调节阀压差的确定Word格式文档下载.docx

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K-－--—－调节阀阻力系数

ﻩ由于F为定值,当P1－P２不变时,流量随Ｋ值变化,而K值就是随调节阀得开度发生变化得、因此调节阀就是通过改变开度,使阻力系数K值发生变化,来达到调节流量目得得、现令:

C值即仪表专业选阀时用到得一个重要参数,称为调节阀得流通能力、其定义为调节阀全开,调节阀两端压差为1kg/cm2时,流经调节阀介质密度为1ｇ/cm3流体得流量。

2、调节阀得理想流量特性

流体通过调节阀时,其相对流量与调节阀相对开度之间得关系,称为调节阀得流量特性。

其数学表达式为:

如图1所示仅以调节阀进出口为研究对象,使调节阀压差为定值时,得到得流量特性为理想流量特性。

1）直线流量特性

当调节阀单位相对开度变化引起得相对流量变化就是一个常数时,称调节阀具有直线流量特性。

其积分式为:

代入边界条件l=0时,　Q=Qmin;

　ｌ=lｍax时,Q=Qｍin、得:

设:

则有:

ﻩR称为可调比,即调节阀可以调节得最大流量Qmax与可以调节得最小流量Qmｉn得比值。

Qmin不就是调节阀关闭得泄漏量,它就是可调流量得下限值,当流量低于此值时,调节阀无法保证调节精度。

一般Qmin=（2~4％）Qｍaｘ,而泄漏量仅为（0。

1～0、０1％）Ｑmａx。

直线流量特性得调节阀,其开度变化相同时,流量变化也就是相同得、一般调节阀,理想可调比R=３0时,直线流量特性调节阀得相对流量随相对开度间得变化情况如图2中得直线

（1）所示、

2）等百分比流量特性

当调节阀单位相对开度变化引起得相对流量变化与此点得相对流量成正比时,称调节阀具有等百分比流量特性。

积分后代入边界条件l=0时,Q=Qmin;

l=lmａx时,Q=Qmin、得:

等百分比流量特性得调节阀,其开度变化百分比相同时,流量变化百分比也相同。

对于一般调节阀,理想可调比Ｒ＝30时,等百分比流量特性调节阀得相对流量随相对开度间得变化情况如图2中得曲线

（2）所示、

3）快开流量特性

当调节阀单位相对开度变化引起得相对流量变化与此点得相对流量成反比时,称调节阀具有快开流量特性。

积分后代入边界条件l=0时,Q=Qmin;

ｌ＝lｍａx时,　Ｑ=Qmiｎ、得:

快开流量特性得调节阀,开度较小时,对应流量就比较大,在其开度范围内,随着开度增加,流量很快达到最大,开度再增加时,流量变化幅度很小以至于不变。

对于一般调节阀,理想可调比R=3０时,快开流量特性调节阀得相对流量随相对开度间得变化情况如图2中得曲线（3）所示、

4）抛物线流量特性

ﻩ当调节阀单位相对开度变化引起得相对流量变化与此点相对流量得平方根成正比时,称调节阀具有抛物线流量特性、其数学表达式为:

积分后代入边界条件可得:

抛物线流量特性得调节阀,其开度变化时,流量介于直线流量特性与等百分比流量特性之间变化。

对于一般调节阀,理想可调比Ｒ＝３0时,抛物线流量特性调节阀得相对流量随相对开度间得变化情况如图2中得曲线（4）所示。

4）几种流量特性得比较

参见图２中得流量特性曲线,对于直线流量特性,相同得开度变化,流量变化ΔQ就是相同得,那么在小流量时,ΔQ/Ｑ操作点大,操作灵敏不易控制;

大流量时,ΔQ/Q操作点小,操作平稳易于控制。

因此,直线流量特性调节阀适合于负荷变化小得场合。

对于等百分比流量特性,相同得开度变化,小开度时流量变化ΔＱ小;

大开

度时流量变化ΔQ大。

因此,等百分比流量特性调节阀适合于负荷变化大得场合。

ﻩ对于快开流量特性,随开度变大,流量很快达到最大,开度再增加时,流量变化幅度很小以至于不变、因此,快开流量特性调节阀不适合于调节流量,但适合于在双位控制或程控场合中使用。

