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化工調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算選型

在過程控制中，執(zhí)行器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就是調(diào)節(jié)閥，也稱為控制閥。調(diào)節(jié)閥通過改變閥芯的行程，即改變閥芯與閥座之間通流面積的大小，從而改變閥的局部阻力來調(diào)節(jié)流量。調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)種類很多，圖1是常見的幾種結(jié)構(gòu)形式。計(jì)算調(diào)節(jié)閥口徑需要確定計(jì)算流量、確定計(jì)算差壓、計(jì)算流通能力、選擇流通能力、驗(yàn)算和確定調(diào)節(jié)閥口徑這六步驟，今天給大家分享調(diào)節(jié)閥口徑選擇的相關(guān)知識。

化工調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算選型口徑選擇步驟

1計(jì)算流量的確定

計(jì)算流量是指通過調(diào)節(jié)閥的最大流量。流量值應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備的生產(chǎn)能力、對象負(fù)荷的變化、操作條件變化以及系統(tǒng)的控制品質(zhì)等因素綜合考慮、合理確定。但有兩種傾向應(yīng)避免：一是過多考慮余量，使閥門口徑選得過大，這不但造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，而且將使閥門經(jīng)常處于小開度工作，從而使可控比減小，控制性能變壞，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹫袷帲瑥亩蟠蠼档土苏{(diào)節(jié)閥的壽命；二是只考慮眼前生產(chǎn)，片面強(qiáng)調(diào)控制質(zhì)量，以致當(dāng)生產(chǎn)力略有提高時(shí)，控制閥就不能適應(yīng)，被迫更換。計(jì)算流量也可以參考泵和壓縮機(jī)等流體輸送機(jī)械的能力來確定。有時(shí)，綜合多種方法來確定。

在不同的自控系統(tǒng)中，流量、介質(zhì)、壓力、溫度等參數(shù)千差萬別，而調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)又是在100KPa壓差下,介質(zhì)為常溫水時(shí)測試的，怎樣結(jié)合實(shí)際工作情況決定閥的口徑呢？顯然，不能以實(shí)際流量與閥流量系數(shù)比較(因?yàn)閴翰睢⒔橘|(zhì)等條件不同),而必須進(jìn)行KV值計(jì)算。把各種實(shí)際參數(shù)代入相應(yīng)的KV值計(jì)算公式中，算出Kv值,即把在不同的工作條件下所需要的流量轉(zhuǎn)化為該條件下所需要的KV值,于是根據(jù)計(jì)算出的Kv值與閥具有的Kv值比較,從而決定閥的口徑,最后還應(yīng)進(jìn)行有關(guān)驗(yàn)算,進(jìn)一步驗(yàn)證所選閥是否能滿足工作要求。

2、化工調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算選型口徑計(jì)算步驟

   從工藝提供有關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)到最后口徑確定，一般需要以下幾個(gè)步驟：

   （1）計(jì)算流量的確定。根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)的狀況，決定計(jì)算的最大工作流量Qmax和最小工作流量Qmin。

   （2）計(jì)算壓差的決定。根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)選定S值，然后決定計(jì)算壓差。

   （3）Kv值計(jì)算。根據(jù)已決定的計(jì)算流量、計(jì)算壓差及其它有關(guān)參數(shù)，求出最大工作流量時(shí)的Kvmax。

   （4）初步?jīng)Q定調(diào)節(jié)閥口徑，根據(jù)已計(jì)算的Kvmax，在所選用的產(chǎn)品型式系列中，選取大于Kv-max并與其接近的一檔Kv值，得出口徑。

