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气动调节阀的工作原理及计算选型

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第54卷第2期 石油化工自动化 V01.54,No.2 April,2018 2018年4月 AUToMATION IN PETRO—CHEMICAL INDUSTRY 气动调节阀的工作原理及计算选型 刘华怡,张其方 (中国天辰工程有限公司仪表电气部,天津300400) 摘要:为解决气动调节阀在设计选型过程中,口径计算过度依赖厂家的问题,本文介绍了气动调节阀的工作原理,推导了调节 阀的选型计算公式,包括:流量系数计算过程中相关公式和判别式的选择、流量和压差的确定;调节阀口径选择中可调比与放 大系数的确定、流量系数K、,值的圆整及阀开度的确定。给出了工程实际应用中测量液体、气体、蒸汽流量的计算选型方法,为 调节阀的口径计算和选型提供了参考依据。 关键词:调节阀工作原理计算选型 中图分类号:TH138.52 文献标志码:B 文章编号:1007—7324(2018)02—0054—05 Working Principle and Calculating Selection of Pneumatic Control Valve Liu Huayi,Zhang Qifang (Instrument and Electrica1 Department,China Tianchen Engineering Corporation,Tianj in,300400,China) Abstracts:To solve the problem of depending too much on the manufacturer for the caliber calculation during design and type selection of pneumatic regulating valve,working principle of pneumatic regulating valve is introduced.The selection calculation formulas is deduced, including the selection of relevant formulas and discriminant,the determination of flow and pressure difference in flow coefficient calculation,adj ustable ratio and amplification coefficient, the rounding of flow coefficient K v and the opening of valve.The calculation selection methods for measuring liquid,gas and steam flow are provided for practical applications in proj ect.The reference for caliber calculation and type selection for pneumatic regulating valve is provided. Key words:regulating valve;working principle;calculation;type selection 在仪表设计和选型工作过程中,一些仪表涉及 仪表口径计算、材质选型等问题,以往主要依靠厂 家提供相关数据,会造成后续工作的滞后以及过于 依赖厂家计算的现象。本文主要解决调节阀口径 计算选型问题,根据调节阀工作原理,参考KOSO Cv一1.167Kv 式中,7d , 。——节流前后流体速度;P ,P 节流前后流体压力;A——节流管件截面积; q ——体积流量;s——阻力系数;g——重力 加速度;P——流体密度;),F——重度;Kv, 调节阀样本,编制气动调节阀计算选型书,并成功 应用于工程实际中。 1 气动调节阀的工作原理 调节阀同孔板一样,是局部阻力元件。与孔板 C、,——流量系数,国内一般用K 表示,国际上 用C、,表示。 调节阀由执行机构和阀门两部分组成,本文以 不同的是,调节阀的节流面积可以由阀芯的移动来 改变,是可变的节流元件。因此,可以将调节阀模 拟成孔板节流形式。对于不可压缩流体,根据伯努 利方程,调节阀的流量方程式为 气动调节阀为例,按其执机构形式可分为薄膜式调 节阀、活塞式调节阀和长行程调节阀;按阀体结构 形式可分为单座阀、双座阀、角阀、三通阀、偏心旋 转阀、蝶阀、球阀、快速切断阀等。 