油气集输课程设计
1. 绪论
设计任务书中要求设计的五口井所产的天然气,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,就可以输住用户。在这种情况下,我们采用了常温分离多井轮换计量流程。计量分离器前的天然气经一级节流调压后基本达到管输要求,生产分离气前的天然气经一级调压后也基本达到管输要求,并且在节流中间安装了水套加热炉,以防止形成水合物。五口井所产的天然气经过节流调压、分离、计量,集气后外输。
节流阀的工作原理:节流阀是一种特殊的截止阀,可通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量。将节流阀和单向阀并联则可组合成单向节流阀。节流阀和单向节流阀均是简易的流量控制阀,节流阀没有流量负荷反馈功能,不能补偿由负荷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。 节流阀的特点:
(1)构造较简单,便于制造和维修,成本低。 (2)调节力矩小,动作灵活。
(3)流量调节范围大,流量-压差变化平滑。 (4)密封面易冲蚀,不能作切断介质用。 (5)密闭性较差。
2. 设计参数
2.1设计依据
天然气的相对分子质量计算:根据《天然气集输技术》公式2-1,M=∑y i M i 天然气的相对密度计算:根据《天然气集输技术》公式2-4,S=
ρ天M天
=
ρ空M空
虚拟临界温度和虚拟临界压力的计算:根据《天然气集输技术》公式2-8,
Ppc =4.881-0.3861∆
∆≥0.7{T pc =92.2+176.6∆Ppc =4.778-0.248∆∆
}
天然气的压缩因子计算根据《天然气集输技术》2-14:Z=
100
1.5
100+1.69P平均
节流阀通过直径计算根据《油田油气集输设计技术手册》:
q v 0.476
d =() ⨯(∆ZT ) 0.238
1591
节流阀的选用标准:
(1)适用于温度较低,压力较高的介质 (2)需要调节流量和压力的部位
(3)不适用与粘度大和含有固体颗粒的介质 (4)不宜作隔断阀 2.2设计范围
节流阀和调压阀的选择
减压阀是通过调节,将进口压力减至某一需要的出口压力,并依靠介质本身
的能量,使出口压力自动保持稳定的阀门。从流体力学的观点看,减压阀是一个局部阻力可以变化的节流元件,即通过改变节流面积,使流速及流体的动能改变,造成不同的压力损失,从而达到减压的目的。然后依靠控制与调节系统的调节,使阀后压力的波动与弹簧力相平衡,使阀后压力在一定的误差范围内保持恒定。 节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门。将节流阀和单向阀并联则可组合成单向节流阀。节流阀和单向节流阀是简易的流量控制阀,在定量泵液压系统中,节流阀和溢流阀配合,可组成三种节流调速系统,即进油路节流调速系统、回油路节流调速系统和旁路节流调速系统。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。
二者区别如下:
1. 构造不同,用途不同。节流阀是控制流量,减压阀是控制压力。
2. 一般来讲,减压阀工作时的开口比节流阀小些,而且减压阀的开口大小是一直变动的,而节流阀是不变的。 3. 二者不能相互替代。
根据本设计的资料,计量分离器前和生产分离器前都采用一个节流阀。 2.3设计参数及分析
井号 1 2 3 4 5
出站压力:6MPa
气体组成(%):C 1-94.2 C2-2.6 C3-0.9 C4-0.5 H2-0.8 H2S-0.4 CO2-0.6 凝析油含量:20g/m3 SL =0.75
产量(104m 3/d) 进站压力(MPa )
23 20 17 22 18
15 14 13 15 15
进站温度(0C )
27 27 27 27 27
3工艺方案设计
通过上面数据的分析,对于硫化氢含量低(约在0.5%以下) 和凝析油含量不多的天然气,只需在矿场集气站内进行节流调压和分离计量等操作,就可以输住用户。在这种情况下,可以采用常温分离的集气站流程。
天然气在分离器操作压力下,以不形成水合物的温度条件下进行气-液分离,称为常温分离。通常分离器的操作温度要比分离器操作压力条件下水合物形成温度高3~5℃。常温分离工艺的特点是辅助设备较少,操作简便,适用于干气的矿场分离。
1) 常温分离单井集气站流程
