调节阀压差的确定

调节阀压差得确定

一、概述

在化工过程控制系统中9带调节阀得控制回路随处可见•在确定调节阀压差得过程中■必须考虑系统对调节阀操作性能得影响，否则，即使计算出得调节阀压差再精确，最终确定得调节阀也就是无法满足过程控制要求得。

从自动控制得角度来讲，调节阀应该具有较大得压差。这样选出来得调节阀，其实际工作性能比较接近试验工作性能（即理想工作性能），即调节阀得调节品质较好，过程容易控制。但就是,容易造成确定得调节阀压差偏大，最终选用得调节阀口径偏小。一旦管系压降比讣算值大或相当，调节阀就无法起到正常得调节作用。实际操作中，出现调节阀已处于全开位置，所通过得流量达不到所期望得数值;或者通过调节阀得流量为正常流量值时，调节阀已处于9 0 %开度附近•己处于通常调节阀开度上限，若负荷稍有提高■调节阀将很难起到调节作用。这就就是调节阀压差取值过大得结果。

从丄艺系统得角度来讲■调节阀应该具有较小得压差•这样选出来得调节阀，可以避免出现上述问题，或者调节阀处于泵或压缩机出口时能耗较低。但就是■这样做得结果往往就是选用得调节阀口径偏大，山于调节阀压差在管系总压降中所占比例过小，调节阀得工作特性发生了严重畸变，调节阀得调节品质不好•过程难于控制。实际操作中，出现通过调节阀得流量为正常流量值时，调节阀已处于1 0%开度附近■已处于通常调节阀得开度下限，若负荷稍有变化，调节阀将难以起到调节作用，这种悄况在低负荷开车时尤为明显。这就就是调节阀压差取值过小得结果•同时，调节阀口径偏大，既就是调节阀能力得浪费,使调节阀费用增高；而且调节阀长期处于小开度运行•流体对阀芯与阀座得冲蚀作用严重，缩短调节阀得使用寿命。

正确确定调节阀得压差就就是要解决好上述两方面得矛盾•使根据工艺条件所选出得调节阀能够满足过程控制要求，达到调节品质好、节能降耗乂经济合理。

关于调节阀压差得确定，常见两种观点。其一认为根据系统前后总压差估算就可以了；其二认为根据管系走向计算出调节阀前后压力即可计算出调节阀得压差。这两种方法对于估算国内初步设计阶段得调节阀就是可以得，但用于详细设计或施丄图设讣阶段得调节阀选型就是错误得■常常造成所选得调节阀口径偏大或偏小得问题•正确得做法就是对调节阀所在管系进行水力学计算后，结合系统前后总压差，在不使调节阀工作特性发生畸变得圧差范W 内合理地确定调节阀压差。

有人会问•一般控制条件在流程确定之后即要提出，而管道专业得配管图往往滞后•而且配管时还需要调节阀得有关尺寸，怎样在提调节阀控制条件时先进行管系得水力学计算呢?怎样进行管系得水力学计算，再结合系统前后总压差，最终在合理范ffl内确定调节阀压差，这就就是本文要解决得问题。

二.调节阀得有关概念

为了让大家对调节阀压差确定过程有一个清楚得认识，我们需要a温一下与调节阀有关得一些基本概念。

I、调节阀得工作原理

如图1所示，根据柏努力方程■流体流经调节阀前后1一1与2-2截面间得能量守恒

关系如下式所示。

。山于II F H2,U I =U2，则有：

。在流体阻力计算时，还有：

。则有：

-E^Er 则通过调节阀得流量为：

F—-------- 一调节阀接管面积

K-一一一一调节阀阻力系数

。山于F为定值，当P|・P2不变时，流量随K值变化•而K值就是随调节阀得开度发生

变化得。因此调节系数K值发生变化•来达到调节流量U得得。现令：

则有：

X：值即仪表专业选阀时用到得一个巫要参数，称为调节阀得流通能力。其定义为调节阀全开，调节阀两端压差为I kg/cm?时，流经调节阀介质密度为1g/cm3流体得流量。

2、调节阀得理想流量特性

流体通过调节阀时，其相对流量与调节阀相对开度之间得关系，称为调节阀得流量特性。其数学表达式为：

如图1所示仅以调节阀进出口为研究对象，使调节阀压差为定值时，得到得流量特性

为理想流量特性.

1）直线流量特性

当调节阀单位相对开度变化引起得相对流量变化就是一个常数时，称调节阀具有直线流量特性。其数学表达式为：

其积分式为：

代入边界条件1=0时，Q = Qm i n ； l=Im a x时，Q=Qmi n .得: 设：则有：R称为可调比，即调节阀可以调节得最大流量Qmdx与可以调节得最小流量Qmin得比值。Qm i n不就是调节阀关闭得泄漏量，它就是可调流量得下限值，当流量低于此值时，调节阀无法保证调节精度。一般Qmin二（2~4%）Qmax,而泄漏量仅为（0、1〜0、0 1%）Qma x o

直线流量特性得调节阀■其开度变化相同时，流量变化也就是相同得。一般调节阀，理想可调比R=3 0时■直线流量特性调节阀得相对流量随相对开度间得变化情况如图2中得直线（1 ）所示.

2）等白分比流量特性

当调节阀单位相对开度变化引起得相对流量变化与此点得相对流量成正比时，称调节阀具有等白分比流量特性。其数学表达式为：

积分后代入边界条件1= 0时P Q=Qmm; 1 =lmax时，Q=Qmino得：。等百分比流量特性得调节阀，其开度变化百分比相同时，流量变化百分比也相同. 对于一般调节阀■理想可调比R=3 0时，等疔分比流量特性调节阀得相对流量随相

对开度间得变化W 况如图2中得曲线（2）所示.

3） 快开流量特性

当调节阀单位相对开度变化引起得相对流量变化与此点得相对流量成反比时. 称调节阀具有快开流量特性。其数学表达式为：

积分后代入边界条件1 =0时.Q =Qm 1 n ； i =lmax 时，Q= Q mi n 。 得：

快开流量特性得调节阀■开度较小时，对应流量就比较大，在其开度范ffl 内，随着 开度增加■流量很快达到最大，开度再增加时■流量变化幅度很小以至于不变。对于 一般调节阀，理想可调比R=3O 时■快开流量特性调节阀得相对流量随相对开度间 得变化悄况如图2中得曲线（3）所示。

4） 抛物线流量特性

当调节阀单位相对开度变化引起得相对流量变化与此点相对流量得平方根成 正比时，称调节阀具有抛物线流量特性•其数学表达式为：

积分后代入边界条件可得：

抛物线流量特性得调节阀,其开度变化时•流量介于直线流量特性与等百分比流 量特性之间变化。对于一般调节阀，理想可调比R=3O 时，抛物线流量特性调节阀 得相对流量随相对开度间得变化悄况如图2中得曲线（4）所示。

4）儿种流量特性得比较

参见图2中得流量特性曲线，对于直线流量特性，相同得开度变化，流量变化△ Q 就是相同得，那么在小流量时9 △ Q / Q 时勺大9操作灵敬不易控制：大流量时，△ Q/Q 劇皿小，操作平稳易于控制。因此，直线流量特性调节阀适合于负荷变化小得 场合©

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