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阻塞流狀態(tài)下調節閥的計算與選型
來(lái)源:哲成閥門(mén) 作者:哲成閥門(mén)貿易部 發(fā)布時(shí)間:2024-1-16 閱讀:次
  某項目閥門(mén)廠(chǎng)家在計算閥門(mén)時(shí), 采用了錯誤的飽和蒸汽壓和臨界壓力, 沒(méi)有判斷出該閥門(mén)為阻塞流狀態(tài), 導致選用的閥門(mén)流通能力不能滿(mǎn)足工藝要求。在技術(shù)澄清階段發(fā)現此問(wèn)題后,更正了飽和蒸汽壓和臨界壓力, 判斷出該閥門(mén)為阻塞流狀態(tài),最終選用了更為合適的閥門(mén) Cv 值。當流過(guò)調節閥的介質(zhì)為液體時(shí),尤其閥前、后壓降較大時(shí),常常伴隨著(zhù)阻塞流的發(fā)生。飽和蒸汽壓、臨界壓力關(guān)系到阻塞流狀態(tài)的判斷依據, 對閥門(mén) Cv 值的計算存在影響,應當引起足夠的重視。阻塞流狀態(tài)判斷的對與錯, 決定著(zhù)能否選擇合適的閥門(mén)流通能力,對閥門(mén)的選型至關(guān)重要。

1 阻塞流的判斷

當閥前壓力 P1 保持一定, 而逐步降低閥后壓力 P2 時(shí), 流經(jīng)調節閥的流量會(huì )增加到一個(gè)最大極限值,再繼續降低 P2,流量不再增加,此時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)稱(chēng)為阻塞流。阻塞流影響著(zhù)閥門(mén)的計算和選型,因此當流經(jīng)閥門(mén)的介質(zhì)為液體時(shí),計算選型之前需先判斷是否發(fā)生阻塞流。

對于不可壓縮流體, 閥門(mén)的流量系數計算公式[1]為:

式中:Q—液體體積流量,m3 / h;

N1—常數,N1=8.65×10-1;

ρ / ρ0—液體相對密度,對于 15.5 ℃的水,ρ / ρ0=1.0;

ΔP—閥門(mén)入口與出口壓差,0.1 MPa。

由式(1)可知,當閥門(mén)的 Cv 值確定后,流經(jīng)閥門(mén)的流量與■ΔP 成正比。然而,形成阻塞流后,流量與■ΔP 的關(guān)系不再遵循式(1)的規律,如圖 1所示。

 

圖 1 閥前壓力恒定時(shí)流經(jīng)閥門(mén)的體積流量與閥門(mén)前、后壓差開(kāi)方關(guān)系曲線(xiàn)

此時(shí)流量系數的計算公式[1]為:

式中:ΔPcr—發(fā)生阻塞流臨界狀態(tài)時(shí),閥前后壓差, 0.1 MPa。

對于不可壓縮的流體, 發(fā)生阻塞流的判定條件[1]為:

ΔP=P1-P2>ΔPcr=FL2(P1-Pvcr) (3)式中:FL—閥門(mén)壓力恢復系數, 可從閥門(mén)廠(chǎng)家樣本中查到;vcr—發(fā)生阻塞流時(shí), 縮流斷面處的靜壓,MPa,可由式(4)計算[1]得到。

根據式(5)計算得到:FF=0.58,Pvcr=12.06MPa。根據所選閥門(mén),查樣本得到 FL=0.99,將 Pvcr  代入式

(3), 得到:ΔPcr=8.56 MPa, 工藝提供 的 ΔP=18.67> ΔPcr,故該調節閥為阻塞流工況。

在技術(shù)澄清階段, 某閥門(mén)供貨商提供的計算 書(shū)中,P ′v=0.169MPa,P′c=22 MPa。以此參數代入阻 塞流判斷公式,得到:F′F=0.94,Pvcr=0.16。
ΔP ′cr=20.22 MPa,則 ΔP=18.67<ΔPcr,故若以供貨商計算書(shū)中的參數計算, 該調節閥為非阻塞流 工況。

2 調節閥流量系數計算

根據式3斷阻塞流狀態(tài) , 若式3  ,為非阻塞流狀態(tài),可用式1計算調節閥 量系數;3成立,則為阻塞流狀態(tài),可用式2 計算調節閥流量系。
仍以調節閥為, 若采用供貨商計算書(shū)中 ,門(mén)未產(chǎn)生非阻塞,則流量系數按照1 計算。
同理計算得到 CVnor=10.8、CVmax=12.4。如果仍選 用 CVrated=11.6 的閥門(mén),最小、正常流量下對應的閥 門(mén)開(kāi)度分別為 65%、89%,而最大流量對應的 CV  已 超過(guò)閥門(mén)的額定 CV。根據 SH / T 3005—2016《石油 化工自動(dòng)化儀表選型設計規范》要求,線(xiàn)性調節閥 正常流量下開(kāi)度為 50%~70%,最大流量下開(kāi)度不 應超過(guò) 80%。若選用 CVrated=11.6 的閥門(mén),正常工況 下閥門(mén)開(kāi)度偏大, 并且此閥門(mén)流通能力無(wú)法通過(guò)最大工況下的流。
從以上兩組計算結果對比可以得出結  發(fā) 生阻塞流時(shí), 流過(guò)閥門(mén)的流量不再隨著(zhù)閥門(mén)前根據式3斷阻塞流狀態(tài) , 若式3  ,為非阻塞流狀態(tài),可用式1計算調節閥 量系數;3成立,則為阻塞流狀態(tài),可用式2 計算調節閥流量系。
仍以調節閥為, 若采用供貨商計算書(shū)中 ,門(mén)未產(chǎn)生非阻塞,則流量系數按照1 計算,閥門(mén)所需流通系 CV  比按非阻塞流狀態(tài)計 的流通系 CV  ,因此計 ΔP 時(shí)若忽略了阻 流的判,將導致所選閥門(mén)流通能力不。

