調(diào)節(jié)閥壓差的確定

1、1調(diào)節(jié)閥壓差的確定一、概述在化工過(guò)程控制系統(tǒng)中，帶調(diào)節(jié)閥的控制回路隨處可見(jiàn)。在確定調(diào)節(jié)閥壓差的過(guò)程中，必須考慮系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)閥操作性能的影響，否則，即使計(jì)算出的調(diào)節(jié)閥壓差再精確，最終確定的調(diào)節(jié)閥也是無(wú)法滿足過(guò)程控制要求的。從自動(dòng)控制的角度來(lái)講，調(diào)節(jié)閥應(yīng)該具有較大的壓差。這樣選出來(lái)的調(diào)節(jié)閥，其實(shí)際工作性能比較接近試驗(yàn)工作性能（即理想工作性能），即調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)品質(zhì)較好，過(guò)程容易控制。但是，容易造成確定的調(diào)節(jié)閥壓差偏大，最終選用的調(diào)節(jié)閥口徑偏小。一旦管系壓降比計(jì)算值大或相當(dāng)，調(diào)節(jié)閥就無(wú)法起到正常的調(diào)節(jié)作用。實(shí)際操作中，出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥已處于全開(kāi)位置，所通過(guò)的流量達(dá)不到所期望的數(shù)值；或者通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量為正常流

2、量值時(shí)，調(diào)節(jié)閥已處于90%開(kāi)度附近，已處于通常調(diào)節(jié)閥開(kāi)度上限，若負(fù)荷稍有提高，調(diào)節(jié)閥將很難起到調(diào)節(jié)作用。這就是調(diào)節(jié)閥壓差取值過(guò)大的結(jié)果。從工藝系統(tǒng)的角度來(lái)講，調(diào)節(jié)閥應(yīng)該具有較小的壓差。這樣選出來(lái)的調(diào)節(jié)閥，可以避免出現(xiàn)上述問(wèn)題，或者調(diào)節(jié)閥處于泵或壓縮機(jī)出口時(shí)能耗較低。但是，這樣做的結(jié)果往往是選用的調(diào)節(jié)閥口徑偏大，由于調(diào)節(jié)閥壓差在管系總壓降中所占比例過(guò)小，調(diào)節(jié)閥的工作特性發(fā)生了嚴(yán)重畸變，調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)品質(zhì)不好，過(guò)程難于控制。實(shí)際操作中，出現(xiàn)通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量為正常流量值時(shí)，調(diào)節(jié)閥已處于10%開(kāi)度附近，已處于通常調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度下限，若負(fù)荷稍有變化，調(diào)節(jié)閥將難以起到調(diào)節(jié)作用，這種情況在低負(fù)荷開(kāi)車時(shí)尤為明顯。

3、這就是調(diào)節(jié)閥壓差取值過(guò)小的結(jié)果。同時(shí)，調(diào)節(jié)閥口徑偏大，既是調(diào)節(jié)閥能力的浪費(fèi)，使調(diào)節(jié)閥費(fèi)用增高；而且調(diào)節(jié)閥長(zhǎng)期處于小開(kāi)度運(yùn)行，流體對(duì)閥芯和閥座的沖蝕作用嚴(yán)重，縮短調(diào)節(jié)閥的使用壽命。正確確定調(diào)節(jié)閥的壓差就是要解決好上述兩方面的矛盾，使根據(jù)工藝條件所選出的調(diào)節(jié)閥能夠滿足過(guò)程控制要求，達(dá)到調(diào)節(jié)品質(zhì)好、節(jié)能降耗又經(jīng)濟(jì)合理。關(guān)于調(diào)節(jié)閥壓差的確定，常見(jiàn)兩種觀點(diǎn)。其一認(rèn)為根據(jù)系統(tǒng)前后總壓差估算就可以了；其二認(rèn)為根據(jù)管系走向計(jì)算出調(diào)節(jié)閥前后壓力即可計(jì)算出調(diào)節(jié)閥的壓差。這兩種方法對(duì)于估算國(guó)內(nèi)初步設(shè)計(jì)階段的調(diào)節(jié)閥是可以的，但用于詳細(xì)設(shè)計(jì)或施工圖設(shè)計(jì)階段的調(diào)節(jié)閥選型是錯(cuò)誤的，常常造成所選的調(diào)節(jié)閥口徑偏大或偏小的問(wèn)題。

