調(diào)節(jié)閥壓差的確定

1、1調(diào)節(jié)閥壓差的確定一、概述在化工過程控制系統(tǒng)中，帶調(diào)節(jié)閥的控制回路隨處可見。在確定調(diào)節(jié)閥壓差的過程中，必須考慮系統(tǒng)對調(diào)節(jié)閥操作性能的影響，否則，即使計算出的調(diào)節(jié)閥壓差再精確，最終確定的調(diào)節(jié)閥也是無法滿足過程控制要求的。從自動控制的角度來講，調(diào)節(jié)閥應(yīng)該具有較大的壓差。這樣選出來的調(diào)節(jié)閥，其實際工作性能比較接近試驗工作性能（即理想工作性能），即調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)品質(zhì)較好，過程容易控制。但是，容易造成確定的調(diào)節(jié)閥壓差偏大，最終選用的調(diào)節(jié)閥口徑偏小。一旦管系壓降比計算值大或相當，調(diào)節(jié)閥就無法起到正常的調(diào)節(jié)作用。實際操作中，出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥已處于全開位置，所通過的流量達不到所期望的數(shù)值；或者通過調(diào)節(jié)閥的流量為正常流

2、量值時，調(diào)節(jié)閥已處于90%開度附近，已處于通常調(diào)節(jié)閥開度上限，若負荷稍有提高，調(diào)節(jié)閥將很難起到調(diào)節(jié)作用。這就是調(diào)節(jié)閥壓差取值過大的結(jié)果。從工藝系統(tǒng)的角度來講，調(diào)節(jié)閥應(yīng)該具有較小的壓差。這樣選出來的調(diào)節(jié)閥，可以避免出現(xiàn)上述問題，或者調(diào)節(jié)閥處于泵或壓縮機出口時能耗較低。但是，這樣做的結(jié)果往往是選用的調(diào)節(jié)閥口徑偏大，由于調(diào)節(jié)閥壓差在管系總壓降中所占比例過小，調(diào)節(jié)閥的工作特性發(fā)生了嚴重畸變，調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)品質(zhì)不好，過程難于控制。實際操作中，出現(xiàn)通過調(diào)節(jié)閥的流量為正常流量值時，調(diào)節(jié)閥已處于10%開度附近，已處于通常調(diào)節(jié)閥的開度下限，若負荷稍有變化，調(diào)節(jié)閥將難以起到調(diào)節(jié)作用，這種情況在低負荷開車時尤為明顯。

3、這就是調(diào)節(jié)閥壓差取值過小的結(jié)果。同時，調(diào)節(jié)閥口徑偏大，既是調(diào)節(jié)閥能力的浪費，使調(diào)節(jié)閥費用增高；而且調(diào)節(jié)閥長期處于小開度運行，流體對閥芯和閥座的沖蝕作用嚴重，縮短調(diào)節(jié)閥的使用壽命。正確確定調(diào)節(jié)閥的壓差就是要解決好上述兩方面的矛盾，使根據(jù)工藝條件所選出的調(diào)節(jié)閥能夠滿足過程控制要求，達到調(diào)節(jié)品質(zhì)好、節(jié)能降耗又經(jīng)濟合理。關(guān)于調(diào)節(jié)閥壓差的確定，常見兩種觀點。其一認為根據(jù)系統(tǒng)前后總壓差估算就可以了；其二認為根據(jù)管系走向計算出調(diào)節(jié)閥前后壓力即可計算出調(diào)節(jié)閥的壓差。這兩種方法對于估算國內(nèi)初步設(shè)計階段的調(diào)節(jié)閥是可以的，但用于詳細設(shè)計或施工圖設(shè)計階段的調(diào)節(jié)閥選型是錯誤的，常常造成所選的調(diào)節(jié)閥口徑偏大或偏小的問題。

4、正確的做法是對調(diào)節(jié)閥所在管系進行水力學計算后，結(jié)合系統(tǒng)前后總壓差，在不使調(diào)節(jié)閥工作特性發(fā)生畸變的壓差范圍內(nèi)合理地確定調(diào)節(jié)閥壓差。有人會問，一般控制條件在流程確定之后即要提出，而管道專業(yè)的配管圖往往滯后，而且配管時還需要調(diào)節(jié)閥的有關(guān)尺寸，怎樣在提調(diào)節(jié)閥控制條件時先進行管系的水力學計算呢？怎樣進行管系的水力學計算，再結(jié)合系統(tǒng)前后總壓差，最終在合理范圍內(nèi)確定調(diào)節(jié)閥壓差，這就是本文要解決的問題。二、調(diào)節(jié)閥的有關(guān)概念為了讓大家對調(diào)節(jié)閥壓差確定過程有一個清楚的認識，我們需要重溫一下與調(diào)節(jié)閥有關(guān)的一些基本概念。1、調(diào)節(jié)閥的工作原理 2如圖1所示，根據(jù)柏努力方程，流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥前后1-1和2-2截面間的能量守

