某低温集气站工艺设计之节流阀的选型计算课程设计重庆科技学院《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:储运12-02 学生姓名:学号:设计地点（单位）_ 石油与安全科技大楼K804设计题目:_某低温集气站的工艺设计——节流阀选型完成日期： 2015 年 6 月 20日指导教师评语:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________ _成绩（五级记分制）:________________指导教师（签字）:________________要摘要节流阀是指通过改变流通面积来实现调节介质流量和压力的手动阀门。

本次课程设计我们小组的任务就是结合低温集气站工艺设计所提供的参数与流程图，来确定节流阀的型号规格。

根据给定的进站温度、压力，计算不形成水合物的最大压力降，确定出分两级节流降压。

再根据初始压力、压力降查图得温度降，确定出阀前、阀后的温度。

然后根据所算得的压力与温度算出节流阀的通过直径。

最后结合输送天然气温度、压力、阀的通过直径、所输送天然气的酸性，选出节流阀的规格。

关键词：节流阀低温集气工艺选型计算目录1.引言 (1)2.工艺分析 (2)2.1基础资料 (2)2.2流程图分析 (2)2.3小组任务 (3)3.参数计算 (4)3.1气体相对密度 (4)3.2压力计算 (4)3.3温度计算 (5)3.4阀前后温度、压力表 (6)3.5压缩因子计算 (7)3.6节流阀直径计算 (9)4.节流阀的选型 (12)4.1阀门设计基本参数 (12)4.2阀门的型号 (12)4.3集输工程对阀门的要求 (12)4.4阀门的选用步骤 (13)4.5阀门选型 (13)5.总结 (17)参考文献 (18)1.引言节流阀是指通过改变流通面积来实现调节介质流量和压力的手动阀门。

节流阀在管路中主要起节流降压的作用，节流过程中，通过改变节流截面或节流长度来控制流量，流束将在节流处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，起到降温减压的作用。

节流阀的外形结构与截止阀并无区别，但两者的启闭件不同，人们常采用改变截止阀的阀瓣形状的方法将其作为节流阀使用。

但应指出，用改变闸阀或截止阀的开启高度来实现节流作用是极不合理的。

因为，管路中介质在流动状态下，流速很高，密封面容易被冲刷、磨损，失去了切断密封作用；同理，用节流阀作为切断装置也是不合理的。

节流阀的阀瓣形式有多种，适用范围也不同，如沟形阀瓣常用于深冷装置中的膨胀阀；窗形阀瓣常用于公称尺寸较大的节流阀；针形阀瓣常用于中、小口径的节流阀。

节流阀构造简单，制造维修方便，价格低廉，因此应用非常广泛。

但其缺点也非常明显，调节精度不高，密封性较差且密封面易受冲蚀。

另外，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。

在集输系统中使用的常规结构形式的节流阀大多数为带针形或圆锥形阀芯的截止阀。

一般用于流量或压力调节，有时也用于分离器排液出口，控制排放速度。

由于节流阀处压降大，介质对阀芯的冲蚀严重，使用一段时间后，往往关闭不严，因而这种形式的节流阀没有截止功能。

本次课程设计，我们组负责低温集气站工艺设计，节流阀在此过程中主要起1.节流降温的作用，分离出天然气中的凝析油，使管输天然气的烃露点达到管输标准要求；2.节流降压，降低井场来气压力，使管输天然气压力达到出站压力要求。

2.工艺分析2.1 基础资料井号 产量（410m ³/d ）进站压力 （Mpa ） 进站温度（℃）222 16 30 320 16 32 416 16 32 57 16 30 614 10 31出站压力：6MPa;天然气露点：<-5℃气体组成（%）：1C -85.33 2C -2.2 3C -1.7 4C -1.565C -1.23 6C -0.9 2H S -6.3 2CO -0.78凝析油含量：203/g m ，1S =0.782.2流程图分析1~5号井场来气因为井口较多，因此采用一套多井轮换计量装置，经过一级节流后进入生产/计量分离器进行初步分离。

经过计算，第二级节流会生成水合物，因此分离出的气相应加入抑制剂，经换热器预冷后进行二级节流，进入低温分离器，分离出的干气经热量回收后汇入汇管作为成品气外输。

分离设备脱出的液体进入油/醇分离器进行凝析油回收和后期的乙二醇再生工艺。

6、7号井场来气因为压力较低，只需进行一次节流降压即可降到出站压力；气量较小，因此可直接用计量分离器进行分离和计量。

出来的干气经过热量回收后汇入汇管作为成品气外输。

分离出的液体经过凝析油/醇分离后进行凝析油回收和乙二醇再生工艺。

2.3小组任务本次低温集气站工艺设计中，我们小组的让任务是节流阀选型，在流程图中有5处。

我们做的就是根据给出的进站压力、进站温度，通过“天然气在不形成水合物的条件下允许达到的膨胀程度图”，确定出节流降压范围，得出节流后的压力。

再根据算得的压力降，利用“给定压力降所引起的温度降图”，查出节流后温度。

进而根据阀前、阀后的压力和温度算出压缩因子，再确定出阀径。

最后通过阀径、温度、承压和输送介质这些参数来确定节流阀的规格。

低温集气站工艺流程图3.参数计算3.1气体相对密度(85.3316 2.230 1.744 1.565872 1.230.98634 6.3440.78)/10020.115i iy M M ==⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=∑天 则天然气相对密度20.1150.69628.97S M M ===天空 其中M 天、M 空、M i —天然气、空气、组分i 的相对分子质量i y —组分i 的摩尔分数3.2压力计算（1）对于1~5井： 取其平均温度13130323230315t ++++==℃， 经一级节流，初始压力16Mpa ，查图3.1，得该初始温度、压力下不会形成水合物的最终压力为11Mpa ，为了保险起见，确定节流阀1、2后的压力为11.5Mpa 。