抛物线流量特性,其特性曲线介于直线流量特性与等百分比流量特性之间,而且接近于等百分比流量特性、因此常用等百分比流量特性调节阀来代替抛物线流量特性调节阀。

ﻩ所以,我们经常用到得就是直线流量特性调节阀与等百分比流量特性调节阀。

3、调节阀得实际流量特性

由于调节阀都就是安装在管路上,在系统总压降一定得情况下,当流量发生变化时,管路压降在变化,调节阀压差也在发生变化。

因此调节阀压差变化时,得到得流量特性为实际流量特性。

1）串联管路调节阀得实际流量特性

对于如图３所示得调节阀与管路串联得系统,当调节阀上压差为ΔP１值并保持不变时,单就调节阀本身来说它具有理想流量特性。

由式（8）可得:

Cqk为调节阀全开时得流通能力,则:

对比式（９）则有:

将式（23）代入式（20）,则得:

通过管道得流量可以用下式表示:

Cg为管道得流通能力

由于通过管系得流量就是唯一得,因此有下式成立:

由于:

将式（27）代入式（2８）得:

当调节阀全开时,调节阀上有最小压差,设最小压差为ΔP１m。

由于调节阀全开,此时有:

则由式（29）得:

则得:

令:

Ｓ为调节阀全开时,调节阀得压差与系统总阻力降得比值,称为调节阀得阻比,有得资料上称之为调节阀得阀权度。

将式（3３）代入式（30）,则得:

若以Qmaｘ表示管道阻力为零时调节阀全开时得最大流量,则由式（２1）与式（24）可得:

若以Ｑ100表示有管道阻力时调节阀全开时得最大流量,则由式（２4）与式（21）、式（32）得:

将式（34）代入式（36）,则得:

式（３5）为调节阀得实际流量与理想最大流量参比关系。

对于R=30得调节阀,当调节阀阻比发生变化时,其关系曲线如图4所示。

式（3７）即为调节阀得实际流量特性,它不但与调节阀得相对开度有关,而且与调节阀得阻比S有关。

对于安装在实际管路中Ｒ=30得调节阀,当调节阀阻比发生变化时,其实际性能曲线得变化趋势如图5所示。

从图4与图５可见:

a）当调节阀阻比S=1时,即管道阻力为零,系统得总压降全部落在调节阀上,此时实际流量特性与理想流量特性就是一致得。

b）随着调节阀阻比S得减小,即管道阻力增加,调节阀最大流量比管道阻力为零时理想最大流量要小,可调比在缩小。

c）随着调节阀阻比S得减小,实际流量特性偏离理想流量特性,S越小偏离程度越大。

ｄ）从图4可见,　随着调节阀阻比S得减小,直线流量特性趋向于快开流量特性,等百分比流量特性趋向于直线流量特性、而且随着调节阀阻比S得减小,可调最小流量在升高,可调比在缩小。

因此,随着调节阀阻比S得减小,实际流量曲线偏离理想流量曲线,可调比在缩小,可调节范围在变窄。

反之则说明,为了保证调节阀具有较好得调节性能,调节阀要求有一定得压差。

在实际应用中,为保证调节阀具有较好得调节性能,避免调节阀实际特性发生畸变,一般希望调节阀阻比S≥0.3。

根据图5与试验测试,调节阀阻比Ｓ对调节阀特性得影响结果如下表所示:

阻比S

1～0。

6

０、6～0.3

〈0。

3

调节阀

理想特性

直线

等百

分比

实际特性

接近

近似

快开

调节性能

好

较好

很差,不适宜调节

所以,综合兼顾控制与工艺两方面要求,一般S=０、3～0、5。

特殊情况下:

a）高压减至低压时,S很容易在0。

5以上、虽然S越大越好,但有时压差很大,容易造成调节阀冲蚀或流体已呈阻塞流,此时可在调节阀前增设一减压孔板,使部分压差消耗在孔板上。

孔板上分担得压差可与自控专业协商确定。

ﻩb）稍高压力减至低压或物料自流得场合,要使Ｓ在０。

3以上有时有困难。

此时可想办法降低管路阻力,如:

放大管径、改变设备布置以缩短管道长度或增加位差、减少弯头等措施,一定要确保S≥0。

3。

c）低压经由泵至高压得场合,为了降低能耗,要求至少S≥0.15。

但为获得较好得调节阀品质,建议S≥0。

ｄ）气体管路由于阻力降很小,Ｓ很容易在0。

5以上。

但在低压与真空系统中,由于容许压力降较小,要求S≥０。

１5。

2）并联管路调节阀得实际流量特性

对于如图6所示得调节阀与管路并联得系统,压差ΔP为定值。

因此总管流量Q有如下关系:

则:

由式（2１）与上式可得:

由式（38）可得:

则式（25）、式（41）与（42）得:

可以得出:

由式（2４）与式（38）得:

由式（41）、式（43）与式（44）得:

