調(diào)節(jié)閥計(jì)算中的一個(gè)問(wèn)題

調(diào)節(jié)閥選型時(shí)，首先要根據(jù)工藝條件計(jì)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(jì)算流通能力，有各種方法，但無(wú)論用什么方法，都要用到調(diào)節(jié)閥前、后兩個(gè)壓力PV1和PV2。實(shí)際上，這兩個(gè)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(gè)壓力穩(wěn)定點(diǎn)的壓力P1和P2。這樣，在某些場(chǎng)合計(jì)算出來(lái)的流通能力會(huì)不準(zhǔn)確，選出來(lái)的調(diào)節(jié)閥常常偏小，有時(shí)會(huì)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(yàn)提出了這樣一個(gè)問(wèn)題：如何利用工藝提供的壓力P1和P2，采用較簡(jiǎn)單的方法以代替PV1和PV2，來(lái)較準(zhǔn)確地計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流通能力C。

   二、 問(wèn)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(gè)約定。

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

VA，VB—調(diào)節(jié)閥前、后的測(cè)壓點(diǎn)。

P1，P2—工藝提供的壓力穩(wěn)定點(diǎn)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(kāi)時(shí)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(kāi)時(shí)，調(diào)節(jié)閥兩端的壓降所占系統(tǒng)壓降的份額。請(qǐng)見(jiàn)有關(guān)資料[1]更小詳述。

由式（5）得： △PV=S·△P  （6）

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

事實(shí)上，一般S取值意是在0.3~0.5之間,對(duì)于高壓系統(tǒng),為了節(jié)能起見(jiàn)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(huì)更大，更有必要對(duì)其進(jìn)行修正了。當(dāng)然，如果調(diào)節(jié)閥用來(lái)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(duì)壓降

實(shí)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(zhǎng)短、彎頭、手動(dòng)閥等阻力件有多少。簡(jiǎn)單地說(shuō)，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(shí)甚至相差頗大。由于某種原因這個(gè)原因，要如實(shí)反映出閥前、閥后的壓力PV1和PV2就得進(jìn)行必要的計(jì)算。

我們定義 ：η=△PV1/△P  （7）

η叫做閥前相對(duì)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(diǎn)A,則η=0;而閥V緊靠穩(wěn)點(diǎn)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(jì)算公式。

其實(shí)式（9）就是式（6），它表明閥壓降與η無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)調(diào)節(jié)閥無(wú)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(shuō)，調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的位置不同，用P1，P2計(jì)算出來(lái)的C值是不同的。

另外，由圖一可知，穩(wěn)壓點(diǎn)B的壓力總是比閥后壓力小：P2≤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(jiàn)，閥前相對(duì)壓降η是受壓降比S的制約的。在η取值時(shí)應(yīng)注意這個(gè)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(gè)值也是隨著η的變化莫測(cè)而變化莫測(cè)的。其變化莫測(cè)的程度不同有時(shí)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(shí),更是如此.

四  比長(zhǎng)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(guò),這個(gè)方法比較麻煩,不足取。為此，筆者定義了另一個(gè)參數(shù)：

λ=△PV1/（△PV1+△PV2）    （15）

根據(jù)流體流動(dòng)的理論[2]，液體估某一段管道內(nèi)流動(dòng)，其管道兩端的壓力降△Pi與其摩擦系數(shù)ξi，管道長(zhǎng)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(xiě)成：（17）將其代入式（15）得：

                    （18）

一般說(shuō)來(lái)，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(guò)約簡(jiǎn)，整理可化簡(jiǎn)為：λ=L1/（L1+ε·L2）   （19）  式中ε=V2/V1，對(duì)于液體介質(zhì)，它等于1轟動(dòng)于可壓縮的非液體介質(zhì)來(lái)說(shuō)，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(jiǎn)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(zhǎng)度，或簡(jiǎn)稱比長(zhǎng)度。而L1，L2則為調(diào)節(jié)閥上、下游相對(duì)壓降，代這以比較直觀的管道相對(duì)長(zhǎng)度即比長(zhǎng)度。

在實(shí)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(dòng)閥門(mén) 問(wèn)題處在全開(kāi)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(zhǎng)度L當(dāng)加到管道的長(zhǎng)度上去。這樣，就可以根據(jù)上、下游的管道長(zhǎng)度L1，L2（包括已經(jīng)加上去的管接件的當(dāng)量長(zhǎng)度），很方便地估算出它的經(jīng)長(zhǎng)度來(lái)。為便于讀者參考，現(xiàn)將常用管接件的當(dāng)量長(zhǎng)度列于表一。請(qǐng)參閱文獻(xiàn)3。    

常用管接的當(dāng)量長(zhǎng)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(zhǎng)度代替閥前相對(duì)壓降η的公式，。將這個(gè)關(guān)系到式分別公共秩序公式（8）~（11）可得到下列計(jì)算用的實(shí)用公式：PV1= P1—（1—S）λ△P   （25）

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

PV1+PV2=2P1—[2（1—S）λ+S]△P  （28）

這四個(gè)公式，就是P1，P2和PV1，PV2的關(guān)系式，在計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流通能力C時(shí)很有用處。計(jì)算請(qǐng)見(jiàn)文獻(xiàn)4。

五、實(shí)例

有兩個(gè)實(shí)例，說(shuō)明上述計(jì)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(diǎn)是（前一個(gè)）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(diǎn)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-（1-0.5）0.9Χ0.068=1.7534 kgf/cm²

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

選用了ZMAN16K（Dg=dg=100）的具有對(duì)數(shù)特性的雙座閥,其流通能力C為160,開(kāi)度Kmax=90.13%,Kmin=43.62%實(shí)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=2 kgf/cm²,P2=0.7 kgf/cm²,Qmax=86 m³/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(duì)數(shù)特性的雙麻閥,其流通能力C 為160,開(kāi)度  

Kmax=81.21%,Kmin=26.35%實(shí)際使用情況良好.

上述兩例,若直接把P1,P2作為調(diào)節(jié)閥前后的壓力Pv1,Pv2計(jì)算,那么它們的計(jì)算流通能力C分別為:92.38和75.43,根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)選用的調(diào)節(jié)閥,口徑太小不能適用