4、正確的做法是對(duì)調(diào)節(jié)閥所在管系進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算后，結(jié)合系統(tǒng)前后總壓差，在不使調(diào)節(jié)閥工作特性發(fā)生畸變的壓差范圍內(nèi)合理地確定調(diào)節(jié)閥壓差。有人會(huì)問(wèn)，一般控制條件在流程確定之后即要提出，而管道專業(yè)的配管圖往往滯后，而且配管時(shí)還需要調(diào)節(jié)閥的有關(guān)尺寸，怎樣在提調(diào)節(jié)閥控制條件時(shí)先進(jìn)行管系的水力學(xué)計(jì)算呢？怎樣進(jìn)行管系的水力學(xué)計(jì)算，再結(jié)合系統(tǒng)前后總壓差，最終在合理范圍內(nèi)確定調(diào)節(jié)閥壓差，這就是本文要解決的問(wèn)題。二、調(diào)節(jié)閥的有關(guān)概念為了讓大家對(duì)調(diào)節(jié)閥壓差確定過(guò)程有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，我們需要重溫一下與調(diào)節(jié)閥有關(guān)的一些基本概念。1、調(diào)節(jié)閥的工作原理 2如圖1所示，根據(jù)柏努力方程，流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥前后1-1和2-2截面間的能量守

5、恒關(guān)系如下式所示。由于H 1=H2,U 1=U2，則有：在流體阻力計(jì)算時(shí)，還有： 則有：則通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量為： F-調(diào)節(jié)閥接管面積K-調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)由于F 為定值，當(dāng)P 1-P 2不變時(shí)，流量隨K 值變化，而K 值是隨調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度發(fā)生變化的。因此調(diào)節(jié)閥是通過(guò)改變開(kāi)度，使阻力系數(shù)K 值發(fā)生變化，來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)流量目的的。現(xiàn)令： 則有：C 值即儀表專業(yè)選閥時(shí)用到的一個(gè)重要參數(shù)，稱為調(diào)節(jié)閥的流通能力。其定義為調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，調(diào)節(jié)閥兩端壓差為1kg/cm2時(shí)，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥介質(zhì)密度為1g/cm3流體的流量。2、調(diào)節(jié)閥的理想流量特性流體通過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)，其相對(duì)流量和調(diào)節(jié)閥相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系，稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。其數(shù)學(xué)

6、表達(dá)式為：如圖1所示僅以調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口為研究對(duì)象，使調(diào)節(jié)閥壓差為定值時(shí)，得到的流1(2222222111-+=+f h g U rg P H g U rg P H 2(21-=rgP P h f 3(22-=g U K h f 4(2212-=rgP P g U K 5( (221-=Kr P P U 6(221-=r P P KFFU Q 7(2-=KF C 8(21-=rP P C Q 9( (maxmax -=l l f Q Q3量特性為理想流量特性。1）直線流量特性當(dāng)調(diào)節(jié)閥單位相對(duì)開(kāi)度變化引起的相對(duì)流量變化是一個(gè)常數(shù)時(shí)，稱調(diào)節(jié)閥具有直線流量特性。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：其積分式為： 代入邊界條件

7、l=0時(shí)， Q=Qmin; l=lmax 時(shí), Q=Qmin。得：設(shè)： 則有： R 稱為可調(diào)比，即調(diào)節(jié)閥可以調(diào)節(jié)的最大流量 Qmax 和可以調(diào)節(jié)的最小流量Qmin 的比值。Qmin 不是調(diào)節(jié)閥關(guān)閉的泄漏量，它是可調(diào)流量的下限值，當(dāng)流量低于此值時(shí)，調(diào)節(jié)閥無(wú)法保證調(diào)節(jié)精度。一般Qmin=(24%Qmax,而泄漏量?jī)H為(0.10.01%Qmax。直線流量特性的調(diào)節(jié)閥，其開(kāi)度變化相同時(shí)，流量變化也是相同的。一般調(diào)節(jié)閥，理想可調(diào)比R=30時(shí)，直線流量特性調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量隨相對(duì)開(kāi)度間的變化情況如圖2中的直線(1所示。2）等百分比流量特性當(dāng)調(diào)節(jié)閥單位相對(duì)開(kāi)度變化引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比時(shí)，稱

8、調(diào)節(jié)閥具有等百分比流量特性。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：積分后代入邊界條件l=0時(shí)， Q=Qmin; l=lmax 時(shí), Q=Qmin。得：等百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥，其開(kāi)度變化百分比相同時(shí)，流量變化百分比也相同。對(duì)于一般調(diào)節(jié)閥，理想可調(diào)比R=30時(shí)，等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量 10(maxmax -=l l kd Q Q d11(maxmax -+=常數(shù)l l k Q Q max min 1Q Q k -=maxmin Q Q =常數(shù) 13( 1(11maxmax -+=l l R R Q Q 14(maxmax max -=l l d Q Q k Q Q d 15( 1(max max -=-l

