調(diào)節(jié)閥壓差的確定

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(duì)調(diào)節(jié)閥操作性能的影響，否則，即使計(jì)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(wú)法滿足過程控制要求的。從自動(dòng)控制的角度來(lái)講，調(diào)節(jié)閥應(yīng)該具有較大的壓差。這樣選出來(lái)的調(diào)節(jié)閥， 其實(shí)際工作性能比較接近試驗(yàn)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(jì)算值大或相當(dāng)，調(diào)節(jié)閥就無(wú)法起到正常的調(diào)節(jié)作 用。實(shí)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(dá)不到所期望的數(shù) 值；或者通過

2、調(diào)節(jié)閥的流量為正常流量值時(shí)，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(fù)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(lái)講，調(diào)節(jié)閥應(yīng)該具有較小的壓差。這樣選出來(lái)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(jī)出口時(shí)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(yán)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(shí)際操作中， 出現(xiàn)通過調(diào)節(jié)閥的流量為正常流量值時(shí)， 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(fù)荷稍有變化，調(diào)節(jié)閥將難以起到 調(diào)

3、節(jié)作用，這種情況在低負(fù)荷開車時(shí)尤為明顯。這就是調(diào)節(jié)閥壓差取值過小的結(jié) 果。同時(shí)，調(diào)節(jié)閥口徑偏大，既是調(diào)節(jié)閥能力的浪費(fèi)，使調(diào)節(jié)閥費(fèi)用增高；而且 調(diào)節(jié)閥長(zhǎng)期處于小開度運(yùn)行，流體對(duì)閥芯和閥座的沖蝕作用嚴(yán)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(dá)到調(diào)節(jié)品質(zhì)好、節(jié)能降耗又經(jīng)濟(jì)合理。關(guān)于調(diào)節(jié)閥壓差的確定， 常見兩種觀點(diǎn)。 其一認(rèn)為根據(jù)系統(tǒng)前后總壓差估算就 可以了；其二認(rèn)為根據(jù)管系走向計(jì)算出調(diào)節(jié)閥前后壓力即可計(jì)算出調(diào)節(jié)閥的壓差。 這兩種方法對(duì)于估算國(guó)內(nèi)初步設(shè)計(jì)階段的調(diào)節(jié)閥是可以的，但用于詳細(xì)設(shè)計(jì)或施 工圖設(shè)計(jì)階段的調(diào)

4、節(jié)閥選型是錯(cuò)誤的，常常造成所選的調(diào)節(jié)閥口徑偏大或偏小的 問題。正確的做法是對(duì)調(diào)節(jié)閥所在管系進(jìn)行水力學(xué)計(jì)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(huì)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(shí)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(shí)先進(jìn)行 管系的水力學(xué)計(jì)算呢？怎樣進(jìn)行管系的水力學(xué)計(jì)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。、調(diào)節(jié)閥的有關(guān)概念為了讓大家對(duì)調(diào)節(jié)閥壓差確定過程有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，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)閥的工作原理如圖1所示

5、，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Hi旦ULrg 2gH2F2Ul_rg 2ghf(1)守恒關(guān)系如下式所示由于 Hl = H2,Ul=U2，則有: 在流體阻力計(jì)算時(shí)，還有： 則有：IIIJBl kPi P2hf -rU2hf 2K -QP2(3)(4)U(6)2(R P2)Kr(5)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(dāng)Pi-P2不變時(shí)，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(lái)達(dá)到調(diào)2FK節(jié)流量目的的?，F(xiàn)令:則有：C值即儀表專業(yè)選閥時(shí)用到的一個(gè)重要參數(shù)，稱為調(diào)節(jié)閥的

6、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(shí)，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥介質(zhì)密度為1g/cm3流Q(8) r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(shí)，其相對(duì)流量和調(diào)節(jié)閥相對(duì)開度之間的關(guān)系，稱為調(diào)節(jié)閥的 流量特性。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:f(L)l max(9)如圖1所示僅以調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口為研究對(duì)象， 使調(diào)節(jié)閥壓差為定值時(shí)，得到的流 量特性為理想流量特性。1) 直線流量特性當(dāng)調(diào)節(jié)閥單位相對(duì)開度變化引起的相對(duì)流量變化是一個(gè)常數(shù)時(shí)，稱調(diào)節(jié)閥具有 直線流量特性。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：QQmaxkdmax(10)其積分式為:QQmaxmax常數(shù)代入邊界條件l=0時(shí),(11)Q=Qmin; l=lmax