这就就是并联管路调节阀得实际流量特性,对于不同得ｘ,实际性能曲线得变化趋势如图7所示。

从图7可见:

a）当x=1时,即旁路关闭,实际流量特性与理想流量特性就是一致得。

ﻩb）随着x逐渐减小,即旁路逐渐开大,通过旁路得流量逐渐增加,实际流量

特性起点在上移,可调比在缩小,但流量特性曲线形状基本不变。

在实际应用中,为保证调节阀有一定得可调,即具有比较好得调节性能,一般希望调节阀阻比ｘ≥0.5,最好ｘ≥0.8。

这种调节阀与管路并联得情况在实际工程中并不多见,但对于一些需要保持系统有一个最低流量,负荷变化不大（即调节比较小）得场合,为防止仪表故障时最低流量得不到保证,可以采用调节阀与管路并联。

另外,当所选得调节阀偏小,作为一种补救措施;

或者装置有扩容能力,但调节阀已不能满足要求时。

可将调节阀得旁路稍开,使调节阀达到所期望得调节目得。

此时,先关闭调节阀主管路,通过阀后总管上得流量计来标定旁路阀得开度。

4、调节阀得可调比

1）理想可调比R

ﻩ由式（1２）知可调比R为调节阀可以调节得最大流量Ｑmａx与可以调节得最小流量Qmｉn得比值。

即:

ﻩ由于:

ﻩ则:

2）串联管路调节阀得实际可调比ＲS

对于如图3所示得调节阀与管路串联得系统,调节阀全开时,最大流量Qmax对应最小得调节阀压差ΔP1m;

调节阀全关时,最小流量Ｑmiｎ对应最大得调节阀压差ΔP1ｍａx。

则调节阀得实际可调比RＳ有:

由式（7）知,C值与接管面积与调节阀得阻力系数有关,接管面积为定值;

而阻力系数仅与阀门开度有关,开度一定对应得阻力系数也就是定值。

所以,无论调节阀处于理想管系还就是实际管系,Cmax与Cmiｎ就是定值,则由式（46）与（47）得:

当通过调节阀得流量最小时,调节阀几乎全关,管路阻力降趋于0,调节阀得最大压差ΔP1ｍａｘ趋于系统总压降ΔＰ,因此:

上式说明,串联管路调节阀得实际可调比RS与理想可调比Ｒ与阻比S有关、阻比S越小,实际可调比越小、因此,为保证一定得可调比,调节阀得阻比S要适当,不能使阻比S过小。

国产得调节阀,理想可调比R＝3０。

但考虑到选用调节阀时圆整口径以及对C值得圆整与放大,一般取Ｒ=10、即使如此,在调节阀与管路串联得系统中,当S=0。

3时,RS仍为5、4。

而一般工艺过程中,Ｑmin＝30％Qnor,Qmaｘ＝125％Qnｏｒ,ＲS不过4、１6。

因此,只要S≥0、3就是可以满足要求得,只要阻比S不就是太小或对可调比要求太高,可不必验算实际可调比、

当要求得可调比较大时,调节阀满足不了工艺要求,此时,可采用提高调节阀阻比S,或采用大小两个调节阀并联工作得分程调节系统、

3）并联管路调节阀得实际可调比

对于如图6所示得调节阀与管路并联得系统,调节阀得实际可调比RS为:

将式（39）代入上式得:

由于Ｒ＞〉1,则:

上式说明,并联管路调节阀得实际可调比RＳ与调节阀得理想可调比R无关,只与总管最大流量与旁路流量有关。

三、调节阀压差得确定

我们经常遇到得就是如图3所示处于串联管路中得调节阀、通过前面对调节阀实际特性与可调比等得演算与分析,可以瞧出影响调节阀调节性能得关键参数就是调节阀全开通过最大流量时,调节阀前后得最小压差ΔP１ｍ。

所以ΔP1m即为我们要确定得调节阀压差、

如图8所示得系统,根据柏努力方程,流体自1－1到２—2截面间得能量守恒关系式为:

式中hf为1—1到2—2截面间管路上得阻力降,包括直管阻力降、局部阻力降与设备阻力降等、

上式即为总推动力=管系总阻力,总推动力=Pa－Pb+ｈ,管系总阻力ΔP=ΔP1m+hf。

由上式可得:

又由式（3２）及调节阀阻比S=0。

3~0。

5得:

由式（５6）可以计算出ΔP1ｍ=（0。

４２9～１.0）hf。

即调节阀得压差应为管路阻力降得0、42９到１、０倍。

式（５5）与式（56）就就是调节阀压差得计算公式及核算式。

用法为先由式（5５）计算出调节阀得压差,再由式（56）进行核算。

只有同时满足式（55）与式（56）得要求时,计算出得调节阀压差才可以作为调节阀得选型依据、但就是,从式（５5）可见,当计算ΔP1m时,需先计算出管道阻力降hf,管道阻力降就是通过管系得水力学计算求出得。