在这种流程中,所有用来调节气井工作、分离气体中杂质、测量气量和凝析液、防止水化物形成等的设备和仪表都直接布置和安装在距井口装置不远的地方。在这种情况下,每口井一般都有工人进行管理。 2) 常温分离多井集气站流程
常温分离多井集气站流程也可分为两种型式:
A 型流程,它的特点是三相分离 ;B 型流程,它的特点是气液分离。
这两种常温分离多井集气站流程,其井数可以根据集输系统流程图设计,所辖井数不受限制。
3) 常温分离多井轮换计量流程
该流程适用于单井产量较低而井数较多的气田。全站按井数多少设置一个或数个计量分离器供各井轮换计量;再按集气量多少设置一个或数个生产分离器,分离器供多井共用。
需要选型计算的设备有:分离器、水套加热炉、安全阀、调压阀、节流阀和站内管线。根据以上我们选用了第三种方法——常温分离多井轮换计量流程
4. 工艺计算
由于知道各组分的组成,则该组分天然气的 混合天然气分子量:Μ
天
=Μc 1+Μc 2+Μc 3+Μ
c 4
+Μ
c 5
+Μ
c 4
+Μ
c 5
≈15.072+ =16.954 空气的分子量:Μ相对密度△=
空
56+0.264+0.016+0.29
=28.97
p 天M 天16.954==≈0.585 p 空M 空28.954
100
计算, 1.5
100+1.69P平均
对于干燥天然气,根据公式Z=
对于井号1、4、5的进站压力相同,根据公式可得它们的压缩因子也相同。 代入数值可算得: Z=
100
=0.50 1.5
100+1.69⨯15
100
=0.53
100+1.69⨯141.5
100
=0.56 1.5
100+1.69⨯13
井号2的进站压力为14MPa ,根据公式代入数值可得: Z=
井号3的进站压力为13MPa ,根据公式代入数值可得:
Z=
知道了天然气的相对密度△,对于干气可选用以下公式计算天然气的虚拟临界温
度和虚拟临界压力。
Ppc =4.881-0.3861∆
∆≥0.7{T pc =92.2+176.6∆Ppc =4.778-0.248∆∆
}
由于∆=0.585
Ppc =4.778-0.248∆=4.63MPa T pc =92.2+176.6∆=195.5K
首先判断是否需要节流前加热,假设节流阀之前温度就是进站温度t=27℃ 节流前压力P 11=15 MPa 节流后压力P 12
=6 MPa
根据节流前压力和相对密度,查《天然气集输工程》图2-7,节流前水合物形成温度为t 1水合物=18℃,由于节流前天然气温度为t=27℃>t1, 所以节流前不形成水合物。
在查表节流后水合物形成温度为t 2=12℃ 。
查《天然气集输工程》图2-8,在压力降△P=(15-6)MPa=9MPa下所引起的温度降
为△t=30℃ 。再由题目所给的凝析油含量:20g
m 3
SL =0.75,由于该凝析油
含量很少,所以在其修正时,可以认为流态烃含量为0。
t 2⇒最后温度降应为△t=30℃+5.6℃=35.6℃,所以t 2最终=27-35.6=-8.6℃
由以上计算列表如下:
节流阀计算公式
(1)当p 2/p1>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:
⎛⎫q v ∆ZT
d =() 0.476⨯ ⎪
3304P 2(P 1-P 2) ⎭⎝
0.238
(2)当p 2/p1
q
d =() 0.476⨯(∆ZT ) 0.238
1591
式中: d—节流阀的计算直径,mm ; qV —流过节流阀的气体流量,m 3/d; p1—阀前的压力,MPa (绝); p2—阀后的压力,MPa (绝); Δ—气体的相对密度; T— 阀前的气体温度,K ; Z—气体压缩系数。
由前面计算得到:天然气的虚拟临界温度和虚拟临界压力为: Tc=195.5 K Pc=4.63 MPa(绝)
连接计量分离器的节流阀,取最大流量q v =23⨯104m T=51.6+273=324.6K 阀前压力P 1= 15MPa 阀后压力P 2= 6MPa p2/p1=0.4
3
阀前温度
q v 0.4760.238
d =() ⨯(∆ZT ) ≈10.67⨯3.04≈32.44mm 带入公式 求
1591
得最大的d= 32.44 mm
连接生产分离器的节流阀,取最大流量q v =83×104m 3/d 阀前温度T=51.6+273=324.6K 阀前压力P 1= 15MPa 阀后压力P 2= 6MPa p2/p1=0.4