P1/pg 4-73 ̄/2g—p 2/pg -743 ̄/2g 稿件收到日期:2017—11—14,修改稿收到日期:2018—02—05。 v (1) 作者简介:刘华怡(1986一),女,2012年毕业于中国石油大学(华 东)控制科学与工程专业,获工学硕士学位,现就职于中国天辰工 △p 1一 2 程有限公司仪表电气部,从事仪表工程设计工作,任工程师。 第2期 刘华怡等.气动调节阀的工作原理及计算选型 2气动调节阀的计算选型 2.1初选阀型 阀型选择重要且复杂,初选阀型主要包括计算 资料,查取所需的管径、压力等级等参数及阀特性 参数,如液体压力恢复系数F ,压差比系数X 等。不同厂家对调节阀F ,x 的取值略有差 别,可参考《调节阀口径计算指南》[ 和厂家样本确 定的F 和x 取值。 表2调节阀流量特性 流量系数、预估噪声等,初步选择阀体结构型式。 若计算不符合要求,还应重新选阀型,并重复计算, 直至满足要求。 2.1.1确定工艺条件 调节阀的选型首先要确定使用条件,包括介质 性质及主要物化参数,流量、压力、温度等工艺参 数,配管情况(型式、阀前后管径、系统阻力计算 等),自控对象类型及特点,调节性能要求等,初选 阀型的特点及适用场合可参考表1所列内容。 表1初选阀型的特点及适用场合 名称及型号 单座阀 (VP,JP) 特点及适用场合 泄漏量小,允许压差小,JP型阀具有 体积小、质量轻等特点。适用于一般流 体,要求泄漏量小或切断场合 不平衡力小,允许压差较单座阀大; 流路复杂,流量系数比VP型阀大;泄漏 量大;适用于压差较大,对泄漏量要求 不严的一般流体 稳定性好,允许压差较大,易维护;适 用于一般流体 注:1)Ap 为正常流量下的阀两端压差; 2)△ ∞l为阀关闭时阀两端压差。 2.2流量系数计算 双座阀 (VN) 2.2.1计算公式与判别式 套筒阀 (VM,JM) 角形阀 (VS) 流路简单,便于自净和清洗;适用于 高黏度、含颗粒等的介质,特别适用于 要求直角连接场合 体积小、质量轻、密封性强;适用于泄 漏量小,允许压差较大场合 结构紧凑、质量轻、流量系数大、价格 低;适用于大流量、低压力、泄漏量要求 不高的场合,尤其适用于浓浊浆状及含 悬浮颗粒的流体控制 结构紧凑、质量轻、流量系数大、密封 性好;适用于要求切断及纸浆、污水和 含有纤维质、颗粒物等介质控制 偏心旋转阀 (VZ) 不可压缩流体(液体)的计算公式与判别式见 表3所列,可压缩流体(气体、蒸汽)的计算公式与 判别式见表4所列。当流经调节阀的流体雷诺数 R ≤1O 时,应用雷诺数修整系数对流量系数K 进行修正。 表3中P 为阀人口取压点测得的绝对压力; P 为阀出口取压点测得的绝对压力;Ap为阀人 口和出口间的压差,即(P 一P 2);P、,为阀人口 温度饱和蒸汽压(绝压);P 为热力学临界压力(绝 压);F 为液体临界压力比系数;F 为雷诺数系 数;P 为液体密度;q 为液体体积流量;q眺为 液体质量流量。 表4中,X为压差与人口绝对压力之比 蝶阀 (VW) 球阀 (VP,JP) (△户/户1);K为比热比;qv 为体积流量;q 为质量 流量;P 为标准状态密度;P 为在夕 ,T 条件下的密 度;T 为人口绝对温度;M为相对分子质量;Z为压 2.1.2调节阀阀型初选 根据2.1.1条中选定的阀型,确定调节阀流向 及流量特性,见表2所列,查询产品说明书或有关 缩系数;F 为气体压力恢复系数;f(X,K)为压差 比修正函数。 表3不可压缩流体的计算公式与判别式 56 石油化工自动化 第54卷 判别式 计算公式 , x<KL4x q x≥ x 1)f(X,K)一1.47~。.6 X 为通用式,F 一0.69; 一 _丽 ^\/■ f(X,K)=1.62--0.8 X 为蝶阀通用式,F 一。.62; 或Kv一 或K、,一丽或Kv一 浮  f(X,K)一1.47一。.6 X 为角阀通用式,F 一。.74 2)阻塞流时X用X 代入 2.2.2计算参数确定 是阻塞流还是非阻塞流。 1)计算流量的确定。计算流量q 由工艺根 据装置生产能力和物料平衡确定。工艺可以给出 最大流量q ,正常流量q ,最小流量 b)选择合适的公式计算K、,值。 c)根据需要对K、,值进行低雷诺数修正或管 件形状修正等。本文中一般采用低压力恢复特性 的阀,如单、双座阀,套筒阀等,一般都可不作雷诺 q …3个流量值,q 和q ,都可作为计算值。 2)计算压差的确定。在K、,计算中,压差△ 是 重要参数之一,是较难确定的参数。在调节系统确定 数修正和管件形状修正。 d)对于非阻塞流工况,一般可不作噪声预估; 对于阻塞流工况,需作噪声预估。噪声预估方法参 见文献[2]。 