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調(diào)節(jié)閥計算中的一個問題
點擊次數(shù):452 發(fā)布時間:2008-6-11
摘 要: | 筆者根據(jù)經(jīng)驗提出了這樣一個問題:如何利用工藝提供的壓力P1和P2,采用較簡單的方法以代替PV1和PV2,來較準確地計算調(diào)節(jié)閥的流通能力C。本文對此做了討論與分析. |
關鍵字: | 調(diào)節(jié)閥 選型 計算 調(diào)節(jié)閥閥前壓力 閥后壓力 確定方法 |
一、問題的提出 調(diào)節(jié)閥選型時,首先要根據(jù)工藝條件計算成本出流通能力C的值,再根據(jù)C值,選擇適當?shù)恼{(diào)節(jié)閥。計算流通能力,有各種方法,但無論用什么方法,都要用到調(diào)節(jié)閥前、后兩個壓力PV1和PV2。實際上,這兩個壓力是很難確定的。搞工藝的同志一般只能提供上、下游離調(diào)節(jié)閥zui近的某兩個壓力穩(wěn)定點的壓力P1和P2。這樣,在某些場合計算出來的流通能力會不準確,選出來的調(diào)節(jié)閥常常偏小,有時會影響到調(diào)節(jié)系統(tǒng)工程的品質(zhì)。為此,筆者根據(jù)經(jīng)驗提出了這樣一個問題:如何利用工藝提供的壓力P1和P2,采用較簡單的方法以代替PV1和PV2,來較準確地計算調(diào)節(jié)閥的流通能力C。 二、問題的討論 調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的位置和系統(tǒng)的壓力分布情況如圖一所示。
圖一 調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)及其壓力分布示意 為了討論和方便,先作幾個約定。 A,B—上、下游離調(diào)節(jié)閥zui近的壓力穩(wěn)定點。 VA,VB—調(diào)節(jié)閥前、后的測壓點。 P1,P2—工藝提供的壓力穩(wěn)定點的壓力。 PV1,PV2—調(diào)節(jié)閥前、后的壓力。 根據(jù)上述約定,系統(tǒng)壓降,調(diào)節(jié)閥全開時的zui小閥壓降,上游、下游zui大壓降分別為: 調(diào)節(jié)閥壓降比的定義為:S=△PV/(PV1+△P+△PV2V)=△PV/△P (5) 其含義是:當調(diào)節(jié)閥全開時,調(diào)節(jié)閥兩端的壓降所占系統(tǒng)壓降的份額。請見有關資料[1]更小詳述。 由式(5)得:△PV=S·△P (6) 可見:電器化有當S=1時,系統(tǒng)壓降才與閥壓降相等。換句話說:只有選S為1時,工藝提出的壓力P1、P2才能代替閥前、后的壓力PV1、PV2來計算調(diào)節(jié)閥的流通能力。否則計算意是有誤差的。 事實上,一般S取值意是在0.3~0.5之間,對于高壓系統(tǒng),為了節(jié)能起見應取得小些,如0.15.zui近有一種新產(chǎn)品低壓降比節(jié)能調(diào)節(jié)閥.根據(jù)它的特殊性能,可將S取得更小如0.1。這樣,P1、P2與PV1、PV2的偏離會更大,更有必要對其進行修正了。當然,如果調(diào)節(jié)閥用來調(diào)節(jié)泵進、出的回流量的話,S也可選得大些,如0.8~0.9。 三、 閥前相對壓降 實際的調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)要比圖一所示的復雜。上、下游的管道有長短、彎頭、手動閥等阻力件有多少。簡單地說,調(diào)節(jié)閥上、下游的阻力情況隨著調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)工程中的位置不同而不同的,有時甚至相差頗大。由于某種原因這個原因,要如實反映出閥前、閥后的壓力PV1和PV2就得進行必要的計算。 我們定義:η=△PV1/△P (7) η叫做閥前相對壓降.它可表示調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的位置.如閥V緊靠穩(wěn)壓點A,則η=0;而閥V緊靠穩(wěn)點B,則η=1;若η=0.5,則表示閥V的位置在系統(tǒng)的中間. 將式3和式2分別代入式7和式6,整理得: PV1=P1—η·△P (8) PV1—PV2=S·△P (9) 將式(8)代入式(9)得 PV2= PV1—S·△P=P1—(η+S)△P (10) 將(8),(10)兩式加得:PV1+PV2=2PV1—S·△P =2P1-(2η+S)△P (11) 式(8)~(11)就是用P1,P2代替PV1、PV2的計算公式。 其實式(9)就是式(6),它表明閥壓降與η無關,也就是說調(diào)節(jié)閥無論在什么位置,其閥壓降總是不變的。但是用P1代替PV1,用P1+P2代替PV1+PV2的話,就與η有關了。也就是說,調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的位置不同,用P1,P2計算出來的C值是不同的。 另外,由圖一可知,穩(wěn)壓點B的壓力總是比閥后壓力?。