油氣集輸課程設(shè)計(jì)

1、重慶科技學(xué)院油氣儲運(yùn)專業(yè)課程設(shè)計(jì) 安全閥的選型（不同位置）重慶科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 院（系）: 石油與天然氣工程學(xué)院 專業(yè)班級: 油氣儲運(yùn)2011-02 學(xué)生姓名: 滕明磊 學(xué) 號: 2011441017 設(shè)計(jì)地點(diǎn)（單位） 石油與安全科技大樓K713 設(shè)計(jì)題目:某常溫集氣站的工藝設(shè)計(jì)安全閥的選型（不同 位置） 完成日期： 2014 年 6 月 20 日 指導(dǎo)教師評語: _ 成績（五級記分制）: 指導(dǎo)教師（簽字）: 摘要 安全閥的選型是一項(xiàng)比較重要的工作，選型恰當(dāng)與否將直接影響管道和設(shè)備的安全。根據(jù)已給的設(shè)計(jì)指導(dǎo)參數(shù)，確定該常溫集氣站的流程為常溫分離多井集氣站流程，由于各井口的進(jìn)站壓力不同，所以

2、把進(jìn)站壓力相同的井口匯集起來集中進(jìn)行分離計(jì)量，其中，1號、3號、6號井為一組進(jìn)行分離計(jì)量，2號、4號、5號井為另一組進(jìn)行分離計(jì)量。安全閥的位置分別安裝在集氣匯管上和常溫分離器上，以保護(hù)整條管線的安全和分離器的運(yùn)行安全。根據(jù)安全閥設(shè)計(jì)的相應(yīng)規(guī)范，由計(jì)算得到天然氣的基本物性數(shù)據(jù)（最大泄放量G、分子量M、氣體特性系數(shù)C、流量系數(shù)Kf、壓縮系數(shù)Z、最高泄放壓力Pm、泄放溫度Ti、天然氣密度）。然后根據(jù)所得的物性參數(shù)計(jì)算出安全閥通道截面積A和直徑D。根據(jù)上述計(jì)算所得出的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出安全閥的結(jié)構(gòu)尺寸，對其選型。 關(guān)鍵詞：安全閥 選型 基本物性參數(shù) 通道截面積 直徑目錄摘要I1.緒論 2

3、2.安全閥的選型原則32.1安全閥的工作原理32.2安全閥的選型基本原則32.21.確定安全閥的通徑 32.22材質(zhì)的確定 32.23安全閥特殊結(jié)構(gòu)的確定 42.3 安全閥的主要性能指標(biāo) 43.安全閥的選型計(jì)算53.1基本參數(shù)53.2安全閥計(jì)算公式63.21天然氣的分子量 73.22壓縮系數(shù)Z73.23天然氣密度73.24最大泄放量G73.25最大泄放壓力是的進(jìn)口壓力83.26安全閥進(jìn)口處絕對溫度83.27 天然氣的絕熱系數(shù)93.28氣體特性系數(shù)C（K1.3）93.29安全閥通道截面積A9 3.3安全閥的型號選取104.安全閥的安裝與

4、維護(hù)115.總結(jié)12參考文獻(xiàn)131.緒論 安全閥（Safety Valve，又稱泄壓閥Relief Valve）是自動閥門，它不借助任何外力，根據(jù)壓力系統(tǒng)的工作壓力自動啟閉，一般安裝于封閉系統(tǒng)的設(shè)備或管路上保護(hù)系統(tǒng)安全。當(dāng)設(shè)備或管道內(nèi)壓力超過安全閥設(shè)定壓力時(shí)，自動開啟泄壓，保證設(shè)備和管道內(nèi)介質(zhì)壓力在設(shè)定壓力之下，保護(hù)設(shè)備和管道正常工作，防止發(fā)生意外，減少損失。安全閥是壓力容器在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)超壓泄放的安全附件之一，是油氣田集輸工藝必不可少的重要元件，也是在線壓力容器定期檢驗(yàn)中必檢項(xiàng)目。它包括防超壓和防真空兩大系列，即一為排泄容器內(nèi)部超壓介質(zhì)防止容器失效，另一方面則為吸入外部介質(zhì)以防止容器