   （5）開度驗(yàn)算。

   （6）實(shí)際可調(diào)比驗(yàn)算。一般要求實(shí)際可調(diào)比應(yīng)大于10。

   （7）壓差校核（僅從開度、可調(diào)比上驗(yàn)算還不行，這樣可能造成閥關(guān)不死，啟不動，故我們增加此項(xiàng)）。

   （8）上述驗(yàn)算合格，所選閥口徑合格。若不合格，需重定口徑（及Kv值），或另選其它閥，再驗(yàn)算至合格。

2化工調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算選型計(jì)算壓差的確定

計(jì)算壓差是指調(diào)節(jié)閥閥全開，流量最大時(shí)調(diào)節(jié)閥上的壓差。確定計(jì)算壓差時(shí)必須兼顧控制性能和動力消耗兩方面。閥上的壓差占整個(gè)系統(tǒng)壓差的比值越大，調(diào)節(jié)閥流量特性的畸變越小，控制性能就越能得到保證。但閥前后壓差越大，所消耗的動力越多。

計(jì)算壓差主要是根據(jù)工藝管路、設(shè)備等組成的系統(tǒng)壓差大小及變化情況來選擇，其步驟如下：

①把調(diào)節(jié)閥前后距離最近的、壓力基本穩(wěn)定的兩個(gè)設(shè)備作為系統(tǒng)的計(jì)算范圍。

②在最大流量條件下，分別計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)各項(xiàng)局部阻力(調(diào)節(jié)閥除外)所引起的壓力損失△PF，再求出它們的總和Σ△PF。

③選擇S值。S值應(yīng)為調(diào)節(jié)閥全開時(shí)控制閥上壓差△PV和系統(tǒng)總的壓力損失之比，即S=△PV÷(△PV+Σ△PF)，常選S=0.3-0.5。但某些系統(tǒng)，即使S值小于0.3時(shí)仍能滿足控制性能的要求。對于高壓系統(tǒng)，為了降低動力消耗，也可降低到S=0.15。對于氣體介質(zhì)，因?yàn)樽枇p失較小，調(diào)節(jié)閥上的壓差所占的分量較大，所以一般S值都大于0.5。但在低壓及真空系統(tǒng)中，由于允許壓力損失較小，所以S仍以0.3-0.5為宜。

④按已求出的Σ△PF及選定的S值，利用公式S=△PV÷(△PV+Σ△PF)可求取調(diào)節(jié)閥計(jì)算壓差△PV=SΣ△PF÷(1-S)。考慮到系統(tǒng)設(shè)備中靜壓經(jīng)常波動，會影響閥門上壓差的變化，使S值進(jìn)一步下降。如鍋爐給水控制系統(tǒng)中，計(jì)算壓差應(yīng)增加系統(tǒng)設(shè)備靜壓(設(shè)鍋爐額定靜壓為P)的5%-10%，即△PV=SΣ△PF÷(1-S)+0.0521P。調(diào)節(jié)閥上的壓差增加固然對控制有利，但是過大的壓差有可能使調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。在確定計(jì)算壓差時(shí)還應(yīng)考慮不產(chǎn)生汽蝕。

3化工調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算選型調(diào)節(jié)開度和可控比的驗(yàn)算

計(jì)算流量、計(jì)算壓差確定之后，應(yīng)作調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)開度和可控比的驗(yàn)算。

①調(diào)節(jié)閥開度的驗(yàn)算一般最大流量下調(diào)節(jié)閥的開度應(yīng)在90%左右，最小流量下調(diào)節(jié)閥的開度不小于10%。開度驗(yàn)算時(shí)必須考慮理想的調(diào)節(jié)閥流量特性和工作條件。下面給出兩種常用流量特性的調(diào)節(jié)閥在工作條件下(串聯(lián)管道)的開度驗(yàn)算公式。直線特性調(diào)節(jié)閥開度：

