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化工調節閥口徑流量計算選型

在過程控制中，執行器的調節機構就是調節閥，也稱為控制閥。調節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節流量。調節閥的結構種類很多，圖1是常見的幾種結構形式。計算調節閥口徑需要確定計算流量、確定計算差壓、計算流通能力、選擇流通能力、驗算和確定調節閥口徑這六步驟，今天給大家分享調節閥口徑選擇的相關知識。

化工調節閥口徑流量計算選型口徑選擇步驟

1計算流量的確定

計算流量是指通過調節閥的最大流量。流量值應根據工藝設備的生產能力、對象負荷的變化、操作條件變化以及系統的控制品質等因素綜合考慮、合理確定。但有兩種傾向應避免：一是過多考慮余量，使閥門口徑選得過大，這不但造成經濟上的浪費，而且將使閥門經常處于小開度工作，從而使可控比減小，控制性能變壞，嚴重時甚至會引起振蕩，從而大大降低了調節閥的壽命；二是只考慮眼前生產，片面強調控制質量，以致當生產力略有提高時，控制閥就不能適應，被迫更換。計算流量也可以參考泵和壓縮機等流體輸送機械的能力來確定。有時，綜合多種方法來確定。

在不同的自控系統中，流量、介質、壓力、溫度等參數千差萬別，而調節閥的流量系數又是在100KPa壓差下,介質為常溫水時測試的，怎樣結合實際工作情況決定閥的口徑呢？顯然，不能以實際流量與閥流量系數比較(因為壓差、介質等條件不同),而必須進行KV值計算。把各種實際參數代入相應的KV值計算公式中，算出Kv值,即把在不同的工作條件下所需要的流量轉化為該條件下所需要的KV值,于是根據計算出的Kv值與閥具有的Kv值比較,從而決定閥的口徑,最后還應進行有關驗算,進一步驗證所選閥是否能滿足工作要求。

2、化工調節閥口徑流量計算選型口徑計算步驟

   從工藝提供有關參數數據到最后口徑確定，一般需要以下幾個步驟：

   （1）計算流量的確定。根據現有的生產能力、設備負荷及介質的狀況，決定計算的最大工作流量Qmax和最小工作流量Qmin。

   （2）計算壓差的決定。根據系統特點選定S值，然后決定計算壓差。

   （3）Kv值計算。根據已決定的計算流量、計算壓差及其它有關參數，求出最大工作流量時的Kvmax。

   （4）初步決定調節閥口徑，根據已計算的Kvmax，在所選用的產品型式系列中，選取大于Kv-max并與其接近的一檔Kv值，得出口徑。

   （5）開度驗算。

   （6）實際可調比驗算。一般要求實際可調比應大于10。

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

   （8）上述驗算合格，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，再驗算至合格。

2化工調節閥口徑流量計算選型計算壓差的確定

計算壓差是指調節閥閥全開，流量最大時調節閥上的壓差。確定計算壓差時必須兼顧控制性能和動力消耗兩方面。閥上的壓差占整個系統壓差的比值越大，調節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。

計算壓差主要是根據工藝管路、設備等組成的系統壓差大小及變化情況來選擇，其步驟如下：

①把調節閥前后距離最近的、壓力基本穩定的兩個設備作為系統的計算范圍。

②在最大流量條件下，分別計算系統內各項局部阻力(調節閥除外)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值應為調節閥全開時控制閥上壓差△PV和系統總的壓力損失之比，即S=△PV÷(△PV+Σ△PF)，常選S=0.3-0.5。但某些系統，即使S值小于0.3時仍能滿足控制性能的要求。對于高壓系統，為了降低動力消耗，也可降低到S=0.15。對于氣體介質，因為阻力損失較小，調節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)可求取調節閥計算壓差△PV=SΣ△PF÷(1-S)。考慮到系統設備中靜壓經常波動，會影響閥門上壓差的變化，使S值進一步下降。如鍋爐給水控制系統中，計算壓差應增加系統設備靜壓(設鍋爐額定靜壓為P)的5%-10%，即△PV=SΣ△PF÷(1-S)+0.0521P。調節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節閥出現汽蝕現象。在確定計算壓差時還應考慮不產生汽蝕。

3化工調節閥口徑流量計算選型調節開度和可控比的驗算

計算流量、計算壓差確定之后，應作調節閥調節開度和可控比的驗算。

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

等百分比調節閥開度：

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

②可控比的驗算目前，我國統一設計的調節閥，其理想可控比R一般均為30，但在使用時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。在串聯管道情況下，實際可控比Rc=R√S。因此，按下面的公式Rc=10√S進行可控比驗算,若Rc＞qmax/qmin時，則所選調節閥符合要求。否則，必須改變調節閥的S數值，可采取增加系統壓力或采用兩個控制閥(降低S數值)，進行分程控制的方法來滿足可控比要求。