2.1   阻塞流與閃蒸、氣蝕工況的關(guān)系

對于不可壓縮流液體,由節流原理可知, 流體在節流時(shí)流速增加而靜壓降, 節流口 流束截面并不立即擴, 而繼續縮小到一個(gè)最 ,此處流速最大而靜壓最,稱(chēng)為縮流斷。 流斷面后隨著(zhù)流通截面的擴,流體流速減慢, 壓又逐漸回,稱(chēng)為壓力恢。 P1-P2=ΔP為不恢復的壓力損。  Pvc  表示縮流斷面處的, Pvc  小于入口溫度下流體介質(zhì)的飽和蒸  Pv  時(shí),部分液體發(fā)生相變,形成氣泡,產(chǎn)生 。繼續降 Pvc,流體便會(huì )形成阻塞。

同時(shí),根據式(4),由于 FF=0.96-0.28     Pv / Pc由以上可以得出, 發(fā)生阻塞流時(shí)縮流斷面處 液體一定發(fā)生汽化, 故而必定存在閃蒸或氣蝕工 況。而存在閃蒸或者氣蝕工況,不一定為阻塞流狀 態(tài),不展開(kāi)討論。

當判定閥門(mén)產(chǎn)生阻塞流時(shí), 閥門(mén)選型需考 閃蒸或氣蝕工。若閥門(mén)出口壓 P2Pv,則縮流面處靜壓 Pvcr<Pv,部分液體汽化,液相中產(chǎn)生氣泡。隨著(zhù)壓力逐漸恢復,當流體壓力大于 Pv  時(shí),氣泡會(huì ) 破裂或向內爆炸,從而產(chǎn)生氣蝕;若閥門(mén)出口壓力 P2>Pv, 則從縮流斷面至閥門(mén)出口的壓力一直小于Pv,液相中的氣泡將一直保持在閥門(mén)下游,此過(guò)程 稱(chēng)為閃蒸。

2.2  阻塞流工況時(shí)的解決方案

由以上論述可知,當發(fā)生阻塞流時(shí),肯定伴隨 著(zhù)閃蒸或氣蝕工況。閃蒸、氣蝕工況將會(huì )對閥門(mén)內 件造成損壞,在閥門(mén)選型時(shí),應盡量避免氣蝕或降 低閃蒸、氣蝕帶來(lái)的破壞作用。

1) 降低閥前、 后壓差 ΔP或者通過(guò)降低閥入 口液體的溫度來(lái)降低飽和蒸氣壓力 Pv, 使 ΔP< ΔPcr?梢钥紤]將閥門(mén)移到下游處有較高靜壓頭的 位置,可以提高 P2;在閥門(mén)下游增設限流孔板或類(lèi) 似的背壓裝置,也能提高 P2。

2) 提高材質(zhì)硬度。選用硬質(zhì)合金作為閥芯,或 在可能發(fā)生閃蒸的部位焊接硬質(zhì)材料, 提高材質(zhì) 硬度。

3,  降低流體流。設計合理流,降低下游 體流速,從而降低沖刷速。例如在控制閥置擴徑,降低流。

4 擇壓力恢復系數大的閥門(mén), 即低壓力 復閥,比如直通單座柱塞閥,當壓差較大時(shí), 用多級降壓型閥2。

3 結束語(yǔ)

通過(guò)工程實(shí)例研判了阻塞流和非阻塞流狀態(tài)門(mén) Cv  值的計算方, 并討論了阻塞流對閥門(mén)選 型的影響。阻塞流工況下,對閥門(mén)的流通能力 來(lái)說(shuō)要求更大, 忽視阻塞流狀態(tài)容易造成計算閥 門(mén) Cv  值不能滿(mǎn)足工藝要。同時(shí),由于阻塞流往往 伴隨著(zhù)閃蒸或者氣蝕作, 在閥門(mén)選型時(shí)優(yōu)先 用角閥、多級降壓,并提高閥內件材質(zhì)硬, 量延長(cháng)閥門(mén)的使用壽, 為裝置的安全穩定長(cháng) 期運行提供保。


本文Tag:調節閥、調節閥選型、控制閥、阻塞流、流量系數、閃蒸、氣蝕
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