9、lR Q Q 12(minmax -=Q Q R 隨相對(duì)開(kāi)度間的變化情況如圖2中的曲線(2所示。3）快開(kāi)流量特性當(dāng)調(diào)節(jié)閥單位相對(duì)開(kāi)度變化引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成反比時(shí)，稱調(diào)節(jié)閥具有快開(kāi)流量特性。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：積分后代入邊界條件l=0時(shí)， Q=Qmin; l=lmax 時(shí), Q=Qmin。得：快開(kāi)流量特性的調(diào)節(jié)閥，開(kāi)度較小時(shí)，對(duì)應(yīng)流量就比較大，在其開(kāi)度范圍內(nèi)，隨著開(kāi)度增加，流量很快達(dá)到最大，開(kāi)度再增加時(shí)，流量變化幅度很小以至于不變。對(duì)于一般調(diào)節(jié)閥，理想可調(diào)比R=30時(shí)，快開(kāi)流量特性調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量隨相對(duì)開(kāi)度間的變化情況如圖2中的曲線(3所示。4）拋物線流量特性當(dāng)調(diào)節(jié)閥單位相對(duì)開(kāi)度變

10、化引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)相對(duì)流量的平方根成正比時(shí)，稱調(diào)節(jié)閥具有拋物線流量特性。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：積分后代入邊界條件可得： 拋物線流量特性的調(diào)節(jié)閥，其開(kāi)度變化時(shí)，流量介于直線流量特性和等百分比流量特性之間變化。對(duì)于一般調(diào)節(jié)閥，理想可調(diào)比R=30時(shí)，拋物線流量特性調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量隨相對(duì)開(kāi)度間的變化情況如圖2中的曲線(4所示。4）幾種流量特性的比較參見(jiàn)圖2中的流量特性曲線，對(duì)于直線流量特性，相同的開(kāi)度變化，流量變化Q 是相同的，那么在小流量時(shí)，Q/Q操作點(diǎn)大，操作靈敏不易控制；大流量時(shí)，Q/Q操作點(diǎn)小，操作平穩(wěn)易于控制。因此，直線流量特性調(diào)節(jié)閥適合于負(fù)荷變化小的場(chǎng)合。19( 1(112maxmax

11、-+=l l R R Q Q 17( 1(1121max2max -+=l l R R Q Q 18( (max21max max -=l l d Q Q k Q Q d 16( (max1max max -=-l l d Q Q k Q Q d5 對(duì)于等百分比流量特性，相同的開(kāi)度變化，小開(kāi)度時(shí)流量變化Q ?。淮箝_(kāi) 度時(shí)流量變化Q 大。因此，等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥適合于負(fù)荷變化大的場(chǎng)合。 對(duì)于快開(kāi)流量特性，隨開(kāi)度變大，流量很快達(dá)到最大，開(kāi)度再增加時(shí)，流量變化幅度很小以至于不變。因此，快開(kāi)流量特性調(diào)節(jié)閥不適合于調(diào)節(jié)流量，但適合于在雙位控制或程控場(chǎng)合中使用。拋物線流量特性，其特性曲線介于直線流量特

12、性和等百分比流量特性之間，而且接近于等百分比流量特性。因此常用等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥來(lái)代替拋物線流量特性調(diào)節(jié)閥。所以，我們經(jīng)常用到的是直線流量特性調(diào)節(jié)閥和等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥。3、調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性由于調(diào)節(jié)閥都是安裝在管路上，在系統(tǒng)總壓降一定的情況下，當(dāng)流量發(fā)生變化時(shí)，管路壓降在變化，調(diào)節(jié)閥壓差也在發(fā)生變化。因此調(diào)節(jié)閥壓差變化時(shí)，得到的流量特性為實(shí)際流量特性。1）串聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性對(duì)于如圖3所示的調(diào)節(jié)閥與管路串聯(lián)的系統(tǒng)，當(dāng)調(diào)節(jié)閥上壓差為P 1值并保持不變時(shí)，單就調(diào)節(jié)閥本身來(lái)說(shuō)它具有理想流量特性。由式（8）可得： C qk 為調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)的流通能力，則： 對(duì)比式（9）則有： 將式（

13、23）代入式（20），則得： 通過(guò)管道的流量可以用下式表示： C g 為管道的流通能力由于通過(guò)管系的流量是唯一的，因此有下式成立： 則有：20(1-=r P C Q 21(1max -=rP C Q qk 22(max -=qkC C Q Q 23( (max-=l l f C C qk 24(1max -=rP l l f C Q qk 25(2-=rP C Q g26( (21max -=rP C r P l lf C Q g qk 27( (1max 2222-=P l l f C C P gqk6由于：將式（27）代入式（28）得：當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，調(diào)節(jié)閥上有最小壓差，設(shè)最小壓差為P 1