5、剛度失效。它的主要作用是在受內(nèi)壓的管道和容器上起保護(hù)作用，防止超壓，保障安全。凡符合壓力容器規(guī)范適用范圍的壓力容器按設(shè)計(jì)圖樣的要求裝設(shè)安全閥。2.安全閥的選型原則2.1安全閥的工作原理安全閥工作原理是當(dāng)安全閥閥瓣下的蒸汽壓力超過彈簧的壓緊力時(shí)，閥瓣就被頂開。閥瓣頂開后，排出蒸汽由于下調(diào)節(jié)環(huán)的反彈而作用在閥瓣夾持圈上，使閥門迅速打開。隨著閥瓣的上移，蒸汽沖擊在調(diào)節(jié)環(huán)上，使排氣方向趨于垂直向下，排氣產(chǎn)生的反作用力推著閥瓣向上，并且在一定的壓力范圍內(nèi)使閥瓣保持在足夠的提升高度上隨著安全閥的打開，蒸汽不斷排出，系統(tǒng)內(nèi)的蒸汽壓力逐步降低。此時(shí)，彈簧的作用力將克服作用于閥瓣上的蒸汽壓力和排氣的反作用力，從

6、而關(guān)閉安全閥。2.2安全閥的選型基本原則 2.21.確定安全閥的通徑  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(shí)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。  2.22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、壓力范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(shí)，可在訂貨時(shí)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

7、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。  2.23安全閥特殊結(jié)構(gòu)的確定  （1)帶散熱器安全閥的選用：對于開啟壓力大于3MPa的蒸汽用的安全閥或介質(zhì)溫度超過320的氣體用的安全閥,應(yīng)選用帶散熱器(翅片)的形式。  （2)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(shí)，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。  （3)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

8、全閥。  （4)對空氣、60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。 （5）液化槽(罐)車,應(yīng)采用內(nèi)置式安全閥。（6）采油井出口用安全閥，一般選用先導(dǎo)式安全閥。  （7）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(gè)或兩個(gè)以上安全閥。  （8)工作壓力Pw低的固定式容器,可采用靜重式（高壓鍋）或杠桿重錘式安全閥，移動式設(shè)備應(yīng)采用彈簧式安全閥。  （9）對于介質(zhì)較稠且易堵塞的,宜選用安全閥與爆破片的串聯(lián)組合式

9、的泄放裝置。 （10）空氣或其他氣體介質(zhì)用安全閥，一般選用封閉全啟式彈簧安全閥。 （11)當(dāng)安全閥有可能承受背壓是變動的且變動量超過10%開啟壓力時(shí),應(yīng)選用帶波紋管的安全閥。 (12)根據(jù)安全閥公稱壓力大小來選擇的彈簧工作壓力等級，安全閥公稱壓力與彈簧工作壓力關(guān)系。 （13）若要求對安全閥做定期開啟試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)選用帶提升扳手的安全閥，當(dāng)介質(zhì)壓力達(dá)到開啟壓力的75%以上時(shí)，可利用提升扳手將閥瓣從閥座上略為提升，以檢查安全閥開啟的靈活性。（14）安全閥應(yīng)動作靈敏可靠,當(dāng)?shù)竭_(dá)開啟壓力時(shí),閥瓣應(yīng)及時(shí)開啟和完全上升,以順利排放;同時(shí)應(yīng)具有良好的密封性能,不僅正常工作時(shí)保持不漏,而且要求閥瓣在開啟復(fù)位后及時(shí)

10、關(guān)閉且保持密封;在排氣壓力下閥瓣應(yīng)達(dá)到全開位置,無震蕩現(xiàn)象,并保證排出規(guī)定的氣量。2.3 安全閥的主要性能指標(biāo) （1）安全性：閥門出廠時(shí)按國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了強(qiáng)度試驗(yàn)與密封試驗(yàn)，確保閥門的機(jī)械性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。 （2）靈敏性：閥門的起跳條壓力、回座壓力，在國家標(biāo)準(zhǔn)及用戶要求的范圍內(nèi)，起跳壓力準(zhǔn)確、起跳迅速，回座壓力穩(wěn)定。  （3）密封性：閥門回座后密封性能優(yōu)良，無泄漏。  （4）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。3.安全閥的選型計(jì)算3.1基本參數(shù) 表3.11

11、 站場概況 產(chǎn)量（)()126162922117283191628.5424172951417286161628出站壓力：6MPa 表3.12 天然氣組成 氣體組成成分含量（%）93.492.550.910.510.620.450.580.320.57凝析油含量：20g/ =0.753.2安全閥計(jì)算公式(1)A=式中：A安全閥通道截面積，；          G安全閥最大泄放量，kg/h；  安全閥在最大泄放量時(shí)的進(jìn)口壓力，（絕）；     K流量系數(shù)；&

