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化工智能調(diào)節(jié)閥口徑流量計算選型 |
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化工調(diào)節(jié)閥口徑流量計算選型 在過程控制中，執(zhí)行器的調(diào)節(jié)機構(gòu)就是調(diào)節(jié)閥，也稱為控制閥。調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)流量。調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)種類很多，圖1是常見的幾種結(jié)構(gòu)形式。計算調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥口徑這六步驟，今天給大家分享調(diào)節(jié)閥口徑選擇的相關(guān)知識。
化工調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥的最大流量。流量值應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備的生產(chǎn)能力、對象負(fù)荷的變化、操作條件變化以及系統(tǒng)的控制品質(zhì)等因素綜合考慮、合理確定。但有兩種傾向應(yīng)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(jīng)濟上的浪費，而且將使閥門經(jīng)常處于小開度工作，從而使可控比減小，控制性能變壞，嚴(yán)重時甚至?xí)鹫袷帲瑥亩蟠蠼档土苏{(diào)節(jié)閥的壽命；二是只考慮眼前生產(chǎn)，片面強調(diào)控制質(zhì)量，以致當(dāng)生產(chǎn)力略有提高時，控制閥就不能適應(yīng)，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(tǒng)中，流量、介質(zhì)、壓力、溫度等參數(shù)千差萬別，而調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)又是在100KPa壓差下,介質(zhì)為常溫水時測試的，怎樣結(jié)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(shù)比較(因為壓差、介質(zhì)等條件不同),而必須進行KV值計算。把各種實際參數(shù)代入相應(yīng)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(zhuǎn)化為該條件下所需要的KV值,于是根據(jù)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(yīng)進行有關(guān)驗算,進一步驗證所選閥是否能滿足工作要求。
2、化工調(diào)節(jié)閥口徑流量計算選型口徑計算步驟 從工藝提供有關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)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(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)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(jù)系統(tǒng)特點選定S值，然后決定計算壓差。 （3）Kv值計算。根據(jù)已決定的計算流量、計算壓差及其它有關(guān)參數(shù)，求出最大工作流量時的Kvmax。 （4）初步?jīng)Q定調(diào)節(jié)閥口徑，根據(jù)已計算的Kvmax，在所選用的產(chǎn)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(diào)比驗算。一般要求實際可調(diào)比應(yīng)大于10。 （7）壓差校核（僅從開度、可調(diào)比上驗算還不行，這樣可能造成閥關(guān)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(diào)節(jié)閥口徑流量計算選型計算壓差的確定 計算壓差是指調(diào)節(jié)閥閥全開，流量最大時調(diào)節(jié)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(tǒng)壓差的比值越大，調(diào)節(jié)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(jù)工藝管路、設(shè)備等組成的系統(tǒng)壓差大小及變化情況來選擇，其步驟如下： ①把調(diào)節(jié)閥前后距離最近的、壓力基本穩(wěn)定的兩個設(shè)備作為系統(tǒng)的計算范圍。 ②在最大流量條件下，分別計算系統(tǒng)內(nèi)各項局部阻力(調(diào)節(jié)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(yīng)為調(diào)節(jié)閥全開時控制閥上壓差△PV和系統(tǒng)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(tǒng)，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(tǒng)，為了降低動力消耗，也可降低到S=0.15。對于氣體介質(zhì)，因為阻力損失較小，調(diào)節(jié)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(tǒng)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(diào)節(jié)閥計算壓差△PV=SΣ△PF÷(1-S)。考慮到系統(tǒng)設(shè)備中靜壓經(jīng)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(tǒng)中，計算壓差應(yīng)增加系統(tǒng)設(shè)備靜壓(設(shè)鍋爐額定靜壓為P)的5%-10%，即△PV=SΣ△PF÷(1-S)+0.0521P。調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。在確定計算壓差時還應(yīng)考慮不產(chǎn)生汽蝕。
