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調節閥計算中的一個問題

2009年03月16日 19:40:45人氣:833來源:上海艾迪爾自控儀表有限公司

摘  要: 筆者根據經驗提出了這樣一個問題:如何利用工藝提供的壓力P1和P2,采用較簡單的方法以代替PV1和PV2,來較準確地計算調節閥的流通能力C。本文對此做了討論與分析.
關鍵字: 調節閥 選型 計算 調節閥閥前壓力 閥后壓力 確定方法

    一、問題的提出

調節閥選型時,首先要根據工藝條件計算成本出流通能力C的值,再根據C值,選擇適當的調節閥。計算流通能力,有各種方法,但無論用什么方法,都要用到調節閥前、后兩個壓力PV1PV2。實際上,這兩個壓力是很難確定的。搞工藝的同志一般只能提供上、下游離調節閥zui近的某兩個壓力穩定點的壓力P1P2。這樣,在某些場合計算出來的流通能力會不準確,選出來的調節閥常常偏小,有時會影響到調節系統工程的品質。為此,筆者根據經驗提出了這樣一個問題:如何利用工藝提供的壓力P1P2,采用較簡單的方法以代替PV1PV2,來較準確地計算調節閥的流通能力C。

  二、問題的討論

調節閥在系統中的位置和系統的壓力分布情況如圖一所示。

圖一 調節閥系統及其壓力分布示意

為了討論和方便,先作幾個約定。

A,B—上、下游離調節閥zui近的壓力穩定點。

VAVB—調節閥前、后的測壓點。

P1P2—工藝提供的壓力穩定點的壓力。

PV1PV2—調節閥前、后的壓力。

根據上述約定,系統壓降,調節閥全開時的zui小閥壓降,上游、下游zui大壓降分別為:

      △P=P
1??—P2         (1)       
     
      △P
V=PV1PV2      (2)

      △
PVl=P1PV1     3) 
     
      △P
V2=PV2P2      (4)

調節閥壓降比的定義為:S=△PV/PV1+△P+△PV2V=△PV/△P     (5) 其含義是:當調節閥全開時,調節閥兩端的壓降所占系統壓降的份額。請見有關資料[1]更小詳述。

由式(5)得:△PV=S·△P  (6)

可見:電器化有當S=1時,系統壓降才與閥壓降相等。換句話說:只有選S為1時,工藝提出的壓力P1、P2才能代替閥前、后的壓力PV1、PV2來計算調節閥的流通能力。否則計算意是有誤差的。

事實上,一般S取值意是在0.3~0.5之間,對于高壓系統,為了節能起見應取得小些,如0.15.zui近有一種新產品低壓降比節能調節閥.根據它的特殊性能,可將S取得更小如0.1。這樣,P1、P2與PV1、PV2的偏離會更大,更有必要對其進行修正了。當然,如果調節閥用來調節泵進、出的回流量的話,S也可選得大些,如0.8~0.9。

    三、 閥前相對壓降

實際的調節閥系統要比圖一所示的復雜。上、下游的管道有長短、彎頭、手動閥等阻力件有多少。簡單地說,調節閥上、下游的阻力情況隨著調節閥在系統工程中的位置不同而不同的,有時甚至相差頗大。由于某種原因這個原因,要如實反映出閥前、閥后的壓力PV1PV2就得進行必要的計算。

我們定義:η=PV1/△P  (7)

η叫做閥前相對壓降.它可表示調節閥在系統中的位置.如閥V緊靠穩壓點A,則η=0;而閥V緊靠穩點B,則η=1;若η=0.5,則表示閥V的位置在系統的中間.

將式(3)和式(2)分別代入式(7)和式(6),整理得:

PV1=P1—η·P  (8)    PV1PV2=S·P     (9)

將式(8)代入式(9)得 PV2= PV1P=P1—(η+S)P  (10)

將(8),(10)兩式加得:PV1+PV2=2PV1P =2P1-(2η+S)P       (11)

式(8)~(11)就是用P1,P2代替PV1、PV2的計算公式。

其實式(9)就是式(6),它表明閥壓降與η無關,也就是說調節閥無論在什么位置,其閥壓降總是不變的。但是用P1代替PV1,用P1+P2代替PV1+PV2的話,就與η有關了。也就是說,調節閥在系統中的位置不同,用P1,P2計算出來的C值是不同的。

另外,由圖一可知,穩壓點B的壓力總是比閥后壓力小:P2PV2  (12) 將關系式(9)代入,即:

P2P1—(η+S)P    (13) 經整理得:η≤1—S  (14)

由此可見,閥前相對壓降η是受壓降比S的制約的。在η取值時應注意這個限制。

表一列舉了一些數據通信,可以看出:即使P1P2不變,PV1PV2 這兩個值也是隨著η的變化莫測而變化莫測的。其變化莫測的程度不同有時不可忽視,特別是系統的總壓降△P較大和調節閥壓降比S較小時,更是如此.