因此：经过阀1、2的压力降为11611.5 4.5P Mpa ∆=-=；经过阀3的压力降为211.56 5.5P Mpa ∆=-=（2）对于6、7井： 取其平均温度2313030.52t +==℃， 初始压力为10Mpa ，压力较小，故只需一次节流即可降到出站压力6MPa 。

因此，经过阀4、5的压力降为31064P Mpa∆=-=。

图 3.1 相对密度为0.7的天然气在不形成水合物的条件下允许达到的膨胀程度3.3温度计算（1）对于1~5井：初始压力16Mpa，压力降4.5Mpa，查图3.2，图 3.2 给定压力降所引起的温度降可得阀1、2前后温度降119T ∆=℃ 温度修正值计算：1536330.780.787.810/201025.64/S g m m Mm ρρρρϕρ====⨯=⨯=油水油水油油:8.3 5.68.3(28.325.64)7.9728.322.6t -∆=-⨯-=+-线性内插法可得℃则阀1、2前温度131T =℃，阀后温度231197.9719.97T -+==℃经过换热器预冷，假设温度降低10℃，则阀3前的温度32109.97T T =-=℃ 又∵阀3前压力11.5Mpa ，压力降5.5Mpa ， 则查图3.2可得：温度降221T ∆=℃；（此时假定气体中凝析油已脱去了大部分，则温度修正值t ∆取-5.6℃） 加上温度修正值 5.6t ∆=-℃，则阀后温度4321 5.616.63T T =--=-℃。

（2）对于6、7井：初始压力10Mpa ，压力降4Mpa ，初始温度530.5T =℃， 经过换热器预冷后，阀4、5前的温度651020.5T T =-=℃，查图4.2得温度降315.8T ∆=℃，再加上之前算得的温度修正值7.97t ∆=+℃，则阀后温度7615.87.9712.67T T =-+=℃。

3.4阀前后温度、压力表3.5压缩因子计算相对密度0.6960.7S =<，则拟临界压力、温度4.7780.248 4.605106.1152.21212.038c c p S MPaT S K=-=⎧⎨=+=⎩，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：0.9 1.60.5 4.03120()15()A A B B ε=-+- 式中：A -2H S 和2CO 气体的总摩尔分数；B -2H S 气体的摩尔分数 得：0.9 1.60.5 4.03120(0.07080.0708)15(0.0630.063)ε=-+- 13.102=再代入校正公式：33(1)c c c c c c p T p T B B T T εε⎧''=⎪⎪+-⎨⎪'=-⎪⎩，式中c p '和c T '为校正后的压力、温度，得 4.605198.936 4.305212.0380.063(10.063)13.102212.03813.102198.936c cp MPa T K ⨯⎧'==⎪+⨯-⨯⎨⎪'=-=⎩∵阀1、2前压力16MPa，温度31℃，带入公式rcrcpppTTT⎧=⎪'⎪⎨⎪=⎪'⎩，得阀前拟对比压力、温度：163.7174.305304.151.529198.936rrpT⎧==⎪⎪⎨⎪==⎪⎩查图3.3，图 3.3 天然气压缩因子图可得阀1、2前压缩因子10.788Z=。

同理可得：阀3前拟对比压力、温度11.52.6714.305283.121.423198.936rrpT⎧==⎪⎪⎨⎪==⎪⎩，则压缩因子20.750Z=。

阀4、5前拟对比压力、温度10 2.3234.305293.65 1.476198.936r r p T ⎧==⎪⎪⎨⎪==⎪⎩，则压缩因子30.790Z =。

整理后得下表：序号 节流阀1、2 节流阀3 节流阀4、53.6节流阀直径计算（1）节流阀直径可根据以下公式计算，①当P 2/P 1>0.53时，属于非临界流动，用下面公式来计算节流阀的通过直径：②当P 2/P 1<0.53时，属于临界流动，用下面公式来计算节流阀的通过直径：式中 d 计——节流阀的计算直径，mm ； 0Q ——流过节流阀的气体流量，3/m d 12,P P ——阀前、阀后的压力，MPa （绝）； S ——气体的相对密度； T ——阀前的气体温度，K ； Z ——气体的压缩系数为了满足调节的要求，节流阀的开启度宜处于半开状态，所以将d 计除以（1-φ），并令φ=0.5（φ为节流阀的开启度）这样，节流阀的通过直径为：，0.2380.4760212Q S Z T d 3304p p p ⎛⎫⎛⎫=⨯ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭计（）()0.4760.2380Q d S Z T 1591⎛⎫=⨯ ⎪⎝⎭计d dd 2d 10.5φ===-计计计即选用节流阀的通过直径为计算直径的2倍。