通常控制条件在流程确定之后即要提出,而管道专业得配管图就是在接到控制专业返回得调节阀条件后才可以最终绘制出来得,怎样在提调节阀控制条件时先进行管系得水力学计算呢？

一般首先根据工艺流程图与控制要求规划出调节阀得大致位置,再结合设备布置图构想出管系得走向图,根据此图进行管系得水力学计算求出管道阻力降hf、管道专业得配管图应尽量接近先前构想得管系走向图来设置,即使最终得配管图与构想得管系走向图有出入,仅仅引起管线长度与弯头数量得有限变化,对管道得阻力降与调节阀压差计算影响不大,更何况调节阀得压差可在一定范围内取值、为了安全起见,计算出得管道阻力降应考虑15～2０%得裕量。

对于低压系统与高粘度物料,为了确保设计无误,最终得配管图出来以后要对管道阻力降进行核算,因为管线长度与弯头数量变化对管道阻力降得影响比较大、一旦发现调节阀压差确定得有问题,应及时进行调整。

另外,由于调节阀前后多有大小头与相应得变径管线,上述规划得管系走向图中还无法将她们考虑完全,因此根据式（5５）计算出调节阀压差ΔP1m后,实际调节阀压差取值可稍比计算值为小。

当管路阻力降大时,两者差值大一些;

反之则差值小一些或直接取计算值、

实际工程中,我们遇到得系统与图８所示得情况不尽相同,在应用式（５5）与式（５6）时,可按下述方法进行灵活处理、

1、低压经由泵至高压得工况

如图9所示,在这种情况下,往往泵得扬程需与调节阀压差同时确定。

此时可先由式（56）确定调节阀压差,再由式（55）求出泵得扬程。

则式（56）变为:

若H表示泵得扬程,则式（55）应变为:

在这种场合下,为了降低能耗,调节阀得阻比可以要求为S≥0.15。

但当流量小、扬程低,泵得轴功率较小时,为获得较好得调节阀品质,建议S≥0。

3、同时,由于根据泵样本选得泵扬程一般比所需扬程要高,当出现这种情况时,应先定出泵得扬程,扣除扬程裕量后,再反算调节阀压差。

2、工艺条件有波动得工况

一般来说,工艺条件就是相对稳定得,它容许在一定得范围内波动、如图9所示,由于Pa、Pb及前后设备得液位可能出现最高、正常与最低值,这样就可能出现多种操作条件。

但仔细研究可以发现,当Pa最小、前设备液位最低,而Pb最大、后设备液位最高时,调节阀压差最小,所需泵扬程最高。

此时应在这种条件下确定调节阀压差与泵得扬程。

又比如说锅炉给水系统得调节阀,因为锅炉产汽压力经常波动,会影响到调节阀阻比下降,此时在考虑调节阀压差时应增加系统设备静压得５～10％作为调节阀压差得裕量,即在利用式（５6）进行调节阀阻比核算时用下式进行、

3、

高压减至低压得工况

这种工况时,调节阀阻比S一般很大。

虽然S越大越好,但有时压差很大,容易造成调节阀冲蚀或流体已呈阻塞流,此时可在调节阀前增设减压孔板,使部分压差消耗在孔板上。

孔板上分担得压差可与自控专业协商确定,以调节阀压差不高于调节阀得容许压差为宜。

4、稍高压力减至低压或物料自流得工况

这种工况时,满足式（５5）得调节阀压差,可能满足不了式（56）得要求。

放大管径、改变设备布置以缩短管道长度或增加位差、减少局部阻力降等措施,一定要确保Ｓ≥0。

３、

5、输送气体介质得工况

气体管路由于阻力降很小,调节阀阻比S一般都很大。

例如,热媒为饱与蒸汽得加热器,其进口蒸汽管线上得调节阀,为了避免蒸汽能量过多地损耗在调节阀上,也为了避免蒸汽过热度太高影响传热效果,一般凭经验取调节阀压差ΔＰ1m=0.0１~0、02MPa、虽然压差不大,但由于调节阀前后管路上阻力降很小,调节阀阻比S还就是可以满足调节要求得。

当蒸汽压力较高,而需要在较低压力下冷凝时,可取90%得蒸汽压力减去冷凝压力为调节阀得压差,但为防止压差过大引起得系统震动,要求调节阀压差≤1／2蒸汽压力、对于低压与真空系统,由于管路容许压力降较小,要求Ｓ≥0、15。