等百分比調(diào)節(jié)閥開度：

式中k為流量qi處的閥門開度；qi為被驗(yàn)算開度處的流量，m3/h；r為介質(zhì)密度，kg/m3。

②可控比的驗(yàn)算目前，我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)閥，其理想可控比R一般均為30，但在使用時(shí)受最大開度和最小開度的限制，一般會使可控比下降到10左右。在串聯(lián)管道情況下，實(shí)際可控比Rc=R√S。因此，按下面的公式Rc=10√S進(jìn)行可控比驗(yàn)算,若Rc＞qmax/qmin時(shí)，則所選調(diào)節(jié)閥符合要求。否則，必須改變調(diào)節(jié)閥的S數(shù)值，可采取增加系統(tǒng)壓力或采用兩個(gè)控制閥(降低S數(shù)值)，進(jìn)行分程控制的方法來滿足可控比要求。

綜上所述，根據(jù)工藝所提供的數(shù)據(jù)確定調(diào)節(jié)閥口徑的步驟為：

①確定計(jì)算流量：根據(jù)生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)狀況，確定計(jì)算流量qmax和qmin。

②確定計(jì)算壓差：根據(jù)所選定的流量特性和系統(tǒng)特性選定S值，然后決定計(jì)算壓差。

③計(jì)算流通能力：根據(jù)已決定的計(jì)算流量和計(jì)算壓差，求最大流量時(shí)的流通能力Cmax。

④選擇流通能力C：根據(jù)已求得的Cmax在所選用的產(chǎn)品型式的標(biāo)準(zhǔn)系列中，選取大于Cmax且與其的那一擋C值。

⑤驗(yàn)算：驗(yàn)算控制閥開度和可控比。

⑥確定控制閥口徑：驗(yàn)算合格后，根據(jù)流通能力C值決定控制閥的公稱直徑和閥座直徑。

化工調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算選型口徑計(jì)算步驟中有關(guān)問題說明

   1）最大工作流量的決定

   為使調(diào)節(jié)閥滿足調(diào)節(jié)的需要,計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮工藝生產(chǎn)能力、對象負(fù)荷變化、預(yù)期擴(kuò)大生產(chǎn)等因素,但必須防止過多地考慮余量,使閥口徑選大;否則,不僅會造成經(jīng)濟(jì)損失、系統(tǒng)能耗大,而且閥處小開度工作,使可調(diào)比減小,調(diào)節(jié)性能變壞,嚴(yán)重時(shí)還會引起振蕩,使閥的壽命縮短,特別是高壓調(diào)節(jié)閥,更要注意這一點(diǎn)。現(xiàn)實(shí)中,絕大部分口徑選大都是此因素造成的。 

   2）計(jì)算壓差的決定——口徑計(jì)算的最關(guān)鍵因素

   壓差的確定是調(diào)節(jié)閥計(jì)算中的關(guān)鍵。在閥工作特性討論中知道:S值越大,越接近理想特性,調(diào)節(jié)性能越好；S值越小,畸變越厲害,因而可調(diào)比減小,調(diào)節(jié)性能變壞。但從裝置的經(jīng)濟(jì)性考慮時(shí),S小,調(diào)節(jié)閥上壓降變小,系統(tǒng)壓降相應(yīng)變小,這樣可選較小行程的泵,即從經(jīng)濟(jì)性和節(jié)約能耗上考慮

S值越小越好.綜合的結(jié)果,一般取S＝0.1～0.3（不是原來的0.3～0.6）.對高壓系統(tǒng)應(yīng)取小值,可小至S＝0.05.最近,為減小調(diào)節(jié)閥上的能耗,我們還提出了采用低S值的設(shè)計(jì)方法(S＝0.05～0.1),即選用低S節(jié)能調(diào)節(jié)閥。

1.化工調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算選型的流量特性

調(diào)節(jié)閥的流量特性是指流過閥門的流量與閥門開度之間的函數(shù)關(guān)系。一般用相對流量和閥門的相對開度表示。

式中為相對流量，即調(diào)節(jié)閥在某一開度l下的流量與全開時(shí)流量之比。為相對開度，即調(diào)節(jié)閥某一開度l與全開時(shí)開度L之比，這里l和L都是指閥芯的行程。