5、恒關(guān)系如下式所示。由于H 1=H2,U 1=U2，則有：在流體阻力計算時，還有： 則有：則通過調(diào)節(jié)閥的流量為： F-調(diào)節(jié)閥接管面積K-調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)由于F 為定值，當P 1-P 2不變時，流量隨K 值變化，而K 值是隨調(diào)節(jié)閥的開度發(fā)生變化的。因此調(diào)節(jié)閥是通過改變開度，使阻力系數(shù)K 值發(fā)生變化，來達到調(diào)節(jié)流量目的的?，F(xiàn)令： 則有：C 值即儀表專業(yè)選閥時用到的一個重要參數(shù)，稱為調(diào)節(jié)閥的流通能力。其定義為調(diào)節(jié)閥全開，調(diào)節(jié)閥兩端壓差為1kg/cm2時，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥介質(zhì)密度為1g/cm3流體的流量。2、調(diào)節(jié)閥的理想流量特性流體通過調(diào)節(jié)閥時，其相對流量和調(diào)節(jié)閥相對開度之間的關(guān)系，稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。其數(shù)學

6、表達式為：如圖1所示僅以調(diào)節(jié)閥進出口為研究對象，使調(diào)節(jié)閥壓差為定值時，得到的流1(2222222111-+=+f h g U rg P H g U rg P H 2(21-=rgP P h f 3(22-=g U K h f 4(2212-=rgP P g U K 5( (221-=Kr P P U 6(221-=r P P KFFU Q 7(2-=KF C 8(21-=rP P C Q 9( (maxmax -=l l f Q Q3量特性為理想流量特性。1）直線流量特性當調(diào)節(jié)閥單位相對開度變化引起的相對流量變化是一個常數(shù)時，稱調(diào)節(jié)閥具有直線流量特性。其數(shù)學表達式為：其積分式為： 代入邊界條件

7、l=0時， Q=Qmin; l=lmax 時, Q=Qmin。得：設(shè)： 則有： R 稱為可調(diào)比，即調(diào)節(jié)閥可以調(diào)節(jié)的最大流量 Qmax 和可以調(diào)節(jié)的最小流量Qmin 的比值。Qmin 不是調(diào)節(jié)閥關(guān)閉的泄漏量，它是可調(diào)流量的下限值，當流量低于此值時，調(diào)節(jié)閥無法保證調(diào)節(jié)精度。一般Qmin=(24%Qmax,而泄漏量僅為(0.10.01%Qmax。直線流量特性的調(diào)節(jié)閥，其開度變化相同時，流量變化也是相同的。一般調(diào)節(jié)閥，理想可調(diào)比R=30時，直線流量特性調(diào)節(jié)閥的相對流量隨相對開度間的變化情況如圖2中的直線(1所示。2）等百分比流量特性當調(diào)節(jié)閥單位相對開度變化引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比時，稱

8、調(diào)節(jié)閥具有等百分比流量特性。其數(shù)學表達式為：積分后代入邊界條件l=0時， Q=Qmin; l=lmax 時, Q=Qmin。得：等百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥，其開度變化百分比相同時，流量變化百分比也相同。對于一般調(diào)節(jié)閥，理想可調(diào)比R=30時，等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥的相對流量 10(maxmax -=l l kd Q Q d11(maxmax -+=常數(shù)l l k Q Q max min 1Q Q k -=maxmin Q Q =常數(shù) 13( 1(11maxmax -+=l l R R Q Q 14(maxmax max -=l l d Q Q k Q Q d 15( 1(max max -=-l

9、lR Q Q 12(minmax -=Q Q R 隨相對開度間的變化情況如圖2中的曲線(2所示。3）快開流量特性當調(diào)節(jié)閥單位相對開度變化引起的相對流量變化與此點的相對流量成反比時，稱調(diào)節(jié)閥具有快開流量特性。其數(shù)學表達式為：積分后代入邊界條件l=0時， Q=Qmin; l=lmax 時, Q=Qmin。得：快開流量特性的調(diào)節(jié)閥，開度較小時，對應(yīng)流量就比較大，在其開度范圍內(nèi)，隨著開度增加，流量很快達到最大，開度再增加時，流量變化幅度很小以至于不變。對于一般調(diào)節(jié)閥，理想可調(diào)比R=30時，快開流量特性調(diào)節(jié)閥的相對流量隨相對開度間的變化情況如圖2中的曲線(3所示。4）拋物線流量特性當調(diào)節(jié)閥單位相對開度變