另外需强调一点,上述调节阀压差ΔP１ｍ对应得就是通过调节阀得最大流量Qmax、当工艺过程对最大流量有要求时,通过调节阀得最大流量Ｑmａx应为工艺过程可能出现得最大流量;

当工艺过程对最大流量没有要求时,通过调节阀得最大流量Ｑmax一般取为正常流量得1、25倍。

四、举例

在我们刚刚完成并已开车成功得某精细化工中试装置中,共有调节回路6４个,确定调节阀压差时正就是重视了上述提到得诸多问题,使调节回路投运后皆能满足工艺过程得要求,现举几个具有代表性得例子来进一步说明调节阀压差得确定方法。

例1:

如图1０所示得工艺流程及操作条件,试确定调节阀得压差、

解:

１）首先根据工艺流程及设备布置图构想出管系走向如图11所示。

2）根据管系走向图及操作条件求管路压降。

由于沿途流量不等,需分段进行计算。

ﻩ由1点到２点,Qnｏr＝0、2４m3／h,Qｍａx=０。

２4x１.25＝０。

3ｍ3/ｈ。

根据图11与详细流程可计算出局部阻力得当量长度为6。

5m;

图１１中直管长度为8。

2m;

则管总长度为14.7m,计算出管道阻力降为0。

0０03ＭPa。

由2点到３点,Qnor=0、７５ｍ3/h,Qmax=0、７5x1、25=0。

９４m3/ｈ、根据图11与详细流程可计算出局部阻力得当量长度为4、5m;

图1１中直管长度为２0.6m;

则管总长度为２5。

1ｍ,计算出管道阻力降为０。

00３5MPａ。

则1点到３点,管道总阻力降为:

0。

0０03+0、０1+０。

０035=0、0138MPa。

取管道总阻力降为:

0.０１38x１.15=0.016MPa。

3）计算调节阀压差ΔP1m。

由式（５5）得:

ﻩΔP1ｍ=0。

35-0。

03—（１7、6-1、9）/１０0－0、0１６＝０。

147　MＰa。

4）核算调节阀阻比S。

由式（５6）得:

ﻩS＝0、147／（0、147+0、０１6）=０、9。

5）调节阀压差ΔＰ1m取值。

由于管路阻力降很小,考虑实际调节阀两头有大小头等因素,最终取调节阀压差ΔP1m=0。

14MＰa、

例2:

如图12所示得工艺流程及操作条件,试确定调节阀得压差与泵得扬程。

分析:

由于泵出口分成了两条管路,首先泵得扬程必须同时满足两条管路得输送要求,因此根据系统计算结果要采用两个扬程中得高扬程者。

其次两条管路虽有联系,但为了保证调节效果,应将其瞧成独立得两个系统,自起点设备开始来分别核算调节阀得阻比S,使S值皆≥0.3。

１）首先根据工艺流程及设备布置图构想出管系走向,此处仅画出如图13所示得计算示意图。

由1点到2点,Qｍａｘ=0.2x1、25+1.３2=1.5７m3/h。

根据管系走向图可计算管线总长度为８０ｍ,计算出管道阻力降为０、031MＰａ。

由2点到3点,Qｍａx＝0、2x1.25=0.２5m3/h。

根据管系走向图可计算管线总长度为5０m,计算出管道阻力降为0。

0004MPa。

由2点到4点,Qmaｘ=1.３２m3/ｈ。

根据管系走向图可计算管线总长度为58m,计算出管道阻力降为０.0１6MPａ。

考虑阻力降有15%得裕量,则:

由１点经由2点到３点,管道阻力降为:

（0。

0３1+0、0004＋0、01）ｘ1。

1５=0.04８ＭPa。

由1点经由2点到4点,管道阻力降为:

（0.０31+０、０1６+0.０1）x1。

15=0、06６ＭPa、

3）取调节阀压差、

ﻩ取调节阀阻比S=0.3,则由式（56）得调节阀压差为:

LV阀ΔP1m=０.４2９x0.０48=0。

02１MPa。

ﻩFＶ阀ΔＰ1m=0.４２9x0.066=0。

02８MPa。

４）确定泵得扬程、

ﻩ由式（58）得泵扬程为:

由1点经由2点到3点,Ｈ＝（0、２1－0.03＋０。

0４8+0。

021）x１00+（2５、7—4.１）=46.５m

由１点经由２点到４点,H=（0、３64-0、0３+0。

0６6＋０。

0２８）ｘ100+（２5。

7-4.１）＝６4.4m

ﻩ为同