調(diào)節(jié)閥計算中的一個問題

    一、問題的提出

調(diào)節(jié)閥選型時，首先要根據(jù)工藝條件計算成本出流通能力C的值，再根據(jù)C值，選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)閥。計算流通能力，有各種方法，但無論用什么方法，都要用到調(diào)節(jié)閥前、后兩個壓力PV1和PV2。實際上，這兩個壓力是很難確定的。搞工藝的同志一般只能提供上、下游離調(diào)節(jié)閥zui近的某兩個壓力穩(wěn)定點的壓力P1和P2。這樣，在某些場合計算出來的流通能力會不準(zhǔn)確，選出來的調(diào)節(jié)閥常常偏小，有時會影響到調(diào)節(jié)系統(tǒng)工程的品質(zhì)。為此，筆者根據(jù)經(jīng)驗提出了這樣一個問題：如何利用工藝提供的壓力P1和P2，采用較簡單的方法以代替PV1和PV2，來較準(zhǔn)確地計算調(diào)節(jié)閥的流通能力C。

  二、問題的討論

調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的位置和系統(tǒng)的壓力分布情況如圖一所示。

圖一 調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)及其壓力分布示意

為了討論和方便，先作幾個約定。

A，B—上、下游離調(diào)節(jié)閥zui近的壓力穩(wěn)定點。

VA，VB—調(diào)節(jié)閥前、后的測壓點。

P1，P2—工藝提供的壓力穩(wěn)定點的壓力。

PV1，PV2—調(diào)節(jié)閥前、后的壓力。

根據(jù)上述約定，系統(tǒng)壓降，調(diào)節(jié)閥全開時的zui小閥壓降，上游、下游zui大壓降分別為：

      △P=P1­­—P2         （1）       
     
      △PV=PV1—PV2      （2）

      △PVl=P1—PV1     （3） 
     
      △PV2=PV2—P2      （4）

調(diào)節(jié)閥壓降比的定義為：S=△PV/（PV1+△P+△PV2V）=△PV/△P     （5） 其含義是：當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時，調(diào)節(jié)閥兩端的壓降所占系統(tǒng)壓降的份額。請見有關(guān)資料[1]更小詳述。

由式（5）得：△PV=S·△P  （6）

可見：電器化有當(dāng)S=1時，系統(tǒng)壓降才與閥壓降相等。換句話說：只有選S為1時，工藝提出的壓力P1、P2才能代替閥前、后的壓力PV1、PV2來計算調(diào)節(jié)閥的流通能力。否則計算意是有誤差的。

事實上，一般S取值意是在0.3~0.5之間,對于高壓系統(tǒng),為了節(jié)能起見應(yīng)取得小些,如0.15.zui近有一種新產(chǎn)品低壓降比節(jié)能調(diào)節(jié)閥.根據(jù)它的特殊性能,可將S取得更小如0.1。這樣，P1、P2與PV1、PV2的偏離會更大，更有必要對其進(jìn)行修正了。當(dāng)然，如果調(diào)節(jié)閥用來調(diào)節(jié)泵進(jìn)、出的回流量的話，S也可選得大些，如0.8~0.9。

    三、 閥前相對壓降

實際的調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)要比圖一所示的復(fù)雜。上、下游的管道有長短、彎頭、手動閥等阻力件有多少。簡單地說，調(diào)節(jié)閥上、下游的阻力情況隨著調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)工程中的位置不同而不同的，有時甚至相差頗大。由于某種原因這個原因，要如實反映出閥前、閥后的壓力PV1和PV2就得進(jìn)行必要的計算。

我們定義：η=△PV1/△P  （7）

η叫做閥前相對壓降.它可表示調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的位置.如閥V緊靠穩(wěn)壓點A,則η=0;而閥V緊靠穩(wěn)點B,則η=1;若η=0.5,則表示閥V的位置在系統(tǒng)的中間.

將式3和式2分別代入式7和式6,整理得：

PV1=P1—η·△P  （8）    PV1—PV2=S·△P     （9）

將式（8）代入式（9）得 PV2= PV1—S·△P=P1—（η+S）△P  （10）

將（8），（10）兩式加得：PV1+PV2=2PV1—S·△P =2P1-（2η+S）△P       （11）

式（8）~（11）就是用P1，P2代替PV1、PV2的計算公式。

其實式（9）就是式（6），它表明閥壓降與η無關(guān)，也就是說調(diào)節(jié)閥無論在什么位置，其閥壓降總是不變的。但是用P1代替PV1，用P1+P2代替PV1+PV2的話，就與η有關(guān)了。也就是說，調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的位置不同，用P1，P2計算出來的C值是不同的。

另外，由圖一可知，穩(wěn)壓點B的壓力總是比閥后壓力?。篜2≤PV2  （12） 將關(guān)系式（9）代入，即：

P2≤P1—（η+S）△P    （13） 經(jīng)整理得：η≤1—S  （14）

由此可見，閥前相對壓降η是受壓降比S的制約的。在η取值時應(yīng)注意這個限制。

表一列舉了一些數(shù)據(jù)通信，可以看出：即使P1、P2不變，PV1、PV2 這兩個值也是隨著η的變化莫測而變化莫測的。其變化莫測的程度不同有時不可忽視，特別是系統(tǒng)的總壓降△P較大和調(diào)節(jié)閥壓降比S較小時,更是如此.