7、時(shí)，Q=Qmin。得:設(shè):minQmax常數(shù)minQ maxQmax(12)min則有:QQmax1 |-1 (R 1)廠R1 max(13)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(dāng)流量 低于此值時(shí)，調(diào)節(jié)閥無(wú)法保證調(diào)節(jié)精度。一般Qmi n=(24%)Qmax,而泄漏量?jī)H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(shí)，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(shí)，直線流量特性調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量隨相對(duì)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(dāng)

8、調(diào)節(jié)閥單位相對(duì)開度變化引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比時(shí)， 稱調(diào)節(jié)閥具有等百分比流量特性。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：積分后代入邊界條件l l=0時(shí)，Q(=Qmin;l=lmax 時(shí),Q=Qmin。得:QmaxQmaxl maxQQmax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(shí)，流量變化百分比也相 同。對(duì)于一般調(diào)節(jié)閥，理想可調(diào)比 R=30時(shí)，等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量 隨相對(duì)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(dāng)調(diào)節(jié)閥單位相對(duì)開度變化引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成反比時(shí)，QQ i ld-k(- ) d-(16)QmaxQmax1 max稱調(diào)節(jié)閥具有快開流

9、量特性。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：積分后代入邊界條件1=0時(shí)，Q=Qmin; l=lmax時(shí)，Q=Qmin。得：快開流量特性的調(diào)節(jié)閥，開度較小時(shí)，對(duì)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(dá)到最大，開度再增加時(shí)，流量變化幅度很小以至于不各-R1 (R2 1)占廣 (17)Qmax R1 max變。對(duì)于一般調(diào)節(jié)閥，理想可調(diào)比 R=30時(shí)，快開流量特性調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量隨相 對(duì)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(dāng)調(diào)節(jié)閥單位相對(duì)開度變化引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)相對(duì)流量的平方根成QQ 2 ldk( )2d(18)QmaxQmaxlmax正比時(shí)，稱調(diào)節(jié)閥具有拋物線流量特性

10、。其數(shù)學(xué)表達(dá)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(shí)，流量介于直線流量特性和等百分比流量特性之間變化。對(duì)于一般調(diào)節(jié)閥，理想可調(diào)比R=30時(shí)，拋物線流量特性調(diào)節(jié)產(chǎn) R1 (R 1)七(19)Qmax Rl max閥的相對(duì)流量隨相對(duì)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(duì)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(shí)， Q/Q操作點(diǎn)大，操作靈敏不易控制；大流量時(shí), Q/Q操作點(diǎn)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(fù)荷變化小的場(chǎng)合。對(duì)于等百分比流量特性，相同的開度變化，小開度時(shí)流量變化

11、Q??；大開度時(shí)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(fù)荷變化大的場(chǎng)合。對(duì)于快開流量特性，隨開度變大，流量很快達(dá)到最大，開度再增加時(shí)，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(chǎng)合中使用。拋物線流量特性，其特性曲線介于直線流量特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(lái)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(shí)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(dāng)流量發(fā)生變化 時(shí)，管路壓降在變化，調(diào)節(jié)閥壓差也在

12、發(fā)生變化。因此調(diào)節(jié)閥壓差變化時(shí)，得到 的流量特性為實(shí)際流量特性。1）串聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性對(duì)于如圖3所示的調(diào)節(jié)閥與管路串聯(lián)的系統(tǒng)，當(dāng)調(diào)節(jié)閥上壓差為Pi值并保持不變時(shí)，單就調(diào)節(jié)閥本身來(lái)說(shuō)它具有理想流量特性。由式（8）可得：Q(20)QmaxCqk，rPi(21)Cqk為調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的流通能力，則:QmaxCqk(22)對(duì)比式（9）則有:C Cqkf(j)1 max(23)將式（23）代入式（20）,則得:QCqkf(j)：11 max(24)通過管道的流量可以用下式表示:(25)Cg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:rP2Rmax(26)P2C2kCg2f2(11

13、 ) P11 max則有:由于:PPP2(28)將式(27)代入式（28）得：CgQ CqkC12qk2max(27)(29)(30)2p)max當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，調(diào)節(jié)閥上有最小壓差，設(shè)最小壓差為 Pim。由于調(diào)節(jié)閥全開, 此時(shí)有：f(f嚴(yán))1maxmax則由式（29）得:(1 菩)RmCg則得：令：S為調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，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,(1 為 PimCgqkc2qkRmP1m(32)有的資料上稱之為調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度則有:2qk(33)(34)QQmax2 I1)f2(|)1 max(35)若以Q100表示有管道阻力時(shí)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的最大流量,則由式（24）和式（