q v 0.4760.238
d =() ⨯(∆ZT ) ≈19.64⨯3.04≈59.77mm 带入公式
1591
求得最大的d=59.77 mm 由以上计算列表如下
5. 设备选型
5.1选型依据:
1、流体的工况(压力及温度) 2、流体的性质(腐蚀性等)
3、选用阀门的目的(节流、控压等)
我们知道阀门的种类繁多,说法也不完全统一,有的按用途分(如化工、石油、电站等)、有的按介质分(如水蒸汽、空气阀等)、有的按材质分(如铸铁阀、铸钢阀、锻钢阀等)、有的按连接形式分(如内螺纹、法兰阀等)、有的按温度分(如低温阀、高温阀等)。我国目前大多数习惯是按压力和结构种类来区分。所以在选用阀门时,要按照一定的步骤。 5.2选择阀门的步骤和依据大体如下 (1)选择步骤
1. 明确阀门在设备或装置中的用途,确定阀门的工作条件:适用介质、工作压力、工作温度等等。
2. 确定与阀门连接管道的公称通径和连接方式:法兰、螺纹、焊接等。 3. 确定操作阀门的方式:手动、电动、电磁、气动或液动、电气联动或电液联动等。
4. 根据管线输送的介质、工作压力、工作温度确定所选阀门的壳体和内件的材料:灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、碳素钢、合金钢、不锈耐酸钢、铜合金等。 ⑤ 选择阀门的种类:闭路阀门、调节阀门、安全阀门等。
5. 确定阀门的型式:闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、节流阀、安全阀、减压阀、蒸汽疏水阀、等。
6. 确定阀门的参数:对于自动阀门,根据不同需要先确定允许流阻、排放能力、背压等,再确定管道的公称通径和阀座孔的直径。
7. 确定所选用阀门的几何参数:结构长度、法兰连接形式及尺寸、开启和关闭后阀门高度方向的尺寸、连接的螺栓孔尺寸和数量、整个阀门外型尺寸等。 8. 利用现有的资料:阀门产品目录、阀门产品样本等选择适当的阀门产品。 (2)选择阀门的依据:在了解掌握选择阀门步骤的同时,还应进一步了解选择
阀门的依据。
1. 所选用阀门的用途、使用工况条件和操纵控制方式。
2. 工作介质的性质:工作压力、工作温度、腐蚀性能,是否含有固体颗粒,介质是否有毒,是否是易燃、易爆介质,介质的黏度等等。
3. 对阀门流体特性的要求:流阻、排放能力、流量特性、密封等级等等。 4.安装尺寸和外形尺寸要求:公称通径、与管道的连接方式和连接尺寸、外形尺寸或重量限制等。 ⑤ 对阀门产品的可靠性、使用寿命和电动装置的防爆性能等的附加要求。 (在选定参数时应注意:如果阀门要用于控制目的,必须确定如下额外参数:操作方法、最大和最小流量要求、正常流动的压力降、关闭时的压力降、阀门的最大和最小进口压力。) 根据上述选择阀门的依据和步骤,合理、正确地选择阀门时还必须对各种类型阀门的内部结构进行详细了解,以便能对优先选用的阀门做出正确的抉择。 管道的最终控制是阀门。阀门启闭件控制着介质在管道内的流束方式,阀门流道的形状使阀门具备一定的流量特性,在选择管道系统最适合安装的阀门时必须考虑到这一点。 5.3节流阀选型
首先在这我是选择节流阀,根据上面的数据,节流阀前压力P=15MPa,温度T=51.6℃。节流阀后压力P=6MPa,温度T=16℃,这本设计中有两个节流阀,连接计量分离器那个节流阀通径d=32.44,连接生产分离器那个节流阀通径d=59.77。根据以上数据,在通过查找《阀门选用手册》,在此工艺中我们选用法兰连接阀门。选用型号如下表格。
6. 结论
通过本次课程设计,我基本上了解一些工艺加工和流程,对于设计方面我们需要有严谨的精神。为期两周的课程设计即将结束,时间虽说不长,但我学到的东西很多,通过本次设计,我学会了节流阀的工艺设计,及其相关计算,在设计中最重要的是细心与刻苦。在设计中也遇到了很多的困难和疑惑,但在小组同学的互相帮助,老师的细心指导下,困难被克服,疑惑得到解答,让我深深体会到了团
队的力量。在设计过程中,合理的安排时间,保证按时按量完成设计任务也是非常重要的。在今后的学习生活中,我会更加努力的学好专业课知识,将理论应用于实践
参考文献
①《天然气集输技术》 梁平 王天祥 主编
②《油气田常用阀门选用手册》 中国石油天然气集团公司规划设计总院 编 ③《天然气开发常用阀门手册》 李莲册,洪鸿 主编 ④《油田油气集输设计技术手》编写组编 ⑤《阀门选用手册》 宋虎堂主编