后,经过系统阻力计算才能得到分配到调节阀上的压 差△ 值。如假设系统总压降为A户 ,各部分阻力件 如弯头、手动阀、管路等的压降之和为 △ ,则: e)根据计算K、,值及噪声估计值等确定阀 型,若需要更改阀型,则在更改阀型后需按上述步 骤重新计算及查取相关资料。 2.3调节阀口径选择 2.3.1调节阀可调比与放大系数 调节阀可调比R是指调节阀能控制的最大流 量与最小流量之比,一般R取值为3O或5O。 调节阀放大系数 指圆整后选定的K、,与计 算K vca】值之比,即m—Kv/K 。可以根据计 △ 一△ s一∑△ (2) S一 aPs 调节阀压差△ 与S相关,进而与选择流量特 性、自控系统的调节性能等问题有关。因此,工艺 管路安排中应全面考虑,仔细计算△ 的值。 因此,K、,的计算步骤可归纳为以下几方面: a)根据工艺条件及表3或表4,判别流体工况 算条件、流量特性、选择的工作开度等选取不同的 值,常用流量特性的 计算值见表5所列。 表5 m计算值 3O 直线 7.69 4.41 等百分比 平方根 抛物线 5O 21.40 4.61 14.30 8.47 33.8O 4.85 19.40 15.2O 2.62 8.35 4.63 22.9O 2.68 直线 等百分比 平方根 抛物线 10.2O 第2期 刘华怡等.气动调节阀的工作原理及计算选型 表5中,(Z/L)为相对行程,即开度,是指调节 阀的某特定行程与额定行程之比。 2.3.2 K、,值圆整与开度验算 1)用q 进行计算。用q 及相应的其 他参数计算K 值,可以根据计算值从选定的阀型 系列K、,值中向上圆整。考虑到产品值的允许误 差及调节阀不能在全开位置工作等因素,圆整后 K、,值的m值不应小于1.5。 2)用q 进行计算。用正常流量计算K、, 值,必须先确定阀正常工作开度,并根据所选阀门 的流量特性从表5中查取m值,得到放大后的K、, 值;然后按所选阀系列K、,值圆整。设圆整后的流 量系数为K,v,则实际放大系数为m 一K,v/K 。 根据所选阀流量特性,从开度验算表6中选择合适 的公式进行验算。 表6开度验算 流量特性 开度验算式 流量特性 开度验算式 直线 一垦二 平方根l =。j: L (R~1)m L一 m(R一1 等百分比 L 一 11。0g优 抛物g R Zz 一 √ VYt一— 若同时给出q 和q i ,则用相应的其他参 数计算出K、, 和K ,并用圆整后的Kv值求 得各放大系数,再进行开度验算。调节阀的相对开 度应符合表7规定。 表7调节阀的相对开度 阀门相对开度, 流量 线性阀 等百分比阀 调节阀口径计算和选择步骤可归纳为根据所 选阀型及流量特性进行K 值的放大和圆整;根据 需要验算开度或开度范围、可调比等;若验算结果 符合要求,则选定口径,否则重新计算、验算。应注 意的是:调节阀的口径选择不宜小于所在管道口 径的50 。 3计算实例 在选型过程中,可根据以上介绍的计算公式和 厂商样本确定调节阀的型号。本文参考KOSO调 节阀样本,编制气动调节阀计算选型书,并应用于 工程实际中。3个示例的工艺参数均来自笔者参 与的项目,计算时皆选取最大流量进行计算,正常 流量时的计算方法类似,文中不重复叙述。 3.1 实例一 被测介质为丙烷,液体,温度t一20℃,入口压 力Pl一1.68 MPa,出口压力P 2一1.45 MPa,密度 为.0L一528 kg/m。,饱和蒸汽压为P =0.93 MPa, 临界压力P 一4.26 MPa,qv =20 m3/h,q 一 10 /h,所在管道管径为DN40。计算过程 如下: 1)根据已知条件可选Globe单座调节阀,等 百分比流量特性,阀门流向为FTO,查询KOSo 样本,FL一0.9,XT—O.72,取R=30。 2)判别工况: FF一0.96—0.2s pvJE ̄c≈0.829 F (p1一FFP )≈0.736 MPa Ap= 1一 2===0.23 MPa 故Ap<F (夕 一FFP ),即为非阻塞流。 3)计算Cv: K vn1 一0.01qvmax ̄/pL/(pl—p 2)≈9.538 Cvma 一1.167Kv ≈11.131 4)选定口径: a)C 值圆整、放大。参考KOSO样本,圆 整C 值为13,阀芯尺寸为DN25,其m一 13/11.131≈1.168,查表5可知阀的最大开度大 于9o ,所以c、,值应取向上一档,C、,取值为2O,阀 芯尺寸为DN32,此时m 一20/11.131≈1.797。 b)开度验算: L一卜l  log R一1_ l^ 墨:10 ≈o.827 7 u…●_ og 3即开度为82.77 满足要求。 c)结论:因为非阻塞流工况,选用的为单座调 节阀,故可不作管件形状修正,即DN32为选定的 阀芯尺寸,查表选择阀体尺寸DN40。 