14、21）、QQ100Cqkf(-h P1maxf(qk Imax(36)12 l1 (1)f2()SImax將式（33）代入式（30），則得:若以Qmax表示管道阻力為零時(shí)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的最大流量，則由式（21）和式（24） 可得:式（32）得:將式（34）代入式（36），則得:Q)100f(l丄)max12_iS (1 S)f2(|)max(37)R=30的調(diào)節(jié)閥,式（35）為調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量與理想最大流量參比關(guān)系。對(duì)于當(dāng)調(diào)節(jié)閥阻比發(fā)生變化時(shí)，其關(guān)系曲線如圖4所示。式（37）即為調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性，它不但和調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開度有關(guān)，而且 與調(diào)節(jié)閥的阻比S有關(guān)。對(duì)于安裝在實(shí)際管路中R=30的調(diào)節(jié)閥，

15、當(dāng)調(diào)節(jié)閥阻比發(fā) 生變化時(shí)，其實(shí)際性能曲線的變化趨勢(shì)如圖 5所示。從圖4和圖5可見：a）當(dāng)調(diào)節(jié)閥阻比S=1時(shí)，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(shí)實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)際流量曲線偏離理

16、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(shuō)明，為了保證調(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(shí)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(shí)際特性發(fā)生畸變，一般希望調(diào)節(jié)閥阻比S 03（U甜址賈舒編輯版word*阻比S10.60.60.3 0.3。c） 低壓經(jīng)由泵至高壓的場(chǎng)合，為了降低能耗，要求至少S0.15b但為獲得較 好的調(diào)節(jié)閥品質(zhì)，建議S 03d） 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 0.1532）并聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性對(duì)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

17、流量Q Qi Q2Q有如下關(guān)系： 設(shè)：貝1 maxXQmaxQmax1 max(38)(39)(40)由式（21）和上式可得:Q maxx(41)由式（38）可得:QmaxQ1 maxQ2(42)則式（25）、式（41）和（42）得:可以得出:1 maxCq”； rPQmaxCgCqk(43)由式（24）和式（38）得:I iPPPQ 5f（r）k（44）max由式（41）、式（43）和式（44）得：QQmaxxf(j)(1 x)1 max(45)這就是并聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性，對(duì)于不同的x，實(shí)際性能曲線的變化趨勢(shì)如圖7所示。從圖7可見：a）當(dāng)x=1時(shí)，即旁路關(guān)閉，實(shí)際流量特性和理想流量特

18、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(shí)際流量特性起點(diǎn)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(shí)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x0.5最好x0.&這種調(diào)節(jié)閥和管路并聯(lián)的情況在實(shí)際工程中并不多見，但對(duì)于一些需要保持系 統(tǒng)有一個(gè)最低流量，負(fù)荷變化不大（即調(diào)節(jié)比較小）的場(chǎng)合，為防止儀表故障時(shí) 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(dāng)所選的調(diào)節(jié)閥偏小， 作為一種補(bǔ)救措施；或者裝置有擴(kuò)容能力，但調(diào)節(jié)閥已不能滿足要求時(shí)?？蓪⒄{(diào) 節(jié)閥的旁路稍開，使調(diào)節(jié)閥達(dá)到所期望的調(diào)節(jié)目的。此時(shí)，先關(guān)閉調(diào)節(jié)閥主管路

19、， 通過閥后總管上的流量計(jì)來(lái)標(biāo)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:QmaxR Q min由于：QCp3 maxJ max YPQ min C min .則:RQ maxC maxQminCmin2）串聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比Rs對(duì)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(shí)，最大流量Qmax對(duì)應(yīng)最小的調(diào)節(jié)閥壓差 Rm；調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)，最小流量Qmin對(duì)應(yīng)最大的調(diào)節(jié)閥壓差則調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比(46) Pl max。Rs 有:RsQmax QmincfRlmmax . 勺rCmaxR

20、m(47)C Rmin1 maxP1 maxr（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(duì)應(yīng)的阻力系數(shù)也是定值。所以，無(wú)論調(diào) 節(jié)閥處于理想管系還是實(shí)際管系，Cmax和Cmin是定值，則由式（46）和（47）得： 當(dāng)通過調(diào)節(jié)閥的流量最小時(shí)，調(diào)節(jié)閥幾乎全關(guān)，管路阻力降趨于0,調(diào)節(jié)閥的由式Cmin(48)RmRs RPimaxppmRS(49)Rs R最大壓差厶P1 max趨于系統(tǒng)總壓降厶P，因此:Rs R . S（50）上式說(shuō)明，串聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比 Rs與理想可調(diào)比R和阻比S有關(guān)。阻 比S越小，實(shí)際可調(diào)比越小。因此，為保證一定的可