12、#160; Cf（k）與氣體的絕熱指數(shù)k有關(guān)；     M氣體千克分子量；   安全閥進(jìn)口處絕對溫度，K；     Z氣體壓縮系數(shù)。  （2）直徑： 式中：D安全閥的直徑，cm； A安全閥通道截面積，；3.21天然氣的分子量  =16×93.49%+30×2.55%+40×0.91%+ 54×0.51%+68×0.62%+2×0.45%+ 28×0.58%+34×0.32%+44×0.5

13、7% = 17.323.22壓縮系數(shù)Z 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，由公式：Z= 可得：(1)在安全閥1處時(shí)，壓縮系數(shù)為：=(2)在安全閥2處時(shí)，壓縮系數(shù)為：=(3)在安全閥3、4處時(shí)，壓縮系數(shù)為：=3.23天然氣密度由：PV=nRT=RT可得：=則天然氣的密度為：（1） 匯管1:=180.21 kg/（2） 匯管2:=205.57 kg/（3） 分離器內(nèi)：=49.83kg/3.24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。安全閥的泄放量均認(rèn)為單位時(shí)間內(nèi)流過設(shè)備的氣體質(zhì)量流量。（1）匯管1的總產(chǎn)量為：61×/d則匯管1的最大泄放量： =180.21kg/= 4580337.5 kg/h（

14、2）匯管2的總產(chǎn)量為：59×/d則匯管2的最大泄放量： =205.57kg/= 5053595.833 kg/h（3） 分離器1的最大泄放量為： =49.83 kg/= 1266512.5 kg/h（4） 分離器2的最大泄放量為：=49.83 kg/= 1224987.5 kg/h3.25最大泄放壓力是的進(jìn)口壓力 安全閥開始起跳時(shí)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(jì)壓力?？砂聪旅娣椒ù_定： 當(dāng)P1.8MPa           

15、0;  =P+0.18P 當(dāng)1.8MPa<P7.5MPa       =1.1P 當(dāng)P>7.5MPa              =1.05P 式中： P被保護(hù)設(shè)備或管道操作絕對壓力，  安全閥泄放絕對壓力，  則有：（1） 安全閥1取匯管1的壓力, 則=1.05×13.8=14.49MPa=144

16、.9（2） 安全閥2取匯管2的壓力，則 =1.05×14.9=15.645MPa=156.45（3） 安全閥3、4取分離器內(nèi)壓力，則 =1.1×6=6.6MPa=3.26安全閥進(jìn)口處絕對溫度（1）在安全閥1處，其進(jìn)口絕對溫度取井口1、3、6節(jié)流后的平均溫度：  =22.43+273=295.43 K （2）在安全閥2處，其進(jìn)口絕對溫度取井口2、4、5節(jié)流后的平均溫度：   =23.07+273=296.07 K（3）在安全閥3、4處，其進(jìn)口絕對溫度取分離器內(nèi)溫度： =20+273=293 K3.27 天然氣的絕熱系數(shù)表3.27 部分物

17、料的物性表物料分子量比重臨界壓力(MPa)臨界溫度(K)絕熱指數(shù)K=Cp/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72.152.490.6253.334611.09戊烷72.152.490.6313.37469.81.07氫氣 2.0160.0700.07091.2933.31.41二氧化碳44.011.531.1017.393041.30氯化氫36.501.278.263241.41硫化氫34.071.199.0273.61.32由表可得：甲烷K

18、=1.31 乙烷K=1.19 丙烷K=1.13 丁烷K=1.09 氫氣K=1.41 硫化氫K=1.32 二氧化碳K=1.30 所以天然氣的絕熱系數(shù)為： =1.31×93.39%+1.22×2.55%+1.13×0.91%+1.09×0.51%+1.41×0.45%+1.32×0.32%+1.30×0.57% =1.288343.28氣體特性系數(shù)C（K1.3）由氣體特性系數(shù)C的經(jīng)驗(yàn)公式C=387得：C=387=387×=258.233.29安全閥通道截面積A由以上算得數(shù)據(jù)和已知公式可得:(1）安全閥1的通道截面積：4

19、0.48則直徑：(2）安全閥2的通道截面積：40.23則直徑：cm(3）安全閥3的通道截面積：29.79則直徑：cm(4）安全閥4的通道截面積：28.81則直徑：cm所以由計(jì)算可得各個(gè)位置處的安全閥的選型參數(shù)為：安全閥編號 安全閥通道截面積 ()直徑（cm）安全閥入口壓力（MPa）安全閥1 40.487.1813.8安全閥2 40.237.1614.9安全閥3 29.796.166.0安全閥4 28.816.066.03.3 安全閥的型號選取由上面計(jì)算所得安全閥的基本選型參數(shù)，并查下表：表3.3 安全閥型號規(guī)范表名稱型號工作溫度適用介質(zhì)公稱直徑范圍mm微啟式封閉彈簧安全閥A41H-1

