过程控制工程设计—节流装置、调节阀与差压液位计的计算

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节流装置流速方程 式中
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节流装置流量方程（实际中）
式中，c为考虑实际因素引入的一个系数，它 是管道尺寸、孔板取压方法和雷诺数的函数。
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第一节 节流装置的计算
一、节流装置计算的基本公式及取压方法
1.节流装置原理和基本公式
Qh 0.01252d2
p
1
[m3/h](工作状态)
G h0.01252d2 p1 [kg/h](工作状态)
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第一节 节流装置的计算
2.常用取压方法
IV III II I I II III IV
I～I为角接取压法 II～II为1’’法兰取压法 III～III所示即为理论取压法 IV～IV即为径距取压法
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第一节 节流装置的计算
二、计算中有关参数的确定 P191；1.6；2；2.5； 3.2；4；5；6.3；8乘以10n，n为任 意正整数。
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v 已知角接取压孔板 ，取压方式为角接取压 v 被测介质为水，工况条件如下： v 常用流量(t/h) 45 v 管道内径(mm) 100 v 粘度(Pa.s) 0.000797 v 最大差压(kPa) 90.7029 v 开孔直径比(β) 0.50219 v 求™ 压：力损失(kPa)
™ 雷诺数(ReD)
应力成正比, 其粘度保持恒定与 剪切速率无关。
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非牛顿型流体
不服从牛顿摩擦定律的流体。一般粘性较 大，且随着流动速度而变化。例如石灰乳、泥 浆、污水和许多高分子溶液等。
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第二节 调节阀流通能力的计算
一、调节阀C值计算公式 见P197
Q AF P1 P2
v
Q C P1 P2
CQ P1 P2
C AF v
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第二节 调节阀流通能力的计算
v 调节阀C的具体计算公式
➢ 液体介质C值的计算
1)计算时所需数据 C值计算步骤
➢ 气体介质C值的计算
计算时所需数据 C值计算步骤
➢ 蒸汽流量系数C值的计算
计算时所需数据 C值计算步骤
➢ 两相混合流体流量系数C值的计算
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举例说明：介质水重度 γ=1.0g/cm3，温度为常温，ν=1.006cst，D=150mm，P1=175kPa，P2=100kPa，Qmax=60m3/h，选型：天津仪表厂双动气动 隔膜阀。
式中 PA、PB——分别是液面上部介质压力和液面以下H深度的液体压力。
PPB PA Hg
物位检测方.法及仪表
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负迁移 差压变送器的正、负压室的压力分别为
P P气 H1g h12 g P P气 h 2 2 g
正、负压室的压差为
P P P H1g (h2 h1)2 g
ΔP=Hρg
2.最大差压的选择刻度流量的确定
压差 40,60 100,160,250,400 600,1000,1600,2500 4000,6000,10000,
(mmH2O)
16000,20000
静压(MPa) 0.05
2.5
6.4,16,32
6.4,16,32
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第一节 节流装置的计算
3.被测介质重度刻度流量的确定 4.气体压缩系数Z 5.雷诺数 6.被测介质粘度 7.材料的膨胀校正系数 8.被测介质的膨胀校正系数 9.节流装置的永久压力损失
① 判别是否阻塞流 查得 FL=0.55，Pc=21966.5kPa，Pν=3kPa
见F书F=0Ｐ.96-１0.９28 ９－２=0.9０57 ０C值计算步骤
阻塞流时的最低压差：
1.判断流体是否为阻塞流 2.CΔ值Pc=F计L2(P算1-FF（P2)=用52.0Ｓ7 Ｉ制公式，分阻塞流和非阻塞流两种情况）
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第二节 调节阀流通能力的计算
《自控专业施工图设计内容深度规定》HG 20506-92）中 表达调节阀数据的设计文件是‘调节阀数据表’。《自控专业 工程设计用典型表格》HG/T 20639.1-1998）中表达调节阀数 据的设计文件是‘仪表数据表 —调节阀’。
调节阀数据以工艺专业提供的‘调节阀条件表’数据为准。 书中表11—3是调节阀数据表示例。
第十一章 节流装置、调节阀与差压 液位计的计算
第一节 第二节 第三节
节流装置的计算 调节阀流通能力的计算 差压式液位计的计算
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1
第一节 节流装置计算的基本公式及取压方法
v节流装置原理和基本公式
节流装置原理：当充满管道的流体流经节流 装置时，流束将形成局部收缩，从而使流体 流速增加，静压降低，于是在节流装置前后 产生一个压降。
单位为kPa。公式中的常数与采用的单位制有关。
调节阀流量系数C的计算步骤：
➢ 判别流经调节阀流体的类型
➢ 判断流体在调节阀内是否形成阻塞流
➢ 进行低雷诺数修正
➢ 进行管件形状修正
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牛顿型流体（水和油） 牛顿型流体是理想粘性流体的最佳实例。它
仅仅决定于温度和压力。 由图可知，牛顿型流体的 剪切速率 与剪切
p1
p2
Qh 0.01252d2
p
1
[m3/h](工作状态)
G h0.01252d2 p1 [kg/h](工作状态)
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2
办法：通过测压降测出流量。 这种测量方法是以流动连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒 定律）为基础的，压差大小不仅与流量还与其它许多因素有关，如节流装置型 式、流体的物理性质（密度、粘度等）以及雷诺数等。
