阻塞流状态下调节阀的计算与选型
来源:哲成阀门 作者:哲成阀门贸易部 发布时间:2024-1-16 阅读:
  某项目阀门厂家在计算阀门时, 采用了错误的饱和蒸汽压和临界压力, 没有判断出该阀门为阻塞流状态, 导致选用的阀门流通能力不能满足工艺要求。在技术澄清阶段发现此问题后,更正了饱和蒸汽压和临界压力, 判断出该阀门为阻塞流状态,最终选用了更为合适的阀门 Cv 值。当流过调节阀的介质为液体时,尤其阀前、后压降较大时,常常伴随着阻塞流的发生。饱和蒸汽压、临界压力关系到阻塞流状态的判断依据, 对阀门 Cv 值的计算存在影响,应当引起足够的重视。阻塞流状态判断的对与错, 决定着能否选择合适的阀门流通能力,对阀门的选型至关重要。

1 阻塞流的判断

当阀前压力 P1 保持一定, 而逐步降低阀后压力 P2 时, 流经调节阀的流量会增加到一个最大极限值,再继续降低 P2,流量不再增加,此时的流动状态称为阻塞流。阻塞流影响着阀门的计算和选型,因此当流经阀门的介质为液体时,计算选型之前需先判断是否发生阻塞流。

对于不可压缩流体, 阀门的流量系数计算公式[1]为:

式中:Q—液体体积流量,m3 / h;

N1—常数,N1=8.65×10-1;

ρ / ρ0—液体相对密度,对于 15.5 ℃的水,ρ / ρ0=1.0;

ΔP—阀门入口与出口压差,0.1 MPa。

由式(1)可知,当阀门的 Cv 值确定后,流经阀门的流量与■ΔP 成正比。然而,形成阻塞流后,流量与■ΔP 的关系不再遵循式(1)的规律,如图 1所示。

 

图 1 阀前压力恒定时流经阀门的体积流量与阀门前、后压差开方关系曲线

此时流量系数的计算公式[1]为:

式中:ΔPcr—发生阻塞流临界状态时,阀前后压差, 0.1 MPa。

对于不可压缩的流体, 发生阻塞流的判定条件[1]为:

ΔP=P1-P2>ΔPcr=FL2(P1-Pvcr) (3)式中:FL—阀门压力恢复系数, 可从阀门厂家样本中查到;vcr—发生阻塞流时, 缩流断面处的静压,MPa,可由式(4)计算[1]得到。

根据式(5)计算得到:FF=0.58,Pvcr=12.06MPa。根据所选阀门,查样本得到 FL=0.99,将 Pvcr  代入式

(3), 得到:ΔPcr=8.56 MPa, 工艺提供 的 ΔP=18.67> ΔPcr,故该调节阀为阻塞流工况。

在技术澄清阶段, 某阀门供货商提供的计算 书中,P ′v=0.169MPa,P′c=22 MPa。以此参数代入阻 塞流判断公式,得到:F′F=0.94,Pvcr=0.16。
ΔP ′cr=20.22 MPa,则 ΔP=18.67<ΔPcr,故若以供货商计算书中的参数计算, 该调节阀为非阻塞流 工况。

2 调节阀流量系数计算

根据式3断阻塞流状态  若式3  为非阻塞流状可用式1计算调节阀 量系数3成立则为阻塞流状可用式2 计算调节阀流量系
仍以调节阀为 若采用供货商计算书中 门未产生非阻塞则流量系数按照1 计算。
同理计算得到 CVnor=10.8、CVmax=12.4。如果仍选 用 CVrated=11.6 的阀门,最小、正常流量下对应的阀 门开度分别为 65%、89%,而最大流量对应的 CV  已 超过阀门的额定 CV。根据 SH / T 3005—2016《石油 化工自动化仪表选型设计规范》要求,线性调节阀 正常流量下开度为 50%~70%,最大流量下开度不 应超过 80%。若选用 CVrated=11.6 的阀门,正常工况 下阀门开度偏大, 并且此阀门流通能力无法通过最大工况下的流
从以上两组计算结果对比可以得出结   生阻塞流时 流过阀门的流量不再随着阀门前根据式3断阻塞流状态  若式3  为非阻塞流状可用式1计算调节阀 量系数3成立则为阻塞流状可用式2 计算调节阀流量系
仍以调节阀为 若采用供货商计算书中 门未产生非阻塞则流量系数按照1 计算阀门所需流通系 CV  比按非阻塞流状态计 的流通系 CV  因此计 ΔP 时若忽略了阻 流的判将导致所选阀门流通能力不

2.1   阻塞流与闪蒸、气蚀工况的关系

对于不可压缩流液体由节流原理可知 流体在节流时流速增加而静压降 节流口 流束截面并不立即扩 而继续缩小到一个最 此处流速最大而静压最称为缩流断 流断面后随着流通截面的扩流体流速减慢 压又逐渐回称为压力恢 P1-P2=ΔP为不恢复的压力损  Pvc  表示缩流断面处的 Pvc  小于入口温度下流体介质的饱和蒸  Pv  部分液体发生相变形成气泡产生 继续降 Pvc流体便会形成阻塞

同时,根据式(4),由于 FF=0.96-0.28     Pv / Pc由以上可以得出, 发生阻塞流时缩流断面处 液体一定发生汽化, 故而必定存在闪蒸或气蚀工 况。而存在闪蒸或者气蚀工况,不一定为阻塞流状 态,不展开讨论。

当判定阀门产生阻塞流时, 阀门选型需考 闪蒸或气蚀工若阀门出口压 P2Pv则缩流面处静压 Pvcr<Pv,部分液体汽化,液相中产生气泡。随着压力逐渐恢复,当流体压力大于 Pv  时,气泡会 破裂或向内爆炸,从而产生气蚀;若阀门出口压力 P2>Pv, 则从缩流断面至阀门出口的压力一直小于Pv,液相中的气泡将一直保持在阀门下游,此过程 称为闪蒸。

2.2  阻塞流工况时的解决方案

由以上论述可知,当发生阻塞流时,肯定伴随 着闪蒸或气蚀工况。闪蒸、气蚀工况将会对阀门内 件造成损坏,在阀门选型时,应尽量避免气蚀或降 低闪蒸、气蚀带来的破坏作用。

1) 降低阀前、 后压差 ΔP或者通过降低阀入 口液体的温度来降低饱和蒸气压力 Pv, 使 ΔP< ΔPcr。可以考虑将阀门移到下游处有较高静压头的 位置,可以提高 P2;在阀门下游增设限流孔板或类 似的背压装置,也能提高 P2。

2) 提高材质硬度。选用硬质合金作为阀芯,或 在可能发生闪蒸的部位焊接硬质材料, 提高材质 硬度。

3,  降低流体流设计合理流降低下游 体流速从而降低冲刷速例如在控制阀置扩径降低流

4 择压力恢复系数大的阀 即低压力 复阀比如直通单座柱塞阀当压差较大 用多级降压型阀2

3 结束语

通过工程实例研判了阻塞流和非阻塞流状态 Cv  值的计算方 并讨论了阻塞流对阀门选 型的影响阻塞流工况下对阀门的流通能力 来说要求更大 忽视阻塞流状态容易造成计算阀 门 Cv  值不能满足工艺要同时由于阻塞流往往 伴随着闪蒸或者气蚀作 在阀门选型时优先 用角阀多级降压并提高阀内件材质硬 量延长阀门的使用寿 为装置的安全稳定长 期运行提供保


本文Tag:调节阀、调节阀选型、控制阀、阻塞流、流量系数、闪蒸、气蚀
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