10、化引起的相對流量變化與此點相對流量的平方根成正比時，稱調(diào)節(jié)閥具有拋物線流量特性。其數(shù)學表達式為：積分后代入邊界條件可得： 拋物線流量特性的調(diào)節(jié)閥，其開度變化時，流量介于直線流量特性和等百分比流量特性之間變化。對于一般調(diào)節(jié)閥，理想可調(diào)比R=30時，拋物線流量特性調(diào)節(jié)閥的相對流量隨相對開度間的變化情況如圖2中的曲線(4所示。4）幾種流量特性的比較參見圖2中的流量特性曲線，對于直線流量特性，相同的開度變化，流量變化Q 是相同的，那么在小流量時，Q/Q操作點大，操作靈敏不易控制；大流量時，Q/Q操作點小，操作平穩(wěn)易于控制。因此，直線流量特性調(diào)節(jié)閥適合于負荷變化小的場合。19( 1(112maxmax

11、-+=l l R R Q Q 17( 1(1121max2max -+=l l R R Q Q 18( (max21max max -=l l d Q Q k Q Q d 16( (max1max max -=-l l d Q Q k Q Q d5 對于等百分比流量特性，相同的開度變化，小開度時流量變化Q ??；大開 度時流量變化Q 大。因此，等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥適合于負荷變化大的場合。 對于快開流量特性，隨開度變大，流量很快達到最大，開度再增加時，流量變化幅度很小以至于不變。因此，快開流量特性調(diào)節(jié)閥不適合于調(diào)節(jié)流量，但適合于在雙位控制或程控場合中使用。拋物線流量特性，其特性曲線介于直線流量特

12、性和等百分比流量特性之間，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調(diào)節(jié)閥來代替拋物線流量特性調(diào)節(jié)閥。所以，我們經(jīng)常用到的是直線流量特性調(diào)節(jié)閥和等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥。3、調(diào)節(jié)閥的實際流量特性由于調(diào)節(jié)閥都是安裝在管路上，在系統(tǒng)總壓降一定的情況下，當流量發(fā)生變化時，管路壓降在變化，調(diào)節(jié)閥壓差也在發(fā)生變化。因此調(diào)節(jié)閥壓差變化時，得到的流量特性為實際流量特性。1）串聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實際流量特性對于如圖3所示的調(diào)節(jié)閥與管路串聯(lián)的系統(tǒng)，當調(diào)節(jié)閥上壓差為P 1值并保持不變時，單就調(diào)節(jié)閥本身來說它具有理想流量特性。由式（8）可得： C qk 為調(diào)節(jié)閥全開時的流通能力，則： 對比式（9）則有： 將式（

13、23）代入式（20），則得： 通過管道的流量可以用下式表示： C g 為管道的流通能力由于通過管系的流量是唯一的，因此有下式成立： 則有：20(1-=r P C Q 21(1max -=rP C Q qk 22(max -=qkC C Q Q 23( (max-=l l f C C qk 24(1max -=rP l l f C Q qk 25(2-=rP C Q g26( (21max -=rP C r P l lf C Q g qk 27( (1max 2222-=P l l f C C P gqk6由于：將式（27）代入式（28）得：當調(diào)節(jié)閥全開時，調(diào)節(jié)閥上有最小壓差，設(shè)最小壓差為P 1

14、m 。由于調(diào)節(jié)閥全開，此時有：則由式（29）得：則得：令 ：S 為調(diào)節(jié)閥全開時，調(diào)節(jié)閥的壓差與系統(tǒng)總阻力降的比值，稱為調(diào)節(jié)閥的阻比，有的資料上稱之為調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度。 則有： 將式（33）代入式（30），則得： 若以Q max 表示管道阻力為零時調(diào)節(jié)閥全開時的最大流量，則由式（21）和式（24）可得：28(21-+=P P P 29(11max 222-+=P l l f CC P gqk1(maxmaxmax =l l f l l f 31( 1(122-+=m g P C C P qkmgP C C P qk 122 1(+=1122-=mgP PC C qk 32(1-=PP S m33(

15、1122-=S C C gqk30(11max2221-+=l lf CCPP gqk 34( 11(11max21-+=l l f S PP7若以Q 100表示有管道阻力時調(diào)節(jié)閥全開時的最大流量，則由式（24）和式（21）、式（32）得：將式（34）代入式（36），則得：式（35）為調(diào)節(jié)閥的實際流量與理想最大流量參比關(guān)系。對于R=30的調(diào)節(jié)閥，當調(diào)節(jié)閥阻比發(fā)生變化時，其關(guān)系曲線如圖4所示。式（37）即為調(diào)節(jié)閥的實際流量特性，它不但和調(diào)節(jié)閥的相對開度有關(guān)，而且與調(diào)節(jié)閥的阻比S 有關(guān)。對于安裝在實際管路中R=30的調(diào)節(jié)閥，當調(diào)節(jié)閥阻比發(fā)生變化時，其實際性能曲線的變化趨勢如圖5所示。 從圖4和圖5