綜上所述，根據工藝所提供的數據確定調節閥口徑的步驟為：

①確定計算流量：根據生產能力、設備負荷及介質狀況，確定計算流量qmax和qmin。

②確定計算壓差：根據所選定的流量特性和系統特性選定S值，然后決定計算壓差。

③計算流通能力：根據已決定的計算流量和計算壓差，求最大流量時的流通能力Cmax。

④選擇流通能力C：根據已求得的Cmax在所選用的產品型式的標準系列中，選取大于Cmax且與其的那一擋C值。

⑤驗算：驗算控制閥開度和可控比。

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

化工調節閥口徑流量計算選型口徑計算步驟中有關問題說明

   1）最大工作流量的決定

   為使調節閥滿足調節的需要,計算時應考慮工藝生產能力、對象負荷變化、預期擴大生產等因素,但必須防止過多地考慮余量,使閥口徑選大;否則,不僅會造成經濟損失、系統能耗大,而且閥處小開度工作,使可調比減小,調節性能變壞,嚴重時還會引起振蕩,使閥的壽命縮短,特別是高壓調節閥,更要注意這一點。現實中,絕大部分口徑選大都是此因素造成的。 

   2）計算壓差的決定——口徑計算的最關鍵因素

   壓差的確定是調節閥計算中的關鍵。在閥工作特性討論中知道:S值越大,越接近理想特性,調節性能越好；S值越小,畸變越厲害,因而可調比減小,調節性能變壞。但從裝置的經濟性考慮時,S小,調節閥上壓降變小,系統壓降相應變小,這樣可選較小行程的泵,即從經濟性和節約能耗上考慮

S值越小越好.綜合的結果,一般取S＝0.1～0.3（不是原來的0.3～0.6）.對高壓系統應取小值,可小至S＝0.05.最近,為減小調節閥上的能耗,我們還提出了采用低S值的設計方法(S＝0.05～0.1),即選用低S節能調節閥。

1.化工調節閥口徑流量計算選型的流量特性

調節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關系。一般用相對流量和閥門的相對開度表示。

式中為相對流量，即調節閥在某一開度l下的流量與全開時流量之比。為相對開度，即調節閥某一開度l與全開時開度L之比，這里l和L都是指閥芯的行程。

   在調節閥前后壓差保持不變條件下得到的流量特性稱為調節閥的理想流量特性。調節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稱為調節閥的可調范圍或可調比，它是調節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。國產調節閥的理想可調范圍R=30.具有直線流量特性的調節閥當閥門開度變化時，相對流量的變化與之成線性關系。

例2  化工調節閥口徑流量計算選型假定某調節閥的直線流量特性為                   

設閥門全開時的流量為，求閥門開度從10%變化到20%和從80%變化到90%時，閥門流量的變化。

解  閥門相對開度為10%的流量從這個例子看出，在流量小時，同樣的閥門相對開度變化時，流量變化的相對值比流量大時大得多。這說明在調節閥小開度時調節作用較強，在大開度時調節作用較弱。從控制的要求來看，系統處于小負荷時，希望調節閥流量不要變化太大，控制作用不要太強，而在負荷較大時，希望流量變化要大一些，控制作用要強一些，以便于克服干擾的影響。直線流量特性不能滿足這個要求。

   等百分比流量特性相對流量與調節閥相對開度的關系為

等百分比流量特性又稱對數流量特性。它是一條對數曲線，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，負荷大，流量變化也大，因而控制特性好，有利于控制系統工作。

  快開流量特性的調節閥在開度較小時就有較大流量，而且流量很快就能達到最大，適用于快速開關的場合。其流量特性可表示為

拋物線流量特性的調節閥，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

調節閥的流量特性取決于閥芯的形狀。圖3是與4種流量特性相對應的閥芯的形狀。

調節閥在實際應用中，閥門的流量與閥門開度之間的關系稱為調節閥的工作流量特性。由于調節閥在實際工作中兩端的壓差不可能不變，管路系統的總阻力也會影響到閥的流量特性。所以調節閥的工作流量與理想流量特性是有差別的。在實際工作條件下，理想流量特性將會發生畸變。

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

    調節閥流量特性的選擇，一般是從保證控制系統控制質量來考慮的。為了保持控制系統的控制品質不變，希望控制系統總的放大系數能保持不變。在控制系統中，變送器、控制器的放大系數是不變得。被控對象的放大系數會隨負荷變化。所以，我們往往通過選擇調節閥的流量特性來補償被控對象的放大系數的變化，其選擇的原則是使被控對象的放大系數和調節閥的放大系數的乘積為常數。即對于放大系數隨負荷增大而變小的被控對象，就應選擇放大系數隨流量增加而變大的流量特性，例如等百分比流量特性。