21、調(diào)比，調(diào)節(jié)閥的阻比 S要適當(dāng)， 不能使阻比S過小。國(guó)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(shí)圓整口徑以及對(duì) C 值的圓整和放大，一般取R=10o即使如此，在調(diào)節(jié)閥與管路串聯(lián)的系統(tǒng)中，當(dāng)S=0.3 時(shí)，RS仍為 5.4。而一般工藝過程中，Qmin=30%Qnor，Qmax=125%Qnor，Rs不過 4.16o因此，只要S 0.3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(yàn)算實(shí)際可調(diào)比。當(dāng)要求的可調(diào)比較大時(shí)，調(diào)節(jié)閥滿足不了工藝要求，此時(shí)，可采用提高調(diào)節(jié)閥 阻比S,或采用大小兩個(gè)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(shí)際可調(diào)比RsQ maxQ1 mi

22、nQ2(51)對(duì)于如圖6所示的調(diào)節(jié)閥與管路并聯(lián)的系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比Rs為:則:由于:RsQ1 minmaxQn QnQ2QmaxQ1 maxQmaxQmax1RSQmaxQ1 maxRQmaxQmax1RRs1x 1(52)RsQ1 maxQmaxQmaxQ2(53)則:將式（39）代入上式得:由于R1,則:上式說(shuō)明，并聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比 Rs與調(diào)節(jié)閥的理想可調(diào)比R無(wú)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(duì)調(diào)節(jié)閥實(shí) 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

23、時(shí)，調(diào)節(jié)閥前后的最小壓差厶Pim。所以 Pim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)Pa h hfRm Pb（54）系式為：式中hf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(dòng)力=管系總阻力，總推 動(dòng)力=Pa-Pb+h，管系總阻力 P= Rm+hf。由上式可得：Pm Pa Pb h hf（55）又由式（32）及調(diào)節(jié)閥阻比S=0.30.5得:S巴 0.3 0.5（56）Rm hf由式（56）可以計(jì)算出 P1m= （0.4291.0 hf。即調(diào)節(jié)閥的壓差應(yīng)為管路阻力 降的0.429

24、到1.0倍。式（55）和式（56）就是調(diào)節(jié)閥壓差的計(jì)算公式及核算式。用法為先由式（55） 計(jì)算出調(diào)節(jié)閥的壓差，再由式（56）進(jìn)行核算。只有同時(shí)滿足式（55）和式（56） 的要求時(shí)，計(jì)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(dāng)計(jì)算厶Rm時(shí)，需先計(jì)算出管道阻力降 hf，管道阻力降是通過管系的水力 學(xué)計(jì)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(lái)的，怎樣在提調(diào)節(jié)閥控 制條件時(shí)先進(jìn)行管系的水力學(xué)計(jì)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)

25、此圖進(jìn)行管 系的水力學(xué)計(jì)算求出管道阻力降hf。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(lái)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(zhǎng)度和彎頭數(shù)量的有限變化，對(duì)管道的阻力降和調(diào)節(jié)閥壓差計(jì)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(jì)算出的管道阻力降應(yīng)考 慮1520%的裕量。對(duì)于低壓系統(tǒng)和高粘度物料，為了確保設(shè)計(jì)無(wú)誤，最終的配管 圖出來(lái)以后要對(duì)管道阻力降進(jìn)行核算，因?yàn)楣芫€長(zhǎng)度和彎頭數(shù)量變化對(duì)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(shí)進(jìn)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(wú)法將他們考

26、慮完全，因此根據(jù)式（55）計(jì)算出調(diào)節(jié)閥壓差 P1m后，實(shí)際調(diào) 節(jié)閥壓差取值可稍比計(jì)算值為小。當(dāng)管路阻力降大時(shí)，兩者差值大一些；反之則差值小一些或直接取計(jì)算值。實(shí)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(shí)，可按下述方法進(jìn)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(yáng)程需和調(diào)節(jié)閥壓差同時(shí)確定。此時(shí)可 先由式（56）確定調(diào)節(jié)閥壓差，再由式（55）求出泵的揚(yáng)程。則式（56）變?yōu)椋篠Rm rhf（57）1 S若H表示泵的揚(yáng)程，則式（55）應(yīng)變?yōu)椋篐 Pb PaPim hf h（58）在這種場(chǎng)合下，為了降低能耗，調(diào)節(jié)閥的阻比 可以要求為