14、m 。由于調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，此時(shí)有：則由式（29）得：則得：令 ：S 為調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，調(diào)節(jié)閥的壓差與系統(tǒng)總阻力降的比值，稱為調(diào)節(jié)閥的阻比，有的資料上稱之為調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度。 則有： 將式（33）代入式（30），則得： 若以Q max 表示管道阻力為零時(shí)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)的最大流量，則由式（21）和式（24）可得：28(21-+=P P P 29(11max 222-+=P l l f CC P gqk1(maxmaxmax =l l f l l f 31( 1(122-+=m g P C C P qkmgP C C P qk 122 1(+=1122-=mgP PC C qk 32(1-=PP S m33(

15、1122-=S C C gqk30(11max2221-+=l lf CCPP gqk 34( 11(11max21-+=l l f S PP7若以Q 100表示有管道阻力時(shí)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)的最大流量，則由式（24）和式（21）、式（32）得：將式（34）代入式（36），則得：式（35）為調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量與理想最大流量參比關(guān)系。對(duì)于R=30的調(diào)節(jié)閥，當(dāng)調(diào)節(jié)閥阻比發(fā)生變化時(shí)，其關(guān)系曲線如圖4所示。式（37）即為調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性，它不但和調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開(kāi)度有關(guān)，而且與調(diào)節(jié)閥的阻比S 有關(guān)。對(duì)于安裝在實(shí)際管路中R=30的調(diào)節(jié)閥，當(dāng)調(diào)節(jié)閥阻比發(fā)生變化時(shí)，其實(shí)際性能曲線的變化趨勢(shì)如圖5所示。 從圖4和圖5

16、可見(jiàn)：a 當(dāng)調(diào)節(jié)閥阻比S=1時(shí)，即管道阻力為零，系統(tǒng)的總壓降全部落在調(diào)節(jié)閥上，此時(shí)實(shí)際流量特性和理想流量特性是一致的。b 隨著調(diào)節(jié)閥阻比S 的減小，即管道阻力增加，調(diào)節(jié)閥最大流量比管道阻力為零時(shí)理想最大流量要小，可調(diào)比在縮小。 c 隨著調(diào)節(jié)閥阻比S 的減小，實(shí)際流量特性偏離理想流量特性，S 越小偏離程度越大。d 從圖4可見(jiàn), 隨著調(diào)節(jié)閥阻比S 的減小，直線流量特性趨向于快開(kāi)流量特性，等百分比流量特性趨向于直線流量特性。而且隨著調(diào)節(jié)閥阻比S 的減小，可調(diào)最小流量在升高，可調(diào)比在縮小。因此，隨著調(diào)節(jié)閥阻比S 的減小，實(shí)際流量曲線偏離理想流量曲線，可調(diào)比在縮小，可調(diào)節(jié)范圍在變窄。反之則說(shuō)明，為了保證

17、調(diào)節(jié)閥具有較好的調(diào)節(jié)性能，調(diào)節(jié)閥要求有一定的壓差。在實(shí)際應(yīng)用中，為保證調(diào)節(jié)閥具有較好的調(diào)節(jié)性能，避免調(diào)節(jié)閥實(shí)際特性發(fā)生畸變，一般希望調(diào)節(jié)閥阻比S 0.3。36(1 (1max 1max 100-=P P S l lf P C P l l f C Q Qm qk qk 37(1(1(max2max100-+=l l f S S l lf Q Q 35( 11(11(max2maxmax -+=l lf S l lf Q Q 8a ）高壓減至低壓時(shí)，S 很容易在0.5以上。雖然S 越大越好，但有時(shí)壓差很大，容易造成調(diào)節(jié)閥沖蝕或流體已呈阻塞流，此時(shí)可在調(diào)節(jié)閥前增設(shè)一減壓孔板，使部分壓差消耗在孔板上。

18、孔板上分擔(dān)的壓差可和自控專業(yè)協(xié)商確定。 b 稍高壓力減至低壓或物料自流的場(chǎng)合，要使S 在0.3以上有時(shí)有困難。此時(shí)可想辦法降低管路阻力，如：放大管徑、改變?cè)O(shè)備布置以縮短管道長(zhǎng)度或增加位 9差、減少?gòu)濐^等措施，一定要確保S 0.3。 c ）低壓經(jīng)由泵至高壓的場(chǎng)合，為了降低能耗，要求至少S 0.15。但為獲得較好的調(diào)節(jié)閥品質(zhì)，建議S 0.3。 d ）氣體管路由于阻力降很小，S 很容易在0.5以上。但在低壓和真空系統(tǒng)中，由于容許壓力降較小，要求S 0.15。 2） 并聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性對(duì)于如圖6所示的調(diào)節(jié)閥與管路并聯(lián)的系統(tǒng)，壓差P 為定值。因此總管流量Q 有如下關(guān)系：設(shè)：則： 由式（21）和

