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: 学号:设计地点（单位）__ ___________ __设计题目:_某低温集气站的工艺设计—安全阀的选型______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）:________ ________摘要本小组设计任务书中所要求设计的气井所产的天然气，含有较高的硫化氢和凝析油，且井口压力较高。
需要在矿场集气站进行节流调压和分离计量等操作。
要求采用低温集气工艺，所以需要加注化学抑制剂以防止水合物的产生。
为了保障整个集气站的生产安全有效的进行，所以在必要的地方必须设置安全阀。
安全阀结构设计的相应规，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，由计算得到天然气的基本物性数据（分子量M、安全阀进口处的绝对温度T、绝对压力P、天然气的密度ρ和相对密度△、最大泄放量G、气体特性系数X，流量系数C0、压缩因子Z、最高泄放压力P0）。
根据数据计算出安全阀最下泄放面积A以及通径d。
根据计算得出的数据，设计出安全阀的结构尺寸，对其选型。
关键词：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目录1 引言 (1)2 基础数据资料 (2)3 设计计算 (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 (3)3.3天然气的压缩因子Z (3)3.4天然气的密度ρ和相对密度△ (4)3.5最大泄放量G (5)3.6天然气的气体特性系数X (5)3.7 最大泄放压力 (6)3.8安全阀的通道截面积A (7)3.9 安全阀的喉径d的计算 (7)3.10 计算结果 (8)4 安全阀的设置与选型 (9)4.1 安全阀的设置 (9)4.2 安全阀形式的选择 (9)4.3 安全阀的分类 (10)4.4 安全阀的主要性能指标 (10)4.5 安全阀型号的确定 (10)4.6 安全阀材质的确定 (12)4.7 安全阀特殊结构的确定 (12)5 总结 (14)6 参考文献 (15)1引言天然气集输系统是储运系统中的重要组成部分，而集气站是集输系统的核心。
对于压力高、产气量大的气井，在气体中出主要组成甲烷外，还含有较高的硫化氢、二氧化碳和凝析油以及程气态和液态的水分。
在这种情况下，宜采用低温分离流程，即在集气站采用低温分离的方法。
而安全阀是工艺系统中的重要组成部分，它保障了系统的安全运行。
它是由弹簧或导阀控制的，当入口处静压超过设定压力时，阀瓣上升以泄放被保护系统的超压，当压力降回至回座压力时，可自动关闭。
2基础数据资料2.1原始数据资基础资料表2.1凝析油含量：20g/m3 S L=0.78出站压力：6MPa ：天然气露点：<-5℃3设计计算3.1 天然气的相对分子质量M 天i M i Y M ∑=天 (3.1) 式中天M —天然气的视相对分子质量； i Y —i 组分的体积分数；Mi —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%=20.113.2 安全阀进口处绝对温度热力学温度与摄氏度之间的换算关系是： 15.273+=t T (3.2) 式中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1~5号井井口最高温度 ： T a =32+273=305K在安全阀b 处，其进口绝对温度取6、7号井的最高井口温度： T b =31+273=304K在安全阀c 处，其进口绝对温度取分离器后的温度： T c =7.8+273=280.8K3.3 天然气的压缩因子Z825.3785.161010072.511T P Z ∆⨯⨯⨯+=(3.3)P — 绝对压力 [MPa] T — 绝对温度 [K] △ — 相对密度696.0)31273(101610027.511825.369.0785.161=+⨯⨯⨯+=⨯Z693.0)30273(101610027.511825.369.0785.1652=+⨯⨯⨯+==⨯Z Z699.0)32273(101610027.511825.369.0785.1643=+⨯⨯⨯+==⨯Z Z786.0)31273(101010027.511825.369.0785.166=+⨯⨯⨯+=⨯Z783.0)30273(101010027.511825.369.0785.167=+⨯⨯⨯+=⨯ZZ a 取Z 3，Z b 取Z 6726.0)8.7273(101010027.511825.36934.0785.16c =+⨯⨯⨯+=⨯Z3.4 天然气的密度ρ和相对密度△由：RT MnRT PVVρ== (3.4)可得： 8.314PMZTρ=(3.5)式中ρ—气体在任意压力下、温度下的密度，kg/m 3；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：36a /53.181305699.0314.811.201016314.8m kg ZT PM =⨯⨯⨯⨯==ρ36b /23.101304786.0314.811.201010314.8m kg ZT PM =⨯⨯⨯⨯==ρ36c /72.118)8.7273(726.0314.811.201010314.8m kg ZT PM =+⨯⨯⨯⨯==ρ天然气的相对密度△ △=空天M M =2911.20=0.69 (3.6)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流过设备的气体质量流量。
24ρQ G = (3.7)式中Q —天然气日产量，m 3/d; ρ—天然气的密度，kg/m 3;5.627791253.1812410834a =⨯⨯=G kg/h5.139191223.1012410334b =⨯⨯=G kg/h33.573813372.11824101164c =⨯⨯=G kg/h3.6 天然气的气体特性系数X该天然气的绝热指数30 .1%78.030.1%3.632.1%9.006.1%23.107 .1%56.1094.1%7.113.1%2.222.1%33.8531.1=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=k气体特性系数表由气体绝热指数k值，查得气体特性系数x。
查得天然气的特性系数为3473.7 最大泄放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P≤1.8MPa0P =P+0.18MPa (3.8) 当1.8MPa<P ≤7.5 MP a 0P =1.1P 当P>7.5MPa 0P =1.05P 式中：P —被保护设备或管道操作绝对压力，MPa0P —安全阀泄放绝对压力，MPa已知安全阀a 取1~5号井的井口压力， 则MPa P 8.161605.1a =⨯=安全阀b 取6、7号井的井口压力， 则MPa P 5.101005.1b =⨯= 安全阀c 处取分离器后的压力，MPa P 5.101005.1c =⨯=3.8 安全阀的通道截面积AMZTP X C GA 00197.10⋅⋅⨯=(3.9) 式中A —最小泄放面积，mm 2； G —质量泄放流量，kg/h ； X —气体特性系数； P 0—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(C 0)由制造厂提供。
若没有制造厂的数据时，对于全启式安全阀:C 0=0.6~0.7;对于带调节圈的微启式安全阀：C 0=0.4~0.5；对于不带调节圈的微启式安全阀：C 0=0.25~0.35。
气体特性系数（x ）见表2.402.52911.20305699.08.1634765.0197.105.6277912a =⨯⨯⨯⨯=A mm 268.19811.20304786.05.1034765.0197.105.1391912b =⨯⨯⨯⨯=A mm 253.75611.208.280726.05.1034765.0197.1033.5738133c =⨯⨯⨯⨯=A mm 23.9 安全阀的通径d 计算对于全启式安全阀 42d A π=即πA4d =(3.10)95.2502.5294a =⨯=πd mm90.1568.1984b =⨯=πd mm04.3153.7564b =⨯=πd mm3.10计算结果表3.34 安全阀的设置与选型4.1安全阀的设置4.1.1安全阀适用于清洁、无颗粒、低粘度流体。
凡必须安装安全泄压装置而又不适合安装安全阀的场所，应安装爆破片或安全阀与爆破片串联使用。
4.1.2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；4.1.3安全阀距震动源的距离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。