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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:
  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。可以考慮將閥門(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


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