节流阀的设计及选型

图4.1 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
1）节流阀1后的压力：由基础知料可知，井口温度：60℃；井口压力：16MPa ，即节流阀1前的温度和压力分别为t1=60℃；P1=16MPa。
查图4.1在该条件下，不形成水合物的天然气最终压力取为11MPa，即经过节流阀1节流后的压力P2为11MPa。
参考文献
[1] 梁平,王天祥. 天然气集输技术[M]. 北京:石油工业出版社,2008
[2] 曾自强,张育芳. 天然气集输工程[M]. 北京:石油工业出版社,2001
[3] 油田油气集输设计技术手册编写组. 油田油气技术设计技术手册[M]. 北京:石油工业出版社,1995
[4] 中国石油天然气集团公司规划设计总院. 油气田常用阀门选用手册[M]. 北京:石油工业出版社,2000
图4.2 给定压力降所引起的温度降
1）节流阀1后的温度：
令经节流阀1节流后的温度为t2，
查图4.2在压降ΔP=5MPa,初压P1=16MPa的条件下，温度降Δt=16℃。
则经过节流阀1节流后的温度为：
2）节流阀7后的温度：
令经节流阀7节流后的温度为t3，
查图4.2在压降ΔP=5MPa，初压P2=11MPa的条件下，温度降Δt=20℃。
+44 1.39%+28.97 0.68%+18 0.10%
= 21.47
3.1.2 空气相对分子质量
查表得到空气的相对分子质量是28.97
3.1.3 天然气的相对密度
由：
得：
4 节流阀设计计算
4.1 节流阀后的压力和温度
4.1.1 节流阀后的压力
由于天然气的相对密度S为0.74，近似地看做0.7，求节流阀后压力参照图4.1。
1）当P2/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：
（4.1）
2）当P2/P1<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：
（4.2）
式中 ——节流阀的计算直径，mm；
——流过节流阀的气体流量， ；
——分别为阀前、阀后的压力，MPa（绝）；
——气体的相对密度；
由图4.3延伸得：
Z1= 0.68
2）节流阀7：已知节流阀7前的天然气相对密度0.74；天然气压力11MPa；天然气温度为44℃
由图4.3延伸得：
Z7= 0.76
总结得天然气流经不同位置节流阀的压缩因子如下表：
表4.2 不同位置天然气压缩因子
4.3 节流阀的直径
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。
关键词：节流阀 设计 计算 选型
1 绪论
2 天然气的基本资料
3 天然气的物性计算
3.1 天然气的相对密度
4 节流阀设计计算
4.1 节流阀后的压力和温度
4.2 天然气的压缩因子
4.3 节流阀的直径
5 节流阀的选型
6 总结
参考文献
1 绪论
节流阀是通过改变通路截面积或节流长度以控制流体流量的阀门。节流阀是结构最简单但应用是广泛的流量控制阀,具有价格低廉、调节方便的优点，但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。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。
得节流阀1计算直径为：
则节流阀1通过直径为：
4.3.2 节流阀7的直径
由P3/P2=6/11=0.545>0.53可知,该处天然气属非临界流动，选用公式（4.1）
得节流阀7计算直径为：
则节流阀1通过直径为：
总结得两个节流阀的通过直径如下表：
表4.3 节流阀的通过直径
5 节流阀的选型
简单来说，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、沟形和窗形三种。
重庆科技学院
课程设计报告
院（系）:专业班级:
学ห้องสมุดไป่ตู้姓名:XXX学号:
设计地点（单位）______________ _ ________ __
设计题目:__某单井站场工艺设计——节流阀设计计算 _____
完成日期： 年 月 日
指导教师评语:_______________________________________
——阀前的气体温度，K；