27、S0.15但當(dāng)流量小、揚(yáng)程低，泵的 軸功率較小時(shí)，為獲得較好的調(diào)節(jié)閥品質(zhì)，建議 S 0.3。同時(shí)，由于根據(jù)泵樣本選的泵揚(yáng)程一般比所需揚(yáng)程要高，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，應(yīng)先定出泵的揚(yáng)程，扣除揚(yáng)程裕量后，再 反算調(diào)節(jié)閥壓差。2、工藝條件有波動(dòng)的工況一般來(lái)說(shuō)，工藝條件是相對(duì)穩(wěn)定的，它容許在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)。如圖9所示， 由于Pa、Pb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 種操作條件。但仔細(xì)研究可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng) Pa最小、前設(shè)備液位最低，而 Pb最大、后 設(shè)備液位最高時(shí)，調(diào)節(jié)閥壓差最小，所需泵揚(yáng)程最高。此時(shí)應(yīng)在這種條件下確定 調(diào)節(jié)閥壓差和泵的揚(yáng)程。又比如說(shuō)鍋爐給水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥，因?yàn)殄仩t產(chǎn)

28、汽壓力經(jīng)常波動(dòng)，會(huì)影響到調(diào)節(jié) 閥阻比下降，此時(shí)在考慮調(diào)節(jié)閥壓差時(shí)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(jìn)行調(diào)節(jié)閥阻比核算時(shí)用下式進(jìn)行。SRm （510）%（Pa Pb） 0.30.5（59）Rm hf3、高壓減至低壓的工況這種工況時(shí)，調(diào)節(jié)閥阻比S一般很大。雖然S越大越好，但有時(shí)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(shí)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?dān)的壓差可和自控專業(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(shí)，滿足式（55）的調(diào)節(jié)閥壓差，可能滿足不了式（56）的要求。此

29、 時(shí)可想辦法降低管路阻力，如：放大管徑、改變?cè)O(shè)備布置以縮短管道長(zhǎng)度或增加 位差、減少局部阻力降等措施，一定要確保S 035、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(jìn)口蒸汽管線上的調(diào)節(jié)閥，為了避免蒸汽能量過多地?fù)p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(yàn)取調(diào)節(jié)閥壓差 Pim=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(dāng)蒸汽壓力較高，而需要在較低壓力下冷凝 時(shí)，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(dòng)，要求

30、調(diào)節(jié)閥壓差w 1/2蒸汽壓力。對(duì)于低壓和真空系統(tǒng)，由于管路容 許壓力降較小，要求S 0.15o另外需強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，上述調(diào)節(jié)閥壓差厶Pim對(duì)應(yīng)的是通過調(diào)節(jié)閥的最大流量 Qmax 當(dāng)工藝過程對(duì)最大流量有要求時(shí)，通過調(diào)節(jié)閥的最大流量Qmax應(yīng)為工藝過程可能出現(xiàn)的最大流量；當(dāng)工藝過程對(duì)最大流量沒有要求時(shí)，通過調(diào)節(jié)閥的最大流量 Qmax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(xì)化工中試裝置中，共有調(diào)節(jié)回路64個(gè),確定調(diào)節(jié)閥壓差時(shí)正是重視了上述提到的諸多問題，使調(diào)節(jié)回路投運(yùn)后皆能滿足 工藝過程的要求，現(xiàn)舉幾個(gè)具有代表性的例子來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明調(diào)節(jié)閥壓差的確定方 法。例1:如圖10所示的

31、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(jìn)行計(jì)算。由 1 點(diǎn)到 2 點(diǎn),Qnor=0.24m3/h,Qmax=0.24x1.25=0.3m/h。根據(jù)圖 11 和詳細(xì)流程可計(jì)算出局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度為 6.5m；圖11中直管長(zhǎng)度為8.2m；則管總長(zhǎng)度為 14.7m,計(jì)算出管道阻力降為0.0003MPa)= in訓(xùn)訃瞪寮耳1仃貳處由 2 點(diǎn)到 3 點(diǎn),Qnor=0.75m3/h,Qmax=0.75x1.25=0.94m/h。根據(jù)圖 11 和詳細(xì)流程可計(jì)算出局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度