四 比長度λ

把調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)工程的各段局部壓力降分別求出,再根據(jù)公式7的定義,可以求出其所需的η值.不過,這個方法比較麻煩,不足取。為此，筆者定義了另一個參數(shù)：

λ=△PV1/（△PV1+△PV2）    （15）

根據(jù)流體流動的理論[2]，液體估某一段管道內(nèi)流動，其管道兩端的壓力降△Pi與其摩擦系數(shù)ξi，管道長度iL，管徑di，液體伯密度ρ和流速vi 有著下列的關(guān)系：16

如果式中的密度和流速分別用質(zhì)量Mi，體積Qi和管道截面積Ai表示為：ρi=mi/Qi和Vi=Qi/Ai，那么，上式可寫成：（17）將其代入式（15）得：

                  18

一般說來，調(diào)節(jié)閥上、下游管道的直徑、礤面積、摩擦系數(shù)和質(zhì)量流量總是相等的，所以上式經(jīng)過約簡，整理可化簡為：λ=L1/（L1+ε·L2）   （19）  式中ε=V2/V1，對于液體介質(zhì)，它等于1轟動于可壓縮的非液體介質(zhì)來說，由閥后壓力的降低，流速有所增大，所以它大于1，但仍接近于1。為此，令：ε=1則上式以可簡化成：λ=L1/（L1+L2） （20）

由于上式的關(guān)系成立，所以筆者把叫做上游藝機(jī)管道的比長度，或簡稱比長度。而L1，L2則為調(diào)節(jié)閥上、下游相對壓降，代這以比較直觀的管道相對長度即比長度。

在實際的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥上、下游管道上的其他手動閥門問題處在全開狀態(tài)的，它們和彎頭等其他接件都不得可以被化成各自的當(dāng)量長度L當(dāng)加到管道的長度上去。這樣，就可以根據(jù)上、下游的管道長度L1，L2（包括已經(jīng)加上去的管接件的當(dāng)量長度），很方便地估算出它的經(jīng)長度來。為便于讀者參考，現(xiàn)將常用管接件的當(dāng)量長度列于表一。請參閱文獻(xiàn)3。    

常用管接的當(dāng)量長度   表一

由式（7）可得：△PV1=η△P  （21）

把式（10）代入式（4），得：△PV2=P1—η+S·△P—P2=1—η—S·△P  （22）

然后將它們代入公式（15）得

                （23）

因此：η=1—S·λ （24）

 這就是zui終用比長度代替閥前相對壓降η的公式，。將這個關(guān)系到式分別公共秩序公式（8）~（11）可得到下列計算用的實用公式：PV1= P1—1—Sλ△P   （25）

PV2=P1—[ 1—Sλ+S]△P   （26）     PV1—PV2=S△P    （27）

PV1+PV2=2P1—[21—Sλ+S]△P  （28）

這四個公式，就是P1，P2和PV1，PV2的關(guān)系式，在計算調(diào)節(jié)閥的流通能力C時很有用處。計算請見文獻(xiàn)4。

五、實例

有兩個實例，說明上述計算方法是可行的。

1．我廠氯乙烯工段的C2H2，HCL配比系統(tǒng)的乙炔調(diào)節(jié)閥。工藝水平條件為P1=550mmHg,P2=500mmHg,Qmax=800Nm³/h, ρ1.16kg/m³,t=25°C，管道內(nèi)徑d=200mm.

由于上游穩(wěn)壓點是（前一個）乙炔工段的水環(huán)泵出口遠(yuǎn)離調(diào)節(jié)閥近100米，而下游穩(wěn)壓點的混合器，距離不到10米，故取λ=0.9,  S =0.5.

P1=550/735+1.036=1.784 kgf/cm²

P2=500/735+1.036=1.716 kgf/cm²

Pv1=1.784-1.716=0.068 kgf/cm²

Pv2=1.784-1-0.50.9Χ0.068=1.7534 kgf/cm²

Pv1+Pv2=2 X 1.7534-0.034=3.473 kgf/cm²

選用了ZMAN16KDg=dg=100的具有對數(shù)特性的雙座閥,其流通能力C為160,開度Kmax=90.13%,Kmin=43.62%實際使用情況良好。

2．我廠聚合工段13.5m³聚合釜的冷卻水調(diào)節(jié)閥。工藝條件為：P1=2kgf/cm²,P2=0.7 kgf/cm²,Qmax=86m³/h, ρ=1t/m³,t =20C

管道內(nèi)徑d=125mm.取S=0.5

P1=2+1.036=3.036 kgf/cm² 

    P2=0.7+1.036=1.736kgf/cm²

PV1-PV2=0.5X1.3=0.065 kgf/cm²                                         

選用了ZMAN16B Dg=dg=100的具有對數(shù)特性的雙麻閥,其流通能力C 為160,開度  

Kmax=81.21%,Kmin=26.35%實際使用情況良好.