16、可見：a 當調(diào)節(jié)閥阻比S=1時，即管道阻力為零，系統(tǒng)的總壓降全部落在調(diào)節(jié)閥上，此時實際流量特性和理想流量特性是一致的。b 隨著調(diào)節(jié)閥阻比S 的減小，即管道阻力增加，調(diào)節(jié)閥最大流量比管道阻力為零時理想最大流量要小，可調(diào)比在縮小。 c 隨著調(diào)節(jié)閥阻比S 的減小，實際流量特性偏離理想流量特性，S 越小偏離程度越大。d 從圖4可見, 隨著調(diào)節(jié)閥阻比S 的減小，直線流量特性趨向于快開流量特性，等百分比流量特性趨向于直線流量特性。而且隨著調(diào)節(jié)閥阻比S 的減小，可調(diào)最小流量在升高，可調(diào)比在縮小。因此，隨著調(diào)節(jié)閥阻比S 的減小，實際流量曲線偏離理想流量曲線，可調(diào)比在縮小，可調(diào)節(jié)范圍在變窄。反之則說明，為了保證

17、調(diào)節(jié)閥具有較好的調(diào)節(jié)性能，調(diào)節(jié)閥要求有一定的壓差。在實際應(yīng)用中，為保證調(diào)節(jié)閥具有較好的調(diào)節(jié)性能，避免調(diào)節(jié)閥實際特性發(fā)生畸變，一般希望調(diào)節(jié)閥阻比S 0.3。36(1 (1max 1max 100-=P P S l lf P C P l l f C Q Qm qk qk 37(1(1(max2max100-+=l l f S S l lf Q Q 35( 11(11(max2maxmax -+=l lf S l lf Q Q 8a ）高壓減至低壓時，S 很容易在0.5以上。雖然S 越大越好，但有時壓差很大，容易造成調(diào)節(jié)閥沖蝕或流體已呈阻塞流，此時可在調(diào)節(jié)閥前增設(shè)一減壓孔板，使部分壓差消耗在孔板上。

18、孔板上分擔的壓差可和自控專業(yè)協(xié)商確定。 b 稍高壓力減至低壓或物料自流的場合，要使S 在0.3以上有時有困難。此時可想辦法降低管路阻力，如：放大管徑、改變設(shè)備布置以縮短管道長度或增加位 9差、減少彎頭等措施，一定要確保S 0.3。 c ）低壓經(jīng)由泵至高壓的場合，為了降低能耗，要求至少S 0.15。但為獲得較好的調(diào)節(jié)閥品質(zhì)，建議S 0.3。 d ）氣體管路由于阻力降很小，S 很容易在0.5以上。但在低壓和真空系統(tǒng)中，由于容許壓力降較小，要求S 0.15。 2） 并聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實際流量特性對于如圖6所示的調(diào)節(jié)閥與管路并聯(lián)的系統(tǒng)，壓差P 為定值。因此總管流量Q 有如下關(guān)系：設(shè)：則： 由式（21）和

19、上式可得： 由式（38）可得：則式（25）、式（41）和（42）得：可以得出：由式（24）和式（38）得：由式（41）、式（43）和式（44）得： 38(21-+=Q Q Q 39(maxmax1-=Q Q x 40(max1max -=xQ Q 41(max -=xr PC Q qkrPC r P C rP C Q Q x g qkqk+=maxmax1 42(2max 1max -+=Q Q Q 43(11-=xC Cg qk 44(max -+=rPC r P l lf C Q g qk 45( 1( (maxmax -+=x l lxf QQ 10這就是并聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實際流量特性，對

20、于不同的x ，實際性能曲線的變化趨勢如圖7所示。 從圖7可見：a 當x=1時，即旁路關(guān)閉，實際流量特性和理想流量特性是一致的。 b 隨著x 逐漸減小，即旁路逐漸開大，通過旁路的流量逐漸增加，實際流量特性起點在上移，可調(diào)比在縮小，但流量特性曲線形狀基本不變。在實際應(yīng)用中，為保證調(diào)節(jié)閥有一定的可調(diào)，即具有比較好的調(diào)節(jié)性能，一般希望調(diào)節(jié)閥阻比 x 0.5, 最好x 0.8。這種調(diào)節(jié)閥和管路并聯(lián)的情況在實際工程中并不多見，但對于一些需要保持系統(tǒng)有一個最低流量，負荷變化不大（即調(diào)節(jié)比較?。┑膱龊?，為防止儀表故障時最低流量得不到保證，可以采用調(diào)節(jié)閥和管路并聯(lián)。另外，當所選的調(diào)節(jié)閥偏小，作為一種補救措施；或