20、6CA41H-25A41H-40A41H-64300300300300氣體、石油、水氣體、石油、水氣體、石油、水氣體、石油、水255025100251002550全啟式封閉彈簧安全閥A42Y-16CA42Y-40A42Y-64A42Y-100300300300300氣體、石油氣體、石油氣體、石油氣體、石油4015050150401005080 由安全閥計(jì)算所得的選型參數(shù)和安全閥型號規(guī)范表可選取安全閥的選型分別為： 安全閥編號型號安全閥1A42Y-100，DN80安全閥2A42Y-100，DN80安全閥3A42Y-64，DN70安全閥4A42Y-64，DN704.安全閥的安裝與維護(hù)安全閥的安裝和

21、維護(hù)應(yīng)注意以下施工事項(xiàng)、安裝要點(diǎn) 1.安裝位置、高度、進(jìn)出口方向必須符合設(shè)計(jì)要求，注意介質(zhì)流動的方向應(yīng)與閥體所標(biāo)箭頭方向一致，連接應(yīng)牢固緊密。2.閥門安裝前必須進(jìn)行外觀檢查，閥門的銘牌應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)通用閥門標(biāo)志GB 12220的規(guī)定。對于工作壓力大于1.0MPa及在主干管上起到切斷作用的閥門，安裝前應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度和嚴(yán)密性能試驗(yàn)，合格后方準(zhǔn)使用。強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力為公稱壓力的1.5倍，持續(xù)時(shí)間少于5min，閥門殼體、填料應(yīng)無滲漏為合格。嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力為公稱壓力的1.1倍；試驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間符合GB 50243的要求。3.安全閥出口處應(yīng)無阻力，避免產(chǎn)生受壓現(xiàn)象。4.壓力容器與安全閥之間的連接

22、管件的通孔，其截面積不得小于安全閥的進(jìn)口截面積，其接管應(yīng)盡量短而直。 5.壓力容器一個(gè)連接口上裝設(shè)兩個(gè)或兩個(gè)以上的安全閥時(shí)，則該連接口入口的面積，應(yīng)至少等于這些安全閥的進(jìn)口截面積總和。 6.安全閥與壓力容器之間一般不宜裝設(shè)截止閥門。為實(shí)現(xiàn)安全閥的在線校驗(yàn)，可在安全閥與壓力容器之間裝設(shè)爆破片裝置。對于盛裝毒性程度為極度、高度、中度危害介質(zhì)，易燃介質(zhì)，腐蝕、粘性介質(zhì)或貴重介質(zhì)的壓力容器，為便于安全閥的清洗與更換，經(jīng)使用單位主管壓力容器安全的技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，并制定可靠的防范措施，方可在安全閥（爆破片裝置）與壓力容器之間裝設(shè)截止閥門。壓力容器正常運(yùn)行期間截止閥必須保證全開（加鉛封或鎖定），截止閥的結(jié)構(gòu)

23、和通徑應(yīng)不妨礙安全閥的安全泄放。7.安全閥在安裝前專門測試，并檢查其密封性。8.對使用中的安全閥應(yīng)作定期檢查。 5.總結(jié) 專業(yè)課程設(shè)計(jì)的大幕瞬間被拉開，又瞬間被拉上，為期兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)瞬即逝，本以為課程設(shè)計(jì)專周會輕松簡單的度過，但沒想到竟會是如此的匆忙。在這次安全閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，開始我們以為安全閥的選型只要找到公式，把相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式中計(jì)算出來就好了，所以覺得會做的很快，但是在做課程設(shè)計(jì)的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)并不是這么簡單，每一個(gè)數(shù)據(jù)都要通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作才能計(jì)算得出來。 安全閥結(jié)構(gòu)雖然在我們的課程的學(xué)習(xí)中有所接觸，但是在平時(shí)的課程中都沒怎么深究，所以懂得不太多，因此很多的資料和參數(shù)都需要我們自己去查、去計(jì)算，這無疑給我的課程設(shè)計(jì)帶來了一定的困難。但這也是我們做課程設(shè)計(jì)的目的，在課程設(shè)計(jì)的過程中，我們要找出問題，然后去逐一地解決這些問題，在解決