19、上式可得： 由式（38）可得：則式（25）、式（41）和（42）得：可以得出：由式（24）和式（38）得：由式（41）、式（43）和式（44）得： 38(21-+=Q Q Q 39(maxmax1-=Q Q x 40(max1max -=xQ Q 41(max -=xr PC Q qkrPC r P C rP C Q Q x g qkqk+=maxmax1 42(2max 1max -+=Q Q Q 43(11-=xC Cg qk 44(max -+=rPC r P l lf C Q g qk 45( 1( (maxmax -+=x l lxf QQ 10這就是并聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性，對(duì)

20、于不同的x ，實(shí)際性能曲線的變化趨勢(shì)如圖7所示。 從圖7可見(jiàn)：a 當(dāng)x=1時(shí)，即旁路關(guān)閉，實(shí)際流量特性和理想流量特性是一致的。 b 隨著x 逐漸減小，即旁路逐漸開(kāi)大，通過(guò)旁路的流量逐漸增加，實(shí)際流量特性起點(diǎn)在上移，可調(diào)比在縮小，但流量特性曲線形狀基本不變。在實(shí)際應(yīng)用中，為保證調(diào)節(jié)閥有一定的可調(diào)，即具有比較好的調(diào)節(jié)性能，一般希望調(diào)節(jié)閥阻比 x 0.5, 最好x 0.8。這種調(diào)節(jié)閥和管路并聯(lián)的情況在實(shí)際工程中并不多見(jiàn)，但對(duì)于一些需要保持系統(tǒng)有一個(gè)最低流量，負(fù)荷變化不大（即調(diào)節(jié)比較?。┑膱?chǎng)合，為防止儀表故障時(shí)最低流量得不到保證，可以采用調(diào)節(jié)閥和管路并聯(lián)。另外，當(dāng)所選的調(diào)節(jié)閥偏小，作為一種補(bǔ)救措施；或

21、者裝置有擴(kuò)容能力，但調(diào)節(jié)閥已不能滿足要求時(shí)?？蓪⒄{(diào)節(jié)閥的旁路稍開(kāi)，使調(diào)節(jié)閥達(dá)到所期望的調(diào)節(jié)目的。此時(shí)，先關(guān)閉調(diào)節(jié)閥主管路，通過(guò)閥后總管上的流量計(jì)來(lái)標(biāo)定旁路閥的開(kāi)度。 4、調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比 1）理想可調(diào)比R 由式（12）知可調(diào)比R 為調(diào)節(jié)閥可以調(diào)節(jié)的最大流量 Qmax 和可以調(diào)節(jié)的最小流量Qmin 的比值。即：由于：則：min max Q Q R =rP C Q =maxmax rP C Q =minmin 46(min minmax max -=C CQ Q R112）串聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比R S對(duì)于如圖3所示的調(diào)節(jié)閥與管路串聯(lián)的系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，最大流量Q max 對(duì)應(yīng)最小的調(diào)節(jié)閥壓差P

22、 1m ；調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)，最小流量Q min 對(duì)應(yīng)最大的調(diào)節(jié)閥壓差P 1 max。則調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比R S 有：由式（7）知，C 值與接管面積和調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)有關(guān)，接管面積為定值；而阻力系數(shù)僅與閥門(mén)開(kāi)度有關(guān)，開(kāi)度一定對(duì)應(yīng)的阻力系數(shù)也是定值。所以，無(wú)論調(diào)節(jié)閥處于理想管系還是實(shí)際管系，C max 和C min 是定值，則由式（46）和（47）得：當(dāng)通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量最小時(shí)，調(diào)節(jié)閥幾乎全關(guān)，管路阻力降趨于0，調(diào)節(jié)閥的最大壓差P 1 max趨于系統(tǒng)總壓降P ，因此： 上式說(shuō)明，串聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比R S 與理想可調(diào)比R 和阻比S 有關(guān)。阻比S 越小, 實(shí)際可調(diào)比越小。因此，為保證一定的可調(diào)比，調(diào)

23、節(jié)閥的阻比S 要適當(dāng)，不能使阻比S 過(guò)小。國(guó)產(chǎn)的調(diào)節(jié)閥，理想可調(diào)比R=30。但考慮到選用調(diào)節(jié)閥時(shí)圓整口徑以及對(duì)C 值的圓整和放大，一般取R=10。即使如此，在調(diào)節(jié)閥與管路串聯(lián)的系統(tǒng)中，當(dāng)S=0.3時(shí)，R S 仍為5.4 。而一般工藝過(guò)程中，Q min =30%Qnor ，Q max =125%Qnor ，R S 不過(guò)4.16。因此，只要S0.3是可以滿足要求的，只要阻比S 不是太小或?qū)烧{(diào)比要求太高，可不必驗(yàn)算實(shí)際可調(diào)比。當(dāng)要求的可調(diào)比較大時(shí)，調(diào)節(jié)閥滿足不了工藝要求，此時(shí)，可采用提高調(diào)節(jié)閥阻比S ，或采用大小兩個(gè)調(diào)節(jié)閥并聯(lián)工作的分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)。3）并聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比對(duì)于如圖6所示的調(diào)節(jié)閥