21、者裝置有擴容能力，但調(diào)節(jié)閥已不能滿足要求時?？蓪⒄{(diào)節(jié)閥的旁路稍開，使調(diào)節(jié)閥達到所期望的調(diào)節(jié)目的。此時，先關(guān)閉調(diào)節(jié)閥主管路，通過閥后總管上的流量計來標定旁路閥的開度。 4、調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比 1）理想可調(diào)比R 由式（12）知可調(diào)比R 為調(diào)節(jié)閥可以調(diào)節(jié)的最大流量 Qmax 和可以調(diào)節(jié)的最小流量Qmin 的比值。即：由于：則：min max Q Q R =rP C Q =maxmax rP C Q =minmin 46(min minmax max -=C CQ Q R112）串聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實際可調(diào)比R S對于如圖3所示的調(diào)節(jié)閥與管路串聯(lián)的系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥全開時，最大流量Q max 對應(yīng)最小的調(diào)節(jié)閥壓差P

22、 1m ；調(diào)節(jié)閥全關(guān)時，最小流量Q min 對應(yīng)最大的調(diào)節(jié)閥壓差P 1 max。則調(diào)節(jié)閥的實際可調(diào)比R S 有：由式（7）知，C 值與接管面積和調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)有關(guān)，接管面積為定值；而阻力系數(shù)僅與閥門開度有關(guān)，開度一定對應(yīng)的阻力系數(shù)也是定值。所以，無論調(diào)節(jié)閥處于理想管系還是實際管系，C max 和C min 是定值，則由式（46）和（47）得：當通過調(diào)節(jié)閥的流量最小時，調(diào)節(jié)閥幾乎全關(guān)，管路阻力降趨于0，調(diào)節(jié)閥的最大壓差P 1 max趨于系統(tǒng)總壓降P ，因此： 上式說明，串聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實際可調(diào)比R S 與理想可調(diào)比R 和阻比S 有關(guān)。阻比S 越小, 實際可調(diào)比越小。因此，為保證一定的可調(diào)比，調(diào)

23、節(jié)閥的阻比S 要適當，不能使阻比S 過小。國產(chǎn)的調(diào)節(jié)閥，理想可調(diào)比R=30。但考慮到選用調(diào)節(jié)閥時圓整口徑以及對C 值的圓整和放大，一般取R=10。即使如此，在調(diào)節(jié)閥與管路串聯(lián)的系統(tǒng)中，當S=0.3時，R S 仍為5.4 。而一般工藝過程中，Q min =30%Qnor ，Q max =125%Qnor ，R S 不過4.16。因此，只要S0.3是可以滿足要求的，只要阻比S 不是太小或?qū)烧{(diào)比要求太高，可不必驗算實際可調(diào)比。當要求的可調(diào)比較大時，調(diào)節(jié)閥滿足不了工藝要求，此時，可采用提高調(diào)節(jié)閥阻比S ，或采用大小兩個調(diào)節(jié)閥并聯(lián)工作的分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)。3）并聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實際可調(diào)比對于如圖6所示的調(diào)節(jié)閥

24、與管路并聯(lián)的系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥的實際可調(diào)比R S 為：則：47(max 11min max max 1min 1maxmin max -=P P C C rP C r P C Q Q R m ms 48(max11-=P P R R m s 49(1max 11-=S R PP R P P R R m m s 50(-S R R s ）（512min 1max -+=Q Q Q R s max2max min 1max 2min 11Q Q Q Q Q Q Q R s +=+= 12由于：則：將式（39）代入上式得：由于R>>1,則： 上式說明，并聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實際可調(diào)比R S 與調(diào)節(jié)閥

25、的理想可調(diào)比R 無關(guān)，只和總管最大流量與旁路流量有關(guān)。三、調(diào)節(jié)閥壓差的確定我們經(jīng)常遇到的是如圖3所示處于串聯(lián)管路中的調(diào)節(jié)閥。通過前面對調(diào)節(jié)閥實際特性和可調(diào)比等的演算和分析，可以看出影響調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)性能的關(guān)鍵參數(shù)是調(diào)節(jié)閥全開通過最大流量時，調(diào)節(jié)閥前后的最小壓差P 1m 。所以P 1m 即為我們要確定的調(diào)節(jié)閥壓差。如圖8所示的系統(tǒng)，根據(jù)柏努力方程，流體自1-1到2-2截面間的能量守恒關(guān)系式為：式中h f 為1-1到2-2截面間管路上的阻力降，包括直管阻力降、局部阻力降和設(shè)備阻力降等。上式即為總推動力=管系總阻力，總推動力=Pa-Pb+h，管系總阻力P=P 1m +hf 。由上式可得： 又由式（32）

26、及調(diào)節(jié)閥阻比S=0.30.5得：max 1min 11Q R Q =maxmax 1maxmax max 11Q Q Q RQ Q R s -+=max1max 2Q Q Q -=x x RR s -+=111 52(111-+=x RR R s 53(11112max maxmax1-=-=-Q Q Q Q xR s 54(1-+=+b m f a P P h hP 55(1-+-=f b a m h h P P P 56(5. 03. 011-=+=f m m h P P S 13由式（56）可以計算出P 1m =（0.4291.0）h f 。即調(diào)節(jié)閥的壓差應(yīng)為管路阻力降的0.429到1.

