调节阀压差的确定

调节阀压差得确定

一、概述

在化工过程控制系统中,带调节阀得控制回路随处可见、在确定调节阀压差得过程中,必须考虑系统对调节阀操作性能得影响,否则,即使计算出得调节阀压差再精确,最终确定得调节阀也就是无法满足过程控制要求得。

从自动控制得角度来讲,调节阀应该具有较大得压差。这样选出来得调节阀,其实际工作性能比较接近试验工作性能(即理想工作性能),即调节阀得调节品质较好,过程容易控制。但就是,容易造成确定得调节阀压差偏大,最终选用得调节阀口径偏小。一旦管系压降比计算值大或相当,调节阀就无法起到正常得调节作用、实际操作中,出现调节阀已处于全开位置,所通过得流量达不到所期望得数值;或者通过调节阀得流量为正常流量值时,调节阀已处于９0％开度附近,已处于通常调节阀开度上限,若负荷稍有提高,调节阀将很难起到调节作用。这就就是调节阀压差取值过大得结果。

从工艺系统得角度来讲,调节阀应该具有较小得压差。这样选出来得调节阀,可以避免出现上述问题,或者调节阀处于泵或压缩机出口时能耗较低、但就是,这样做得结果往往就是选用得调节阀口径偏大,由于调节阀压差在管系总压降中所占比例过小,调节阀得工作特性发生了严重畸变,调节阀得调节品质不好,过程难于控制。实际操作中,出现通过调节阀得流量为正常流量值时,调节阀已处于1０%开度附近,已处于通常调节阀得开度下限,若负荷稍有变化,调节阀将难以起到调节作用,这种情况在低负荷开车时尤为明显、这就就是调节阀压差取值过小得结果。同时,调节阀口径偏大,既就是调节阀能力得浪费,使调节阀费用增高;而且调节阀长期处于小开度运行,流体对阀芯与阀座得冲蚀作用严重,缩短调节阀得使用寿命。

正确确定调节阀得压差就就是要解决好上述两方面得矛盾,使根据工艺条件所选出得调节阀能够满足过程控制要求,达到调节品质好、节能降耗又经济合理、

关于调节阀压差得确定,常见两种观点。其一认为根据系统前后总压差估算就可以了;其二认为根据管系走向计算出调节阀前后压力即可计算出调节阀得压差。这两种方法对于估算国内初步设计阶段得调节阀就是可以得,但用于详细设计或施工图设计阶段得调节阀选型就是错误得,常常造成所选得调节阀口径偏大或偏小得问题。正确得做法就是对调节阀所在管系进行水力学计算后,结合系统前后总压差,在不使调节阀工作特性发生畸变得压差范围内合理地确定调节阀压差、

有人会问,一般控制条件在流程确定之后即要提出,而管道专业得配管图往往滞后,而且配管时还需要调节阀得有关尺寸,怎样在提调节阀控制条件时先进行管系得水力学计算呢?怎样进行管系得水力学计算,再结合系统前后总压差,最终在合理范围内确定调节阀压差,这就就是本文要解决得问题。 二、调节阀得有关概念

为了让大家对调节阀压差确定过程有一个清楚得认识,我们需要重温一下与调节阀有关得一些基本概念、 １、调节阀得工作原理

如图1所示,根据柏努力方程,流体流经调节阀前后1—1与2－２截面间得能量守恒关系如下式所示。

由于H１=H2,Ｕ1=Ｕ２,则有: 在流体阻力计算时,还有: 则有: 则通过调节阀得流量为:

F－—－——-调节阀接管面积 K-－--—－调节阀阻力系数

?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: 则有: 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。其数学表达式为: 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:

?R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。其数学表达式为:

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。其数学表达式为: 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

?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。 ?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。

?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: 则有: 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。 则有:

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。