节流阀的选型1.docx

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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：

学号:

设计地点（单位）K802

设计题目:

某低温集气站的工艺设计一一节流阀选型

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）：

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一汤姆逊（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一一节流阀设计选型。

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

摘要I

1绪论1

2设计范围2

3设计参数、工艺流程图的简析3

3.1基本数据3

3.2天然气相对分子质量4

3.3空气相对分子质量4

3.4工艺流程简析4

4节流阀公称压力、公称直径计算6

4.1天然气的相对密度6

4.2求压力以及温度7

4.3节流阀直径的计算9

5节流阀选型13

6总结16

1绪论

节流阀的工作原理是气流产生了焦耳一汤姆逊（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、密圭寸面易冲蚀，不能作切断介质用。

4、密圭寸性较差。

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。

2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。

3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（10佩）

进站压力（MPa

进站温度（°C）

表3.2天然气气体组成

气体组

分

HbS

比例

（%

85.33

2.2

2.0

1.8

1.5

0.9

7.1

2.2

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5C。

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。

M=16X82.3%+30>2.2%+44>2.0%+58X1.8%+7.2X.5%+86X）.9%+34>7.1%

+44X2.2%

=13.6258+0.66+0.748+0.9048+0.8856+0.774+2.142+0.3432

=20.016

3.3空气相对分子质量

气体平均相对分子质量（M）二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=28-•32-=29

3.4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-f-p乙。

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。

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

4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（10佩）

进站压力（MPa

进站温度（°C）

表4.2天然气气体组成

气体组

分

比例

（%

85.33

2.2

2.0

1.8

1.5

0.9

7.1

2.2

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-5C。

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

4.1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）:

20.016

式中S——天然气相对密度

天然气的相对分子质量

M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

60000

1Ck400

104MH

9090

7000

处賈］

3000

2000

2000SDOOId000ZUtMjU

葦悴压力.kFai艷」

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T32C。

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，

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。

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图4.2给定压力降所引起的温度降

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①酣文中起輕尢融字--译者注

修正：

凝析油20g/m3Sl=0.78

凝析油密度：

p=SXp=0.781000=780kg/m

单位换算：

20g/m3=20XO-3£80X106=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=+56C

凝析油含量为28.3时,t=+8.3C

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=8.3-8.3-5.625.6-22.6二6.9C

-28.3-22.6

设生产分离器前的节流阀为1,节流前的温度为Ti、压力为Pi,节流后的温度为T2、压力为P2。

计量分离器前的节流阀为2,4、5、6井轮换计量时，节流前温度分别为T4,1、T5,1、Te,1，压力分别为P4,1、P5,1、P6,1，节流后温度分别为T4,2、T5,2、T6,2，压力分别为P4,,2、卩5,2、卩6,2。

节流阀1：

压力降：

△P=P_P2=12MPa-10MPa=2MPa

再查图4.2，由给定的压力降得温度降△T=7C，T1选择4、5、6井中温度最低的，以确保三口井降温后都高于水合物形成温度，保证不生成水合物。

△T=T-T2

T2=T1-△T=307=23°C

修正后节流阀1的出口温度：

T2=23+6.9=29.9C

天然气经过节流阀1后的压力和温度为P2=10MPa；T2=29.9C。

经查图验证经过节流阀1后不会形成水合物，因此在节流阀1前不需要加抑制剂。

节流阀2:

压力降：

△P=P1—4,2=12MPa-10MPa=2MPa

P4,1=P5,1=P6,1=12MPa

P4,,2=P5,2=P6,2=10MPa

再查图4.2,由给定的压力降得温度降△T=7C，该流程为轮换计量，因此分别算出4、5、6井分别计量时经过节流阀2后的温度：

T4,2=T4,1-△T=32-7=25C

T5,2=T5,1-△T=30-7=23C

T6,2=T6,1-△T=3-7=24C

修正后节流阀2的出口温度：

T4,2=25+6.9=31.9C

T5,2=23+6.9=29.9C

T6,2=24+6.9=30.9C

天然气经过节流阀2后的压力和最低温度为P4,,2=P5,2=P6,2=10MPa；T5,2=29.9C，经查图验证经过节流阀2后不会形成水合物，因此在节流阀2前不需要加抑制剂。

4.3节流阀直径的计算

4、5、6井汇管后，通过节流阀1经一次节流后

有空=12=0.5880.53，属于非临界流动。

R17

计算节流阀直径（引用网上公式）：

”J.476_J.238

门（Qo—SZT

d计=

3304|[P2R-P2

式中d计节流阀的计算直径，mm；

Qo――流过节流阀的气体流量，m3/d;

Pi,P2——分别为阀前、后的压力，MPa（绝）；

T――阀前的气体温度，K；

Z――气体的压缩系数。

其中Q0,P1,P2,T由前面得知，然后求气体压缩系数Z。

已知天然气的相对密度S=0.7，对于凝析气藏气（引用公式2-7）：

当S_0.7时,Ppc=5.102-0.689S

Tpc=132.2116.7S

则有Ppc=4.620;Tpc=213.890

计算拟对比参数（引用课本公式2-11、2-12）：

拟对比压力：

“PC

拟对比温度：

Tpr二工

Tpc

（4-2）

（4-3）

（4-4）

（4-5）

（4-4）、（4-5）

当经过节流阀1，第一次节流时的拟对比压力和拟对比参数带入公式进行计算:

4.620

=2.60；

30273"42

213.890

由求得的Ppr=2.60，Tpr=1.42

图4.3天然气压缩因子图版

从图4.3查得天然气在拟对比压力2.6时的压缩因子为：

拟对比温度为1.45时，Z=0.77

拟对比温度为1.40时，Z=0.73

用线性内插法求算拟比温度为1.42时的天然气压缩因子：

Z=0.77

-0.77—0.731.42一「4=0.754

_1.45-1.4

将已知条件都代入计算直径公式求节流阀1的直径:

d1,计止14.89mm因为通过直径为计算直径的1.5〜2倍，所以取d1=2d计。

则井1经过的第一个节流阀阀1的通过直径d1=10.72送=21.44伽

同理求节流阀2的直径:

d4.2,计

/\0.476

1300000y

—|x

3304丿

9.44mm

-.0.238

0.70.75427332

IL1012-10

d5.2,计

”、0.476_-0.238

900001迖0.7x0.754"273+30）1

13304丿沃]10x（12—10）_[

d5.2，计叱7.91mm

d6.2,计賂9.07mm

阀2的通过直径应取4、5、6中最大的直径数值,

d2=9.44mm

5节流阀选型

节流阀按通道方式可分为直通式和角式两种；按启闭件的形状分，有针形、沟形和窗型。

表5.1设备型号

型号

公称压力

试验压力/MPa

工作温

适用介质

PN/MPa

壳体

密封（液体）

度/c

IA1H-64

<350

水、烝汽、油品等无腐蚀性介质

IA1W-64P

6.4

9.6

7.04

<150

弱腐蚀性介质

IA1W-64H

腐蚀性介质

LA1H-100

10.0

15.0

11.0

<350

水、烝汽、油品等无腐蚀性介质

表5.2截止（节流）阀的结构尺寸及质量

型号：

J44Y-160

、J44Y-220、

L44Y-160、

L44Y-220

公称直

尺寸/mm

重量（kg）

径DN/mm

Z-①d

J型/L型

M14X1.5

3-16

110

100

M14X1.5

3-16

150

102

115

M24X2

3-18

250

207

217

5.74/5.75

105

M24X2

3-18

250

202

217

6.04/6.1

120

105

M33X2

3-18

300

235

255

9/9.1

135

115

M42X2

4-18

300

232

258

10.7/10.8

165

115

M52X2

6-26

350

275

310

19.8/20

190

165

115

M64X3

6-26

400

313

355

29.63/30.2

215

200

145

M80X3

6-29

650

430

490

77/78

260

225

170

M100X3

6-33

720

510

590

111/112

表5.3截止（节流）阀的结构尺寸及质量

型号：

J44Y-320、L44Y-320

公称直

径DN/mm

尺寸/mm

重量（kg）

J型/L型

Z-①d

M14X1.5

3-16

110

100

M14X1.5

3-16

150

102

115

M24X2

3-18

250

207

217

5.74/5.75

105

102

M33X2

3-18

250

202

217

6.78/6.79

120

115

M42X2

4-18

300

235

255

10.1/10.11

135

M48X2

4-22

300

232

258

12.93/13.1

165

115

M64X2

6-26

350

275

310

22.8/23.1

190

200

145

M80X3

6-29

400

313

355

39.2/39.8

215

225

170

M100X3

6-33

650

430

490

90/91

260

195

M125X3

112

6-36

720

520

600

148/149

表5.4主要零件材料

零件名称

阀体、阀底

座法兰

阀杆、阀瓣

密封面

填料

阀盖手柄

阀杆螺母

材料

碳素钢

不锈钢

硬质合金

氟塑料

碳钢

铸造铝黄铜

根据上述对节流阀的压力以及直径计算得到以下数据：

阀门1的进口压力和求的的通过直径为：

i2MPa,21.44mm；阀门2的进口压力和求得的通过直接为：

12MPa,9.44m。

根据以上数据以及工艺的需要，同时考虑节流阀的功能材料等，对节流阀进行选择，选定设备如下：

表5.2选定的设备型号

阀

门

型号

公称

通径

DN/mm

尺寸/伽

重量/

Z-©d

l_0

阀1

L44Y-

160

120

105

M33

3-18

300

235

255

9/9.1

阀2

L44Y-

160

105

M24

3-18

250

202

217

6.04/

6.1

型号解释:

L44Y-160:

节流阀、手柄传动、法兰连接、角式、密封面材料为硬质合金、公称压力为16MPa、阀体材料为碳素钢。

6结论

课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。

本次课程设计针对某低温集气站的工艺设计一一节流阀的选型，在这次为期

两周的课程设计中，我们首先通过小组讨论初步确定工艺流程，由负责画图的同学画出流程草图，得到老师审核通过后，小组对图中出现的节流阀分工，交流确定计算方法，再到最后自己完成课程设计的报告。

我们的流程涉及面很广，几乎覆盖所有知识点，流程图略微复杂，因此我们的方案改了很多遍，但是在我们全组同学的共同努力下，以及老师的耐心指导最终我们还是完成了我们的工艺流程图。

这次课程设计的每一个步骤，我都学到很多东西，使我基本掌握了各种流程图的设计，在什么样的条件下对流程中设备的选择，以及如何进行节流阀选型。

课程设计从理论到实际，不仅培养了我们的收集信息的能力，还锻炼了我们的团队精神和交流能力，使我们的自学能力得到提高，这些能力为我们以后的学习和工作打下了基础。

也让我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有把理论知识与实践结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计中遇到很多问题，可以说困难重重，但可喜的是最终都得到了解决，把问题变成了知识的增长。

课程设计中也对团队精神进行了考查，让我们在合作中找到默契，在成功后一起体会喜悦的心情，果然团结就是力量，本次课程设计我们配合默契，希望最终能够取

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