 比長度λ

把調節閥系統工程的各段局部壓力降分別求出,再根據公式(7)的定義,可以求出其所需的η值.不過,這個方法比較麻煩,不足取。為此,筆者定義了另一個參數:

λ=△PV1/(△PV1+△PV2    (15)

根據流體流動的理論[2],液體估某一段管道內流動,其管道兩端的壓力降△Pi與其摩擦系數ξi,管道長度iL,管徑di,液體伯密度ρ和流速vi 有著下列的關系:(16)

如果式中的密度和流速分別用質量Mi,體積Qi和管道截面積Ai表示為:ρi=mi/QiVi=Qi/Ai,那么,上式可寫成:(17)將其代入式(15)得:

                  (18)

一般說來,調節閥上、下游管道的直徑、礤面積、摩擦系數和質量流量總是相等的,所以上式經過約簡,整理可化簡為:λ=L1/(L1+ε·L2   (19)  式中ε=V2/V1,對于液體介質,它等于1轟動于可壓縮的非液體介質來說,由閥后壓力的降低,流速有所增大,所以它大于1,但仍接近于1。為此,令:ε=1則上式以可簡化成:λ=L1/(L1+L2 (20)

由于上式的關系成立,所以筆者把叫做上游藝機管道的比長度,或簡稱比長度。而L1,L2則為調節閥上、下游相對壓降,代這以比較直觀的管道相對長度即比長度。

在實際的調節系統中,調節閥上、下游管道上的其他手動閥門問題處在全開狀態的,它們和彎頭等其他接件都不得可以被化成各自的當量長度L當加到管道的長度上去。這樣,就可以根據上、下游的管道長度L1,L2(包括已經加上去的管接件的當量長度),很方便地估算出它的經長度來。為便于讀者參考,現將常用管接件的當量長度列于表一。請參閱文獻3。    

常用管接的當量長度   表一

 

管接件名稱

1=L/d

 

90度標準彎頭

30~40


1——相對當量長度
L——當量長度mm
d——管道內徑mm
L=1*d

90度彎頭

60

截止閥(全開)

300

閘閥(全開)

7

文氏管流量計

12

轉子流量計

200~300



 

 

由式(7)可得:△PV1=η△P  (21)

把式(10)代入式(4),得:△PV2=P1(η+S)·△P—P2=(1—η—S)·△P  (22)

然后將它們代入公式(15)得

                (23)

因此:η=(1—S)·λ (24)

 這就是zui終用比長度代替閥前相對壓降η的公式,。將這個關系到式分別公共秩序公式(8)~(11)可得到下列計算用的實用公式:PV1= P1(1—S)λ△P   (25)

PV2=P1[ (1—S)λ+S]△P   (26)     PV1PV2=S△P    (27)

PV1+PV2=2P1[2(1—S)λ+S]△P  (28)

這四個公式,就是P1,P2和PV1,PV2的關系式,在計算調節閥的流通能力C時很有用處。計算請見文獻4。

五、實例

有兩個實例,說明上述計算方法是可行的。

1.我廠氯乙烯工段的C2H2,HCL配比系統的乙炔調節閥。工藝水平條件為P1=550mmHg,P2=500mmHg,Qmax=800Nm3/h, ρ1.16kg/m3,t=25°C,管道內徑d=200mm.

由于上游穩壓點是(前一個)乙炔工段的水環泵出口遠離調節閥近100米,而下游穩壓點的混合器,距離不到10米,故取λ=0.9,  S =0.5.

P1=550/735+1.036=1.784 kgf/cm2

P2=500/735+1.036=1.716 kgf/cm2

Pv1=1.784-1.716=0.068 kgf/cm2

Pv2=1.784-(1-0.5)0.9Χ0.068=1.7534 kgf/cm2

Pv1+Pv2=2 X 1.7534-0.034=3.473 kgf/cm2

選用了ZMAN16K(Dg=dg=100)的具有對數特性的雙座閥,其流通能力C為160,開度Kmax=90.13%,Kmin=43.62%實際使用情況良好。

2.我廠聚合工段13.5m3聚合釜的冷卻水調節閥。工藝條件為:P1=2kgf/cm2,P2=0.7 kgf/cm2,Qmax=86m3/h, ρ=1t/m3,t =20C

管道內徑d=125mm.取S=0.5

P1=2+1.036=3.036 kgf/cm

   
P
2=0.7+1.036=1.736kgf/cm2

PV1-PV2=0.5X1.3=0.065 kgf/cm2                                         

選用了ZMAN16B (Dg=dg=100)的具有對數特性的雙麻閥,其流通能力C 為160,開度  

Kmax=81.21%,Kmin=26.35%實際使用情況良好.

上述兩例,若直接把P1,P2作為調節閥前\后的壓力Pv1,Pv2計算,那么它們的計算流通能力C分別為:92.38和75.43,根據這個數據選用的調節閥,口徑太小不能適用。

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