   在調(diào)節(jié)閥前后壓差保持不變條件下得到的流量特性稱為調(diào)節(jié)閥的理想流量特性。調(diào)節(jié)閥的理想流量特性有快開、直線、等百分比和拋物線4種。典型的理想流量特性曲線如圖2所示。

式中,為相對流量，R稱為調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍或可調(diào)比，它是調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量之比。一般是全開流量的。國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥的理想可調(diào)范圍R=30.具有直線流量特性的調(diào)節(jié)閥當(dāng)閥門開度變化時(shí)，相對流量的變化與之成線性關(guān)系。

例2  化工調(diào)節(jié)閥口徑流量計(jì)算選型假定某調(diào)節(jié)閥的直線流量特性為                   

設(shè)閥門全開時(shí)的流量為，求閥門開度從10%變化到20%和從80%變化到90%時(shí)，閥門流量的變化。

解  閥門相對開度為10%的流量從這個(gè)例子看出，在流量小時(shí)，同樣的閥門相對開度變化時(shí)，流量變化的相對值比流量大時(shí)大得多。這說明在調(diào)節(jié)閥小開度時(shí)調(diào)節(jié)作用較強(qiáng)，在大開度時(shí)調(diào)節(jié)作用較弱。從控制的要求來看，系統(tǒng)處于小負(fù)荷時(shí)，希望調(diào)節(jié)閥流量不要變化太大，控制作用不要太強(qiáng)，而在負(fù)荷較大時(shí)，希望流量變化要大一些，控制作用要強(qiáng)一些，以便于克服干擾的影響。直線流量特性不能滿足這個(gè)要求。

   等百分比流量特性相對流量與調(diào)節(jié)閥相對開度的關(guān)系為

等百分比流量特性又稱對數(shù)流量特性。它是一條對數(shù)曲線，曲線斜率隨相對開度增大而增大。在同樣開度變化下，流量變化小，負(fù)荷大，流量變化也大，因而控制特性好，有利于控制系統(tǒng)工作。

  快開流量特性的調(diào)節(jié)閥在開度較小時(shí)就有較大流量，而且流量很快就能達(dá)到最大，適用于快速開關(guān)的場合。其流量特性可表示為

拋物線流量特性的調(diào)節(jié)閥，介于直線流量特性與等百分比流量特性之間。其流量特性可表示為

調(diào)節(jié)閥的流量特性取決于閥芯的形狀。圖3是與4種流量特性相對應(yīng)的閥芯的形狀。

調(diào)節(jié)閥在實(shí)際應(yīng)用中，閥門的流量與閥門開度之間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的工作流量特性。由于調(diào)節(jié)閥在實(shí)際工作中兩端的壓差不可能不變，管路系統(tǒng)的總阻力也會影響到閥的流量特性。所以調(diào)節(jié)閥的工作流量與理想流量特性是有差別的。在實(shí)際工作條件下，理想流量特性將會發(fā)生畸變。

流通能力是選擇調(diào)節(jié)閥口徑的主要依據(jù)。為了能正確計(jì)算流通能力，首無必須合理確定調(diào)節(jié)閥的流量和壓差的數(shù)值。通常把代入流通能力計(jì)算公式的流量和壓差稱為計(jì)算流量和計(jì)算壓差。

    調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇，一般是從保證控制系統(tǒng)控制質(zhì)量來考慮的。為了保持控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)不變，希望控制系統(tǒng)總的放大系數(shù)能保持不變。在控制系統(tǒng)中，變送器、控制器的放大系數(shù)是不變得。被控對象的放大系數(shù)會隨負(fù)荷變化。所以，我們往往通過選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性來補(bǔ)償被控對象的放大系數(shù)的變化，其選擇的原則是使被控對象的放大系數(shù)和調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)的乘積為常數(shù)。即對于放大系數(shù)隨負(fù)荷增大而變小的被控對象，就應(yīng)選擇放大系數(shù)隨流量增加而變大的流量特性，例如等百分比流量特性。