——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 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：
，
即选用节流阀的通过直径为计算直径的1.5~2倍。
4.3.1 节流阀1的直径
由P2/P1=11/16=0.688>0.53可知，该处天然气属非临界流动，选用公式（4.1）
2 天然气的基本资料
天然气组成如下表：
表2.1 天然气组成(%)
甲烷( )
77.76
乙烷( )
9.74
丙烷( )
4.85
异丁烷( )
1.54
正丁烷( )
1.25
异戊烷( )
0.27
正戊烷( )
0.44
己烷( )
0.34
及更重组分( )
0.37
氮气( )
1.27
二氧化碳( )
1.39
取样含空气
0.68
则经过节流阀7节流后的温度为：
总结节流阀前后的压力及温度得下表：
表4.1 节流阀前后的压力及温度
4.2 天然气的压缩因子
图4.3 压缩因子专用图版（可延伸）
1）节流阀1：已知井口天然气的相对密度为0.74，即节流阀1前的天然气相对 密度S1=0.74；天然气压力P1=16MPa；天然气温度t1=60℃
3.1.1 天然气的相对分子质量
根据课程设计任务书中天然气气体组成（%）
由气体的相对分子质量公式：
天然气相对分子质量得:
16 77.76%+30 9.74%+44 4.85%+(58 1.54%+58 1.24%)
+(72 0.27%+72 0.44%)+86 0.34%+100 0.37%+28 1.27%
水（ ）
0.10
井口温度：60℃
井口压力：16MPa
单井产量：5×104m3/d
出站压力：6MPa
3 天然气基本物性计算
3.1 天然气的相对密度S
天然气的相对密度是在相同压力和温度下天然气的密度与空气密度之比，即 ，这是一个无量纲的量。
天然气的相对密度用符号S表示，则有：
（2.1）
式中, 、 ——分别为天然气的密度和相对分子质量； 、 ——分别为空气的密度和相对分子质量。
课程设计不同于实验课上感性地接收知识，也不同于课堂中理性地学习课本理论知识，在设计过程中通过自己所学习的知识去探索设计过程。没有书本中一步一步地指示，只能自己去感悟并着手设计。通过课程设计培养了我们收集信息的能力、增强了我们的自我学习能力，加强了与同学间的协作交流能力。虽然仅有两周的课程设计，但是我们通过这种自主学习方式，显然比单纯地背诵课本对知识的接收快。这会增强我们的学习兴趣，也我们以后在工作中做设计奠定了一定的基础。
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。
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。本次设计的课题是低温集气站设计，我们小组主要负责节流阀的设计计算。节流阀在本次设计中主要起节流降温的作用，为后面换热器降温至分离器的工作温度-20℃做铺垫。
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表5.4 选定的设备型号
型号释义：
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16MPa、阀体材料为碳素钢。
6 总结
本次课程设计课题为某单井站场工艺设计，由于甲烷含量低于90%，因此，该工艺流程应该设计为低温集气站，而我们小组主要负责节流阀的设计计算。
尽管最初拿到课题的时候稍显茫然，但是在小组中对课题进行了深刻分析后，明显理解了我们需要做什么，我们应该做什么。由基础的物性计算得出的数据着手，并参考课本及设计手册得出节流阀设计计算的主要设计步骤：通过天然气井井口给定的压力温度和出站压力确定天然气的相对密度、压缩因子、压力降和最终温度等，带入公式求得节流阀的通过直径，并由此选出节流阀的使用型号用于生产。
图5.1 J44Y-160、J44Y-220、L44Y-160、L44Y-220型截止（节流）阀
表5.1 截止（节流）阀性能参数
表5.2a 截止（节流）阀的结构尺寸及质量
表5.2b 截止（节流）阀的结构尺寸及质量
表5.3 主要零件材料
由表3-1、表3-3可得，节流阀1（16MPa；9.50mmGO）节流阀7（11MPa；11.14mm）的选定型号见下表：
则经过节流阀1后的压力降为：
2）节流阀7后的压力：已知，节流阀7之前的温度压力不变，故节流阀7前的温度和压力分别为t2=44℃；P2=11MPa。