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第一节 节流装置的计算
节流装置计算，要以工艺专业提供的‘流量监控条件表’ 中的数据为依据。计算通常由节流装置生产商承担，自控专业 要根据工艺专业提供的数据，根据不同的设计体制，填写‘仪 表数据表——节流装置’，或者填写‘节流装置数据表’ 。 教材中表11—1为节流装置数据表示例。
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第二节 调节阀流通能力的计算
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第三节 差压式液位计的计算
采用差压方式测量液位的原理就是将被测液 体通过管路引入到差压变送器正压室，将容器上 部气相引入到差压变送器负压室，由差压变送器 测量正、负压室的压力差，然后将这个压力差转 变为标准信号。
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➢应用静压原理检测物位
通过液柱静压的方法对液位进行测量的。
压力表测量液位原理
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举例说明：介质水重度 γ=1.0g/cm3，温度为常温，ν=1.006cst，D=150mm，P1=175kPa，P2=100kPa，Qmax=60m3/h，选型：天津仪表厂双动气动 隔膜阀。
① 判别是否阻塞流
查得 FL=0.55，Pc=21966.5kPa，Pν=3kPa
FF=0.96- 0.28
=0.957
阻塞流时的最低压差：
ΔPc=FL2(P1-FFP2)=52.07 ΔP=175-106=75kPa>50.07kPa，故为阻塞流。
②C 值计算
若按不考虑阻塞流计算：
由上可以作出比较，考虑阻塞流的影响 C=83.15，不考虑阻塞流的影响 C=69.28。
由此可见，在阻塞流情况下，C 值计算公式中，压差一项用 FL2（P1-FFPν）代替实际压差 P1-P2，使 C 值较大。也就是说，由于阻塞流的作 用，使阀的流通能力不能充分发挥出来，必须按更大的 C 值来选择阀的口径，才能满足流量的要求。
《自控专业施工图设计内容深度规定》HG 20506-92）中 表达调节阀数据的设计文件是‘差压式液位计计算数据表’。 《自控专业工程设计用典型表格》HG/T 20639.1-1998）中表 达调节阀数据的设计文件是‘仪表数据表 —差压式液位计’。 差压式液位计数据以工艺专业提供的‘液位监控条件表’数据 为准。
装置：孔板、喷嘴、文丘里管、双重孔板、1/4圆 喷嘴、圆缺孔板等。 常用：孔板和喷嘴。 原因：这两种节流装置的试验数据比较完整， 并且已经进行了标准化。
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节流装置计算的基本公式 公式推导中使用 伯努利（Bernoulli）方程（能量守恒方程）
和流体流动性方程
流速 压力 介质重度 重力加速度 截面积
v 调节阀流量系数C表示调节阀容量的大 小，是表示调节阀流通能力的系数
v C又称调节阀的流通能力
v 当调节阀全开．阀两端差压为 0.1MPa、流体密度 为 1g/cm3 时，每小时流经调节阀的流量定义为调 节阀的流通能力，用 C 表示。
v 据此可知一台 C 为 20 的调节阀，当阀两端差压 为 0.1MPa 时，流过阀门的水流量为 20m3/h。
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第二节 调节阀流通能力的计算
v 调节阀C值的计算
国际电工委员会(IEC)公布的方法需满足下列条件：
➢ 流体必须是牛顿型不可压缩流体(液体)和可压缩流体(气体、蒸汽)， 不适用于非牛顿型不可压缩流体及其与其他流体混合的流体。
➢ 参与运算的参数采用两种单位制。其一为工程单位制(重力制即 MKS制)，压力单位是kgf/cm2。其二为国际单位制(即SI制)，压力
当被测液位H=0时，ΔP=-（h2-h1）ρ2g<0，使变送器在H=0时 输出电流小于4 mA；H=Hmax时，输出电流小于20 mA
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负迁移
差压变送器的正、负压室的压力分别为
隔离罐内 液体密度
P P气 H1g h12 g
P P气 h 2 2 g
正、负压室的压差为
+
P P P H1g (h2 h1)2 g
ΔP=175-106=75kPa>50.07kPa，故为阻塞流。 ②C 值计算
若按不考虑阻塞流计算：
由上可以作出比较，考虑阻塞流的影响 C=83.15，不考虑阻塞流的影响 C=69.28。
由此可见，在阻塞流情况下，C 值计算公式中，压差一项用 FL2（P1-FFPν）代替实际压差 P1-P2，使 C 值较大。也就是说，由于阻塞流的作 用，使阀的流通能力不能充分发挥出来，必须按更大的 C 值来选择阀的口径，才能满足流量的要求。
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ΔP=Hρg
当被测液位H=0时，ΔP=-（h2-h1）ρ2g<0，使变送器在H=0时 输出电流小于4 mA；H=Hmax时，输出电流小于20 mA
物位检测方.法及仪表
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No + Image
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No Image
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第三节 差压式液位计的计算
差压式液位计的计算，主要是针对安装位置与最低液位位 置不同的情况下、采用与工艺介质密度不同隔离液的时候的计 算。计算结果主要是获得迁移量。
敞口容器：多用直接测量容器底部压力的方法。 如图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相 连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位 的高度 。
其关系为 P Hg
式中 P—测压仪表指示值 H—液位的高度ρ—液体的密度g—重力加速度
密闭容器：测量容器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部介
质压力有关，其关系为 PB PA Hg