24、與管路并聯(lián)的系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比R S 為：則：47(max 11min max max 1min 1maxmin max -=P P C C rP C r P C Q Q R m ms 48(max11-=P P R R m s 49(1max 11-=S R PP R P P R R m m s 50(-S R R s ）（512min 1max -+=Q Q Q R s max2max min 1max 2min 11Q Q Q Q Q Q Q R s +=+= 12由于：則：將式（39）代入上式得：由于R1,則： 上式說(shuō)明，并聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比R S 與調(diào)節(jié)閥的理想可調(diào)比R

25、無(wú)關(guān)，只和總管最大流量與旁路流量有關(guān)。三、調(diào)節(jié)閥壓差的確定我們經(jīng)常遇到的是如圖3所示處于串聯(lián)管路中的調(diào)節(jié)閥。通過(guò)前面對(duì)調(diào)節(jié)閥實(shí)際特性和可調(diào)比等的演算和分析，可以看出影響調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)性能的關(guān)鍵參數(shù)是調(diào)節(jié)閥全開(kāi)通過(guò)最大流量時(shí)，調(diào)節(jié)閥前后的最小壓差P 1m 。所以P 1m 即為我們要確定的調(diào)節(jié)閥壓差。如圖8所示的系統(tǒng)，根據(jù)柏努力方程，流體自1-1到2-2截面間的能量守恒關(guān)系式為：式中h f 為1-1到2-2截面間管路上的阻力降，包括直管阻力降、局部阻力降和設(shè)備阻力降等。上式即為總推動(dòng)力=管系總阻力，總推動(dòng)力=Pa-Pb+h，管系總阻力P=P 1m +hf 。由上式可得： 又由式（32）及調(diào)節(jié)閥阻比S=

26、0.30.5得：max 1min 11Q R Q =maxmax 1maxmax max 11Q Q Q RQ Q R s -+=max1max 2Q Q Q -=x x RR s -+=111 52(111-+=x RR R s 53(11112max maxmax1-=-=-Q Q Q Q xR s 54(1-+=+b m f a P P h hP 55(1-+-=f b a m h h P P P 56(5. 03. 011-=+=f m m h P P S 13由式（56）可以計(jì)算出P 1m =（0.4291.0）h f 。即調(diào)節(jié)閥的壓差應(yīng)為管路阻力降的0.429到1.0倍。式（55）

27、和式（56）就是調(diào)節(jié)閥壓差的計(jì)算公式及核算式。用法為先由式（55）計(jì)算出調(diào)節(jié)閥的壓差，再由式（56）進(jìn)行核算。只有同時(shí)滿足式（55）和式（56）的要求時(shí)，計(jì)算出的調(diào)節(jié)閥壓差才可以作為調(diào)節(jié)閥的選型依據(jù)。但是，從式（55）可見(jiàn)，當(dāng)計(jì)算P 1m 時(shí)，需先計(jì)算出管道阻力降h f ，管道阻力降是通過(guò)管系的水力學(xué)計(jì)算求出的。通常控制條件在流程確定之后即要提出，而管道專業(yè)的配管圖是在接到控制專業(yè)返回的調(diào)節(jié)閥條件后才可以最終繪制出來(lái)的，怎樣在提調(diào)節(jié)閥控制條件時(shí)先進(jìn)行管系的水力學(xué)計(jì)算呢？一般首先根據(jù)工藝流程圖和控制要求規(guī)劃出調(diào)節(jié)閥的大致位置，再結(jié)合設(shè)備布置圖構(gòu)想出管系的走向圖，根據(jù)此圖進(jìn)行管系的水力學(xué)計(jì)算求出管

28、道阻力降h f 。管道專業(yè)的配管圖應(yīng)盡量接近先前構(gòu)想的管系走向圖來(lái)設(shè)置，即使最終的配管圖與構(gòu)想的管系走向圖有出入，僅僅引起管線長(zhǎng)度和彎頭數(shù)量的有限變化，對(duì)管道的阻力降和調(diào)節(jié)閥壓差計(jì)算影響不大，更何況調(diào)節(jié)閥的壓差可在一定范圍內(nèi)取值。為了安全起見(jiàn)，計(jì)算出的管道阻力降應(yīng)考慮1520%的裕量。對(duì)于低壓系統(tǒng)和高粘度物料，為了確保設(shè)計(jì)無(wú)誤，最終的配管圖出來(lái)以后要對(duì)管道阻力降進(jìn)行核算，因?yàn)楣芫€長(zhǎng)度和彎頭數(shù)量變化對(duì)管道阻力降的影響比較大。一旦發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥壓差確定的有問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。另外，由于調(diào)節(jié)閥前后多有大小頭和相應(yīng)的變徑管線，上述規(guī)劃的管系走向圖中還無(wú)法將他們考慮完全，因此根據(jù)式（55）計(jì)算出調(diào)節(jié)閥壓差