27、0倍。式（55）和式（56）就是調(diào)節(jié)閥壓差的計算公式及核算式。用法為先由式（55）計算出調(diào)節(jié)閥的壓差，再由式（56）進行核算。只有同時滿足式（55）和式（56）的要求時，計算出的調(diào)節(jié)閥壓差才可以作為調(diào)節(jié)閥的選型依據(jù)。但是，從式（55）可見，當計算P 1m 時，需先計算出管道阻力降h f ，管道阻力降是通過管系的水力學計算求出的。通常控制條件在流程確定之后即要提出，而管道專業(yè)的配管圖是在接到控制專業(yè)返回的調(diào)節(jié)閥條件后才可以最終繪制出來的，怎樣在提調(diào)節(jié)閥控制條件時先進行管系的水力學計算呢？一般首先根據(jù)工藝流程圖和控制要求規(guī)劃出調(diào)節(jié)閥的大致位置，再結(jié)合設(shè)備布置圖構(gòu)想出管系的走向圖，根據(jù)此圖進行管系的

28、水力學計算求出管道阻力降h f 。管道專業(yè)的配管圖應(yīng)盡量接近先前構(gòu)想的管系走向圖來設(shè)置，即使最終的配管圖與構(gòu)想的管系走向圖有出入，僅僅引起管線長度和彎頭數(shù)量的有限變化，對管道的阻力降和調(diào)節(jié)閥壓差計算影響不大，更何況調(diào)節(jié)閥的壓差可在一定范圍內(nèi)取值。為了安全起見，計算出的管道阻力降應(yīng)考慮1520%的裕量。對于低壓系統(tǒng)和高粘度物料，為了確保設(shè)計無誤，最終的配管圖出來以后要對管道阻力降進行核算，因為管線長度和彎頭數(shù)量變化對管道阻力降的影響比較大。一旦發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥壓差確定的有問題，應(yīng)及時進行調(diào)整。另外，由于調(diào)節(jié)閥前后多有大小頭和相應(yīng)的變徑管線，上述規(guī)劃的管系走向圖中還無法將他們考慮完全，因此根據(jù)式（55）

29、計算出調(diào)節(jié)閥壓差P 1m 后，實際調(diào)節(jié)閥壓差取值可稍比計算值為小。當管路阻力降大時，兩者差值大一些；反之則差值小一些或直接取計算值。實際工程中，我們遇到的系統(tǒng)與圖8所示的情況不盡相同，在應(yīng)用式（55）和式（56）時，可按下述方法進行靈活處理。1、低壓經(jīng)由泵至高壓的工況如圖9所示，在這種情況下，往往泵的揚程需和調(diào)節(jié)閥壓差同時確定。此時可先由式（56）確定調(diào)節(jié)閥壓差，再由式（55）求出泵的揚程。則式（56）變?yōu)椋喝鬑 表示泵的揚程，則式（55）應(yīng)變?yōu)椋涸谶@種場合下，為了降低能耗，調(diào)節(jié)閥的阻比可以要求為S 0.15。但當流量小、揚程低，泵的軸功率較小時，為獲得較好的調(diào)節(jié)閥品質(zhì)，建議S 0.3。同時，

30、由于根據(jù)泵樣本選的泵揚程一般比所需揚程要高，當出現(xiàn)這種情況時，應(yīng)先定出泵的揚程，扣除揚程裕量后，再反算調(diào)節(jié)閥壓差。2、工藝條件有波動的工況一般來說，工藝條件是相對穩(wěn)定的，它容許在一定的范圍內(nèi)波動。如圖9所示， 由于P a 、P b 及前后設(shè)備的液位可能出現(xiàn)最高、正常和最低值，這樣就可能出現(xiàn)多58(1-+-=h h P P P H f m a b 57(11-=f m h SSP14種操作條件。但仔細研究可以發(fā)現(xiàn)，當P a 最小、前設(shè)備液位最低，而P b 最大、后設(shè)備液位最高時，調(diào)節(jié)閥壓差最小，所需泵揚程最高。此時應(yīng)在這種條件下確定調(diào)節(jié)閥壓差和泵的揚程。又比如說鍋爐給水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥，因為鍋爐產(chǎn)汽

31、壓力經(jīng)常波動，會影響到調(diào)節(jié)閥阻比下降，此時在考慮調(diào)節(jié)閥壓差時應(yīng)增加系統(tǒng)設(shè)備靜壓的510%作為調(diào)節(jié)閥壓差的裕量，即在利用式（56）進行調(diào)節(jié)閥阻比核算時用下式進行。 3、高壓減至低壓的工況這種工況時，調(diào)節(jié)閥阻比S 一般很大。雖然S 越大越好，但有時壓差很大，容易造成調(diào)節(jié)閥沖蝕或流體已呈阻塞流，此時可在調(diào)節(jié)閥前增設(shè)減壓孔板，使部分壓差消耗在孔板上?？装迳戏謸膲翰羁珊妥钥貙I(yè)協(xié)商確定，以調(diào)節(jié)閥壓差不高于調(diào)節(jié)閥的容許壓差為宜。4、稍高壓力減至低壓或物料自流的工況這種工況時，滿足式（55）的調(diào)節(jié)閥壓差，可能滿足不了式（56）的要求。此時可想辦法降低管路阻力，如：放大管徑、改變設(shè)備布置以縮短管道長度或增加