篜2≤PV2 (12) 將關系式(9)代入,即: P2≤P1—(η+S)△P (13) 經(jīng)整理得:η≤1—S (14) 由此可見,閥前相對壓降η是受壓降比S的制約的。在η取值時應注意這個限制。 表一列舉了一些數(shù)據(jù)通信,可以看出:即使P1、P2不變,PV1、PV2 這兩個值也是隨著η的變化莫測而變化莫測的。其變化莫測的程度不同有時不可忽視,特別是系統(tǒng)的總壓降△P較大和調(diào)節(jié)閥壓降比S較小時,更是如此. 四 比長度λ 把調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)工程的各段局部壓力降分別求出,再根據(jù)公式7的定義,可以求出其所需的η值.不過,這個方法比較麻煩,不足取。為此,筆者定義了另一個參數(shù): λ=△PV1/(△PV1+△PV2) (15) 根據(jù)流體流動的理論[2],液體估某一段管道內(nèi)流動,其管道兩端的壓力降△Pi與其摩擦系數(shù)ξi,管道長度iL,管徑di,液體伯密度ρ和流速vi 有著下列的關系:16 如果式中的密度和流速分別用質(zhì)量Mi,體積Qi和管道截面積Ai表示為:ρi=mi/Qi和Vi=Qi/Ai,那么,上式可寫成:(17)將其代入式(15)得: 一般說來,調(diào)節(jié)閥上、下游管道的直徑、礤面積、摩擦系數(shù)和質(zhì)量流量總是相等的,所以上式經(jīng)過約簡,整理可化簡為:λ=L1/(L1+ε·L2) (19) 式中ε=V2/V1,對于液體介質(zhì),它等于1轟動于可壓縮的非液體介質(zhì)來說,由閥后壓力的降低,流速有所增大,所以它大于1,但仍接近于1。為此,令:ε=1則上式以可簡化成:λ=L1/(L1+L2) (20) 由于上式的關系成立,所以筆者把叫做上游藝機管道的比長度,或簡稱比長度。而L1,L2則為調(diào)節(jié)閥上、下游相對壓降,代這以比較直觀的管道相對長度即比長度。 在實際的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,調(diào)節(jié)閥上、下游管道上的其他手動閥門問題處在全開狀態(tài)的,它們和彎頭等其他接件都不得可以被化成各自的當量長度L當加到管道的長度上去。這樣,就可以根據(jù)上、下游的管道長度L1,L2(包括已經(jīng)加上去的管接件的當量長度),很方便地估算出它的經(jīng)長度來。為便于讀者參考,現(xiàn)將常用管接件的當量長度列于表一。請參閱文獻3。 常用管接的當量長度 表一
由式(7)可得:△PV1=η△P (21) 把式(10)代入式(4),得:△PV2=P1—η+S·△P—P2=1—η—S·△P (22) 然后將它們代入公式(15)得 因此:η=1—S·λ (24) 這就是zui終用比長度代替閥前相對壓降η的公式,。將這個關系到式分別公共秩序公式(8)~(11)可得到下列計算用的實用公式:PV1= P1—1—Sλ△P (25) PV2=P1—[ 1—Sλ+S]△P (26) PV1—PV2=S△P (27) PV1+PV2=2P1—[21—Sλ+S]△P (28) 這四個公式,就是P1,P2和PV1,PV2的關系式,在計算調(diào)節(jié)閥的流通能力C時很有用處。計算請見文獻4。 五、實例 有兩個實例,說明上述計算方法是可行的。 1.我廠氯乙烯工段的C2H2,HCL配比系統(tǒng)的乙炔調(diào)節(jié)閥。工藝水平條件為P1=550mmHg,P2=500mmHg,Qmax=800Nm3/h, ρ1.16kg/m3,t=25°C,管道內(nèi)徑d=200mm. 由于上游穩(wěn)壓點是(前一個)乙炔工段的水環(huán)泵出口遠離調(diào)節(jié)閥近100米,而下游穩(wěn)壓點的混合器,距離不到10米,故取λ=0.9, S =0.5. P1=550/735+1.036=1.784 kgf/cm2 P2=500/735+1.036=1.716 kgf/cm2 Pv1=1.784-1.716=0.068 kgf/cm2 Pv2=1.784-1-0.50.9Χ0.068=1.7534 kgf/cm2 Pv1+Pv2=2 X 1.7534-0.034=3.473 kgf/cm2
選用了ZMAN16KDg=dg=100的具有對數(shù)特性的雙座閥,其流通能力C為160,開度Kmax=90.13%,Kmin=43.62%實際使用情況良好。 2.我廠聚合工段13.5m3聚合釜的冷卻水調(diào)節(jié)閥。工藝條件為:P1=2kgf/cm2,P2=0.7 kgf/cm2,Qmax=86m3/h, ρ=1t/m3,t =20C 管道內(nèi)徑d=125mm.取S=0.5 P1=2+1.036=3.036 kgf/cm2 PV1-PV2=0.5X1.3=0.065 kgf/cm2 選用了ZMAN16B Dg=dg=100的具有對數(shù)特性的雙麻閥,其流通能力C 為160,開度 Kmax=81.21%,Kmin=26.35%實際使用情況良好. 上述兩例,若直接把P1,P2作為調(diào)節(jié)閥前\后的壓力Pv1,Pv2計算,那么它們的計算流通能力C分別為:92.38和75.43,根據(jù)這個數(shù)據(jù)選用的調(diào)節(jié)閥,口徑太小不能適用。 |