29、P 1m 后，實(shí)際調(diào)節(jié)閥壓差取值可稍比計(jì)算值為小。當(dāng)管路阻力降大時(shí)，兩者差值大一些；反之則差值小一些或直接取計(jì)算值。實(shí)際工程中，我們遇到的系統(tǒng)與圖8所示的情況不盡相同，在應(yīng)用式（55）和式（56）時(shí)，可按下述方法進(jìn)行靈活處理。1、低壓經(jīng)由泵至高壓的工況如圖9所示，在這種情況下，往往泵的揚(yáng)程需和調(diào)節(jié)閥壓差同時(shí)確定。此時(shí)可先由式（56）確定調(diào)節(jié)閥壓差，再由式（55）求出泵的揚(yáng)程。則式（56）變?yōu)椋喝鬑 表示泵的揚(yáng)程，則式（55）應(yīng)變?yōu)椋涸谶@種場(chǎng)合下，為了降低能耗，調(diào)節(jié)閥的阻比可以要求為S 0.15。但當(dāng)流量小、揚(yáng)程低，泵的軸功率較小時(shí)，為獲得較好的調(diào)節(jié)閥品質(zhì)，建議S 0.3。同時(shí)，由于根據(jù)泵樣本選

30、的泵揚(yáng)程一般比所需揚(yáng)程要高，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，應(yīng)先定出泵的揚(yáng)程，扣除揚(yáng)程裕量后，再反算調(diào)節(jié)閥壓差。2、工藝條件有波動(dòng)的工況一般來(lái)說(shuō)，工藝條件是相對(duì)穩(wěn)定的，它容許在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)。如圖9所示， 由于P a 、P b 及前后設(shè)備的液位可能出現(xiàn)最高、正常和最低值，這樣就可能出現(xiàn)多58(1-+-=h h P P P H f m a b 57(11-=f m h SSP14種操作條件。但仔細(xì)研究可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)P a 最小、前設(shè)備液位最低，而P b 最大、后設(shè)備液位最高時(shí)，調(diào)節(jié)閥壓差最小，所需泵揚(yáng)程最高。此時(shí)應(yīng)在這種條件下確定調(diào)節(jié)閥壓差和泵的揚(yáng)程。又比如說(shuō)鍋爐給水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥，因?yàn)殄仩t產(chǎn)汽壓力經(jīng)常波動(dòng)，會(huì)

31、影響到調(diào)節(jié)閥阻比下降，此時(shí)在考慮調(diào)節(jié)閥壓差時(shí)應(yīng)增加系統(tǒng)設(shè)備靜壓的510%作為調(diào)節(jié)閥壓差的裕量，即在利用式（56）進(jìn)行調(diào)節(jié)閥阻比核算時(shí)用下式進(jìn)行。 3、高壓減至低壓的工況這種工況時(shí)，調(diào)節(jié)閥阻比S 一般很大。雖然S 越大越好，但有時(shí)壓差很大，容易造成調(diào)節(jié)閥沖蝕或流體已呈阻塞流，此時(shí)可在調(diào)節(jié)閥前增設(shè)減壓孔板，使部分壓差消耗在孔板上。孔板上分擔(dān)的壓差可和自控專業(yè)協(xié)商確定，以調(diào)節(jié)閥壓差不高于調(diào)節(jié)閥的容許壓差為宜。4、稍高壓力減至低壓或物料自流的工況這種工況時(shí)，滿足式（55）的調(diào)節(jié)閥壓差，可能滿足不了式（56）的要求。此時(shí)可想辦法降低管路阻力，如：放大管徑、改變?cè)O(shè)備布置以縮短管道長(zhǎng)度或增加位差、減少局部阻

32、力降等措施，一定要確保S 0.3。5、輸送氣體介質(zhì)的工況氣體管路由于阻力降很小，調(diào)節(jié)閥阻比S 一般都很大。例如，熱媒為飽和蒸汽的加熱器，其進(jìn)口蒸汽管線上的調(diào)節(jié)閥，為了避免蒸汽能量過(guò)多地?fù)p耗在調(diào)節(jié)閥上，也為了避免蒸汽過(guò)熱度太高影響傳熱效果，一般憑經(jīng)驗(yàn)取調(diào)節(jié)閥壓差P 1m =0.010.02MPa 。雖然壓差不大，但由于調(diào)節(jié)閥前后管路上阻力降很小，調(diào)節(jié)閥阻比S 還是可以滿足調(diào)節(jié)要求的。當(dāng)蒸汽壓力較高，而需要在較低壓力下冷凝時(shí)，可取90%的蒸汽壓力減去冷凝壓力為調(diào)節(jié)閥的壓差，但為防止壓差過(guò)大引起的系統(tǒng)震動(dòng)，要求調(diào)節(jié)閥壓差1/2蒸汽壓力。對(duì)于低壓和真空系統(tǒng)，由于管路容許壓力降較小，要求S 0.15。另