32、為 4.5m;圖11中直管長(zhǎng)度為20.6m；貝U管總長(zhǎng)度為25.1m,計(jì)算出管道阻力降為0.0035MPa貝U 1點(diǎn)到3點(diǎn)，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=0.016MPa3）計(jì)算調(diào)節(jié)閥壓差厶Pim。由式（55）得： Pim=0.35-0.03-（17.6-1.9）/100-0.016=0.147 MPa4）核算調(diào)節(jié)閥阻比S由式（56）得：S=0.147/（0.147+0.016）=0.95）調(diào)節(jié)閥壓差 P1m取值。由于管路阻力降很小，考慮實(shí)際調(diào)節(jié)閥兩頭有大小頭等因素，最終取調(diào)節(jié)閥壓差厶 P1m =0.14 MP

33、a例2:如圖12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(yáng)程。分析：由于泵出口分成了兩條管路，首先泵的揚(yáng)程必須同時(shí)滿足兩條管路的輸送 要求，因此根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果要采用兩個(gè)揚(yáng)程中的高揚(yáng)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(dú)立的兩個(gè)系統(tǒng)，自起點(diǎn)設(shè)備開始來(lái)分 別核算調(diào)節(jié)閥的阻比S,使S值皆03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(jì)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(jìn)行計(jì)算。由1點(diǎn)到2點(diǎn)，Qmax=0.2x1.25+1.32=1.57m/h。根據(jù)管系走向圖可計(jì)算管線總長(zhǎng) 度為80m，計(jì)算出

34、管道阻力降為0.031MPa由2點(diǎn)到3點(diǎn)，Qmax=0.2x1.25=0.25m/h。根據(jù)管系走向圖可計(jì)算管線總長(zhǎng)度為50m,計(jì)算出管道阻力降為0.0004MPa由2點(diǎn)到4點(diǎn)，Qmax=1.32m3/h。根據(jù)管系走向圖可計(jì)算管線總長(zhǎng)度為 58m,計(jì)算出管道阻力降為0.016MPa考慮阻力降有 15%的裕量，則：由 1 點(diǎn)經(jīng)由 2 點(diǎn)到 3 點(diǎn)，管道阻力降為：( 0.031+0.0004+0.01)x1.15=0.048MPa。 由 1 點(diǎn)經(jīng)由 2 點(diǎn)到 4 點(diǎn)，管道阻力降為： (0.031+0.016+0.01)x1.15=0.066MPa。3) 取調(diào)節(jié)閥壓差。取調(diào)節(jié)閥阻比S=0.3則由式(5

35、6)得調(diào)節(jié)閥壓差為：LV 閥厶 Pim=0.429x0.048=0.021MPaFV 閥厶 Pim=0.429x0.066=0.028MPa4) 確定泵的揚(yáng)程。由式( 58)得泵揚(yáng)程為：由 1 點(diǎn)經(jīng)由 2 點(diǎn)到 3 點(diǎn)，H=(0.21-0.03+0.048+0.021)x100+(25.7-4.1)=46.5m 由 1點(diǎn)經(jīng)由 2點(diǎn)到 4點(diǎn)， H=(0.364-0.03+0.066+0.028)x100+(25.7-4.1)=64.4m 為同時(shí)滿足兩條管路的輸送要求，則泵的揚(yáng)程應(yīng)為64.4m考慮泵有10%的揚(yáng)程裕量，揚(yáng)程應(yīng)為 64.4x1.1=71m。查泵產(chǎn)品樣本，選用80 m揚(yáng)程的泵?？鄢?0

36、%的揚(yáng)程裕量，可利用揚(yáng)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(yáng)程為72.7m則由式(55)計(jì)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(shí)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(shí)際調(diào)節(jié)閥兩頭有大小頭等，最終取調(diào)節(jié)閥壓差P1m =0.08 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

37、+72.7/100-(25.7-4.1)/100=0.331 MPa 則調(diào)節(jié)閥阻比S=0.23/0.33仁0.6950.3說(shuō)明調(diào)節(jié)閥壓差合適。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=0.4520.3說(shuō)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(yáng)程。IIit分析：這是同一管路上有兩套調(diào)節(jié)回路的情況,為了保證兩臺(tái)調(diào)節(jié)閥皆能起到很好的調(diào)節(jié)效果，核算一臺(tái)調(diào)節(jié)閥時(shí)，應(yīng)將另外一臺(tái)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(lái)分別核算調(diào)節(jié)閥的阻比S,使S值皆03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(jì)算示意圖。2）根據(jù)管系走向圖及操作條件求管