32、位差、減少局部阻力降等措施，一定要確保S 0.3。5、輸送氣體介質(zhì)的工況氣體管路由于阻力降很小，調(diào)節(jié)閥阻比S 一般都很大。例如，熱媒為飽和蒸汽的加熱器，其進口蒸汽管線上的調(diào)節(jié)閥，為了避免蒸汽能量過多地損耗在調(diào)節(jié)閥上，也為了避免蒸汽過熱度太高影響傳熱效果，一般憑經(jīng)驗取調(diào)節(jié)閥壓差P 1m =0.010.02MPa 。雖然壓差不大，但由于調(diào)節(jié)閥前后管路上阻力降很小，調(diào)節(jié)閥阻比S 還是可以滿足調(diào)節(jié)要求的。當蒸汽壓力較高，而需要在較低壓力下冷凝時，可取90%的蒸汽壓力減去冷凝壓力為調(diào)節(jié)閥的壓差，但為防止壓差過大引起的系統(tǒng)震動，要求調(diào)節(jié)閥壓差1/2蒸汽壓力。對于低壓和真空系統(tǒng)，由于管路容許壓力降較小，要求

33、S 0.15。另外需強調(diào)一點，上述調(diào)節(jié)閥壓差P 1m 對應(yīng)的是通過調(diào)節(jié)閥的最大流量Q max 。當工藝過程對最大流量有要求時，通過調(diào)節(jié)閥的最大流量Q max 應(yīng)為工藝過程可能出現(xiàn)的最大流量；當工藝過程對最大流量沒有要求時，通過調(diào)節(jié)閥的最大流量Q max 一般取為正常流量的1.25倍。四、舉例在我們剛剛完成并已開車成功的某精細化工中試裝置中，共有調(diào)節(jié)回路64個，確定調(diào)節(jié)閥壓差時正是重視了上述提到的諸多問題，使調(diào)節(jié)回路投運后皆能滿足工藝過程的要求，現(xiàn)舉幾個具有代表性的例子來進一步說明調(diào)節(jié)閥壓差的確定方法。例1：如圖10所示的工藝流程及操作條件，試確定調(diào)節(jié)閥的壓差。解：1）首先根據(jù)工藝流程及設(shè)備布置

34、圖構(gòu)想出管系走向如圖11所示。2）根據(jù)管系走向圖及操作條件求管路壓降。由于沿途流量不等，需分段進行計算。由1點到2點，Q nor =0.24m3/h,Qmax =0.24x1.25=0.3m3/h。根據(jù)圖11和詳細流程59(5. 03. 0 %(105(11-=+-=fm b a m h P P P P S15 可計算出局部阻力的當量長度為6.5m ；圖11中直管長度為8.2m ；則管總長度為 由2點到3點，Q nor =0.75m/h,Qmax =0.75x1.25=0.94m3/h。根據(jù)圖11和詳細流程可計算出局部阻力的當量長度為4.5m ；圖11中直管長度為20.6m ；則管總長度為25

35、.1m ，計算出管道阻力降為0.0035MPa 。則1點到3點，管道總阻力降為： 0.0003+0.01+0.0035=0.0138MPa。 取管道總阻力降為： 0.0138x1.15=0.016MPa。3 計算調(diào)節(jié)閥壓差P 1m 。由式（55）得：P 1m =0.35-0.03-(17.6-1.9/100-0.016=0.147 MPa。4 核算調(diào)節(jié)閥阻比S 。由式（56）得：S =0.147/(0.147+0.016=0.9。5 調(diào)節(jié)閥壓差P 1m 取值。由于管路阻力降很小，考慮實際調(diào)節(jié)閥兩頭有大小頭等因素，最終取調(diào)節(jié)閥壓差P 1m =0.14 MPa。例2：如圖12所示的工藝流程及操作條

36、件，試確定調(diào)節(jié)閥的壓差和泵的揚程。 分析：由于泵出口分成了兩條管路，首先泵的揚程必須同時滿足兩條管路的輸送 要求，因此根據(jù)系統(tǒng)計算結(jié)果要采用兩個揚程中的高揚程者。其次兩條管路雖有 聯(lián)系，但為了保證調(diào)節(jié)效果，應(yīng)將其看成獨立的兩個系統(tǒng)，自起點設(shè)備開始來分 別核算調(diào)節(jié)閥的阻比 S，使 S 值皆0.3。 解：1）首先根據(jù)工藝流程及設(shè)備布置圖構(gòu)想出管系走向，此處僅畫出如圖 13 所 示的計算示意圖。 2）根據(jù)管系走向圖及操作條件求管路壓降。由于沿途流量不等，需分段進行計算。 由 1 點到 2 點，Qmax=0.2x1.25+1.32=1.57m3/h。根據(jù)管系走向圖可計算管線總 長度為 80m，計算出管

