结构设计中，开始我们以为安全阀通道截面积就是根据公式算，所以觉得很会很快，但是在做课程设计的时候才发现不是这么简单，每一个数据都是通过团队协作计算得出来的。
安全阀结构虽然我们平时能够涉及到，但是在平时的课程中都没怎么深究，所以都懂得不太多，起初我们拿到这个设计书时感到很茫然，不知所措。刚开始也是查了很多书，看了很多资料和各个组需要做安全阀的同学商量以后，还是不知道怎么做。后来询问老师后，才知道安全阀也有个经验公式。我们才知道我们走进了一个死胡同，总是把安全阀设计想得太困难了，其实用经验公式是很简单的。
在此感谢我们的梁平，王中一老师.，老师们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次课程设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。同时感谢这个团队对我有过帮助的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。
由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。
本次的课程设计只是我们学习路上的一次实践，我想，自己可以把它作为学习的经验，指导自己对专业知识的学习，通过本次的实践，也让我明白自己对专业知识的一些不足之处，我应在今后的学习道路上进行改正。
总的来说，这次课程设计和我想象中的一样忙，但是也能让我们学到不少知识，这次设计是很有意义的。

参考文献

[1] 梁平,王天祥. 天然气集输技术[M]. 北京：石油工业出版社 2008.5：11-39
[2] 中国石油天然气集团公司. GB50350-2005油气集输设计规范[M]. 北京：中国计划出版社2005：86
[3] 冯叔初，郭揆常等. 油气集输与矿场加工[M]. 东营：中国石油大学出版社 2006.5：219-226
[4] 《油田油气设计技术手册》编写组. 油田油气设计技术手册[M]. 北京：石油工业出版社1995.3:524-532

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