3.2实例二 被测介质为烃类混合物,气体,温度t=40℃, P1—1.45 MPa,P 2—0.22 MPa,K一1.3,pL一 1.62 kg/m。,Z一1,qv 一26 610 1TI。/h,q 一 1l 405 rn。/h,M一36.2,所在管道管径为DN200。 计算过程如下: 1)根据已知条件可选平衡笼式单座调节阀, 等百分比流量特性,阀门流向为FTO,查询K0SO 样本,FL一0.9,XT一0.75,取R一30。 58 石油化工自动化 第54卷 2)判别工况: X—Ap/p1一( 1一 2)/pl≈0.862 KX_r/1.4—1.3×0.75/1.4≈0.696 故X<KXT/1.4,为非阻塞流。 3)计算C、,: 一 丽 ≈3.379 895 故X>KXT/1.4,即为阻塞流。 3)计算C、,: f(X,K)一1.47—0.66X/KXT≈0.886 5 Cv 。 一1_l67Kv 4)选定口径: 一 丽√ 一8. 。 Cv值为4,阀芯尺寸为DN15,m一4/3.379≈ a)Cv值圆整、放大。参考KOSO样本,圆整 C vn1 一1.167Kv ≈161.17 4)选定口径: a)Cv值圆整、放大。参考KOSO样本,圆整 Cv值为190,阀芯尺寸为DN100,其放大系数为 一190/161.17≈1.179,查表可知阀的最大开度 大于90 ,所以C、,值应取向上一档,C、,取值为 280,阀芯尺寸为DN120,此时 =280/161.17≈ 1.737。 b)开度验算: L 一l一 log R一1一 log 30 ̄。 0_836 4 ~ 即开度为83.64 满足要求。 5)管件形状修正。所选阀型为笼式单座阀, 其属于低压力恢复特性的阀门,管件形状修正量不 会影响阀门口径的选定,故本文不作修正计算 叙述。 6)噪声预估。由于是阻塞流工况、流量较 大,故有必要进行噪声预估,经计算噪音约为 116.68 dB。因此,噪音超过85 dB,建议换成低 噪音笼式调节阀,阀芯尺寸为DN12O,阀体尺 寸为DN150。经验算和厂家核算,所选阀门符 合要求。 3.3实例三 被测介质为低压蒸汽,温度t一184℃,P 一 1.1 MPa,P 2—1.08 MPa,pL一5.6 kg/m8,Z一1, M一18,qv 一98.4 kg/h,所在管道管径为 DN40。 计算过程与上述例子类似: 1)选Globe单座调节阀,等百分比流量特性,阀 门流向为FTO,F。 一0.9,XT一0.72,取R一30。 2)判别工况: X—Ap/P1一( 1 2)/P】≈0.018 KX /1.4—1.3×0.72/1.4≈0.669 1.183,查表可知阀的最大开度大于9O ,所以C、, 值应取向上一档,C、,取值为8,阀芯尺寸为 DN2O,此时m 一8/3.379≈2.368。 b)开度验算: 一 一 === 一 746 5 即开度为74.65 满足要求。 C)结论: 由于为非阻塞流工况,选用的单座调节阀,故 可不作管件形状修正和噪声预估,即选定阀芯尺寸 为DN20,阀体尺寸为DN25。 4结束语 通过对液体、气体和蒸汽不同介质的选型计 算,与厂家最终的计算结果进行了对比,验证了计 算选型表的正确性和可行性。随着气动调节阀愈 为广泛的应用,进行正确、合理的计算选型,对于提 升设计质量具有非常重要的意义。 参考文献: [1]奚文群.调节阀口径计算指南[M].兰州:化学工业部自动 控制设计技术中心站,1991:40—75. [2]王雪梅.安铁夫,孙建文,等.HG/T 20507--2014自动化仪表 选型设计规范[s1.北京:中国计划出版社,2014:134—139. [3]Weidman W,Barb G,Boger H et a1.ANSI/ISA 75.01 Flow Equations for Sizing Control Valves[S].North Carolina:Secretary,Standards and Practices Board,2002: 14—23. [4]王森.仪表常用数据手册[M].北京:化学工业出版社, 2006:72—87. [5]明赐东.调节阀计算、选型、使用[M].成都:成都科技大学 出版社,1999:3O一60. [6]陆德民.张振基,黄步余.石油化工自动控制设计手册[M]. 3版.北京:化学工业出版社,2000:208—223. [7]明赐东.调节阀应用1000问[M].北京:化学工业出版社, 2006:31—67. [8]冯路,张璐璐.闪蒸工况两相流调节阀流量系数计算[J].石 油化工自动化,2017,53(04):1 9—2L 

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