37、道阻力降為 0.031MPa。 由 2 點到 3 點，Qmax=0.2x1.25=0.25m3/h。根據(jù)管系走向圖可計算管線總長度為 50m，計算出管道阻力降為 0.0004MPa。 由 2 點到 4 點，Qmax=1.32m3/h。根據(jù)管系走向圖可計算管線總長度為 58m，計 算出管道阻力降為 0.016MPa。 考慮阻力降有 15%的裕量，則： 由 1 點經(jīng)由 2 點到 3 點， 管道阻力降為： （0.031+0.0004+0.01） x1.15=0.048MPa。 由 1 點經(jīng)由 2 點到 4 點， 管道阻力降為： （0.031+0.016+0.01） x1.15=0.066MPa。 3

38、）取調(diào)節(jié)閥壓差。 取調(diào)節(jié)閥阻比 S=0.3,則由式（56）得調(diào)節(jié)閥壓差為： LV 閥 P1m=0.429x0.048=0.021MPa。 FV 閥 P1m=0.429x0.066=0.028MPa。 4）確定泵的揚程。 由式（58）得泵揚程為： 由 1 點經(jīng)由 2 點到 3 點，H=(0.21-0.03+0.048+0.021x100+(25.7-4.1=46.5m 由 1 點經(jīng)由 2 點到 4 點，H=(0.364-0.03+0.066+0.028x100+(25.7-4.1=64.4m 為同時滿足兩條管路的輸送要求，則泵的揚程應(yīng)為 64.4m?？紤]泵有 10%的揚 程裕量，揚程應(yīng)為 64.

39、4x1.1=71m。 查泵產(chǎn)品樣本，選用 80 m 揚程的泵。扣除 10%的揚程裕量，可利用揚程應(yīng)為 80/1.1=72.7m。 5）確定調(diào)節(jié)閥壓差。 由 4）知泵的揚程為 72.7m。則由式（55）計算出調(diào)節(jié)閥壓差。 LV 閥: P1m=0.03-0.21+72.7/100-(25.7-4.1/100-0.048=0.286MPa。 考慮實際調(diào)節(jié)閥兩頭有大小頭等，最終取調(diào)節(jié)閥壓差 P1m =0.23 MPa。 FV 閥： P1m=0.03-0.364+72.7/100-(25.7-4.1/100-0.066=0.111MPa。 考慮實際調(diào)節(jié)閥兩頭有大小頭等，最終取調(diào)節(jié)閥壓差 P1m =0.0

40、8 MPa。 6）核算調(diào)節(jié)閥阻比 S。 LV 閥： 由于管路總阻力降為： P=0.03-0.21+72.7/100-(25.7-4.1/100=0.331 MPa。 則調(diào)節(jié)閥阻比 S=0.23/0.331=0.695>0.3,說明調(diào)節(jié)閥壓差合適。 16 FV 閥： 由于管路總阻力降為： P=0.03-0.364+72.7/100-(25.7-4.1/100=0.177 MPa。 則調(diào)節(jié)閥阻比 S=0.08/0.177=0.452>0.3,說明調(diào)節(jié)閥壓差合適。 例 3：如圖 14 所示的工藝流程及操作條件，試確定調(diào)節(jié)閥的壓差和泵的揚程。 分析：這是同一管路上有兩套調(diào)節(jié)回路的情況，為了

41、保證兩臺調(diào)節(jié)閥皆能起到很 好的調(diào)節(jié)效果，核算一臺調(diào)節(jié)閥時，應(yīng)將另外一臺調(diào)節(jié)閥視為阻力元件，將其阻 力降納入管路總阻力降中，來分別核算調(diào)節(jié)閥的阻比 S，使 S 值皆0.3。 解：1）首先根據(jù)工藝流程及設(shè)備布置圖構(gòu)想出管系走向，此處僅畫出如圖 15 所 示的計算示意圖。 2）根據(jù)管系走向圖及操作條件求管路壓降。 Qmax=1.34m3/h。根據(jù)管系走向圖可計算管線總長度為 93m，計算出管道阻力降 為 0.0165MPa。 考慮阻力降有 15%的裕量，則： 管道阻力降為： （0.0165+0.01）x1.15=0.027MPa。 3）求調(diào)節(jié)閥壓差。 取兩臺調(diào)節(jié)閥有相同的壓差 P1m。 取調(diào)節(jié)閥阻比 S=0.4,則由式（56）得任何一臺有關(guān)系式： DP1m = 0.4 2DP