3化工調(diào)節(jié)閥口徑流量計算選型調(diào)節(jié)開度和可控比的驗算 計算流量、計算壓差確定之后，應(yīng)作調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)開度和可控比的驗算。 ①調(diào)節(jié)閥開度的驗算一般最大流量下調(diào)節(jié)閥的開度應(yīng)在90%左右，最小流量下調(diào)節(jié)閥的開度不小于10%。開度驗算時必須考慮理想的調(diào)節(jié)閥流量特性和工作條件。下面給出兩種常用流量特性的調(diào)節(jié)閥在工作條件下(串聯(lián)管道)的開度驗算公式。直線特性調(diào)節(jié)閥開度： 等百分比調(diào)節(jié)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(zhì)密度，kg/m3。 ②可控比的驗算目前，我國統(tǒng)一設(shè)計的調(diào)節(jié)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(lián)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(diào)節(jié)閥符合要求。否則，必須改變調(diào)節(jié)閥的S數(shù)值，可采取增加系統(tǒng)壓力或采用兩個控制閥(降低S數(shù)值)，進行分程控制的方法來滿足可控比要求。 綜上所述，根據(jù)工藝所提供的數(shù)據(jù)確定調(diào)節(jié)閥口徑的步驟為： ①確定計算流量：根據(jù)生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)狀況，確定計算流量qmax和qmin。 ②確定計算壓差：根據(jù)所選定的流量特性和系統(tǒng)特性選定S值，然后決定計算壓差。 ③計算流通能力：根據(jù)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(jù)已求得的Cmax在所選用的產(chǎn)品型式的標(biāo)準(zhǔn)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(jù)流通能力C值決定控制閥的公稱直徑和閥座直徑。
化工調(diào)節(jié)閥口徑流量計算選型口徑計算步驟中有關(guān)問題說明 1）最大工作流量的決定 為使調(diào)節(jié)閥滿足調(diào)節(jié)的需要,計算時應(yīng)考慮工藝生產(chǎn)能力、對象負(fù)荷變化、預(yù)期擴大生產(chǎn)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(jīng)濟損失、系統(tǒng)能耗大,而且閥處小開度工作,使可調(diào)比減小,調(diào)節(jié)性能變壞,嚴(yán)重時還會引起振蕩,使閥的壽命縮短,特別是高壓調(diào)節(jié)閥,更要注意這一點。現(xiàn)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(guān)鍵因素 壓差的確定是調(diào)節(jié)閥計算中的關(guān)鍵。在閥工作特性討論中知道:S值越大,越接近理想特性,調(diào)節(jié)性能越好；S值越小,畸變越厲害,因而可調(diào)比減小,調(diào)節(jié)性能變壞。但從裝置的經(jīng)濟性考慮時,S小,調(diào)節(jié)閥上壓降變小,系統(tǒng)壓降相應(yīng)變小,這樣可選較小行程的泵,即從經(jīng)濟性和節(jié)約能耗上考慮 S值越小越好.綜合的結(jié)果,一般取S＝0.1～0.3（不是原來的0.3～0.6）.對高壓系統(tǒng)應(yīng)取小值,可小至S＝0.05.最近,為減小調(diào)節(jié)閥上的能耗,我們還提出了采用低S值的設(shè)計方法(S＝0.05～0.1),即選用低S節(jié)能調(diào)節(jié)閥。
1.化工調(diào)節(jié)閥口徑流量計算選型的流量特性 調(diào)節(jié)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(shù)關(guān)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥前后壓差保持不變條件下得到的流量特性稱為調(diào)節(jié)閥的理想流量特性。調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍或可調(diào)比，它是調(diào)節(jié)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(chǎn)調(diào)節(jié)閥的理想可調(diào)范圍R=30.具有直線流量特性的調(diào)節(jié)閥當(dāng)閥門開度變化時，相對流量的變化與之成線性關(guān)系。
例2 化工調(diào)節(jié)閥口徑流量計算選型假定某調(diào)節(jié)閥的直線流量特性為 設(shè)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(diào)節(jié)閥小開度時調(diào)節(jié)作用較強，在大開度時調(diào)節(jié)作用較弱。從控制的要求來看，系統(tǒng)處于小負(fù)荷時，希望調(diào)節(jié)閥流量不要變化太大，控制作用不要太強，而在負(fù)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(diào)節(jié)閥相對開度的關(guān)系為 等百分比流量特性又稱對數(shù)流量特性。它是一條對數(shù)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(fù)荷大，流量變化也大，因而控制特性好，有利于控制系統(tǒng)工作。 快開流量特性的調(diào)節(jié)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(guān)的場合。其流量特性可表示為 拋物線流量特性的調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(yīng)的閥芯的形狀。 調(diào)節(jié)閥在實際應(yīng)用中，閥門的流量與閥門開度之間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的工作流量特性。由于調(diào)節(jié)閥在實際工作中兩端的壓差不可能不變，管路系統(tǒng)的總阻力也會影響到閥的流量特性。所以調(diào)節(jié)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(fā)生畸變。 流通能力是選擇調(diào)節(jié)閥口徑的主要依據(jù)。為了能正確計算流通能力，首無必須合理確定調(diào)節(jié)閥的流量和壓差的數(shù)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(diào)節(jié)閥流量特性的選擇，一般是從保證控制系統(tǒng)控制質(zhì)量來考慮的。為了保持控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)不變，希望控制系統(tǒng)總的放大系數(shù)能保持不變。在控制系統(tǒng)中，變送器、控制器的放大系數(shù)是不變得。被控對象的放大系數(shù)會隨負(fù)荷變化。所以，我們往往通過選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性來補償被控對象的放大系數(shù)的變化，其選擇的原則是使被控對象的放大系數(shù)和調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)的乘積為常數(shù)。即對于放大系數(shù)隨負(fù)荷增大而變小的被控對象，就應(yīng)選擇放大系數(shù)隨流量增加而變大的流量特性，例如等百分比流量特性。 |
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