33、外需強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，上述調(diào)節(jié)閥壓差P 1m 對(duì)應(yīng)的是通過(guò)調(diào)節(jié)閥的最大流量Q max 。當(dāng)工藝過(guò)程對(duì)最大流量有要求時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥的最大流量Q max 應(yīng)為工藝過(guò)程可能出現(xiàn)的最大流量；當(dāng)工藝過(guò)程對(duì)最大流量沒(méi)有要求時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥的最大流量Q max 一般取為正常流量的1.25倍。四、舉例在我們剛剛完成并已開(kāi)車成功的某精細(xì)化工中試裝置中，共有調(diào)節(jié)回路64個(gè)，確定調(diào)節(jié)閥壓差時(shí)正是重視了上述提到的諸多問(wèn)題，使調(diào)節(jié)回路投運(yùn)后皆能滿足工藝過(guò)程的要求，現(xiàn)舉幾個(gè)具有代表性的例子來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明調(diào)節(jié)閥壓差的確定方法。例1：如圖10所示的工藝流程及操作條件，試確定調(diào)節(jié)閥的壓差。解：1）首先根據(jù)工藝流程及設(shè)備布置圖構(gòu)想出管系走向

34、如圖11所示。2）根據(jù)管系走向圖及操作條件求管路壓降。由于沿途流量不等，需分段進(jìn)行計(jì)算。由1點(diǎn)到2點(diǎn)，Q nor =0.24m3/h,Qmax =0.24x1.25=0.3m3/h。根據(jù)圖11和詳細(xì)流程59(5. 03. 0 %(105(11-=+-=fm b a m h P P P P S15 可計(jì)算出局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度為6.5m ；圖11中直管長(zhǎng)度為8.2m ；則管總長(zhǎng)度為 由2點(diǎn)到3點(diǎn)，Q nor =0.75m/h,Qmax =0.75x1.25=0.94m3/h。根據(jù)圖11和詳細(xì)流程可計(jì)算出局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度為4.5m ；圖11中直管長(zhǎng)度為20.6m ；則管總長(zhǎng)度為25.1m ，計(jì)算出

35、管道阻力降為0.0035MPa 。則1點(diǎn)到3點(diǎn)，管道總阻力降為： 0.0003+0.01+0.0035=0.0138MPa。 取管道總阻力降為： 0.0138x1.15=0.016MPa。3 計(jì)算調(diào)節(jié)閥壓差P 1m 。由式（55）得：P 1m =0.35-0.03-(17.6-1.9/100-0.016=0.147 MPa。4 核算調(diào)節(jié)閥阻比S 。由式（56）得：S =0.147/(0.147+0.016=0.9。5 調(diào)節(jié)閥壓差P 1m 取值。由于管路阻力降很小，考慮實(shí)際調(diào)節(jié)閥兩頭有大小頭等因素，最終取調(diào)節(jié)閥壓差P 1m =0.14 MPa。例2：如圖12所示的工藝流程及操作條件，試確定調(diào)節(jié)閥

36、的壓差和泵的揚(yáng)程。 分析：由于泵出口分成了兩條管路，首先泵的揚(yáng)程必須同時(shí)滿足兩條管路的輸送 要求，因此根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果要采用兩個(gè)揚(yáng)程中的高揚(yáng)程者。其次兩條管路雖有 聯(lián)系，但為了保證調(diào)節(jié)效果，應(yīng)將其看成獨(dú)立的兩個(gè)系統(tǒng)，自起點(diǎn)設(shè)備開(kāi)始來(lái)分 別核算調(diào)節(jié)閥的阻比 S，使 S 值皆0.3。 解：1）首先根據(jù)工藝流程及設(shè)備布置圖構(gòu)想出管系走向，此處僅畫(huà)出如圖 13 所 示的計(jì)算示意圖。 2）根據(jù)管系走向圖及操作條件求管路壓降。由于沿途流量不等，需分段進(jìn)行計(jì)算。 由 1 點(diǎn)到 2 點(diǎn)，Qmax=0.2x1.25+1.32=1.57m3/h。根據(jù)管系走向圖可計(jì)算管線總 長(zhǎng)度為 80m，計(jì)算出管道阻力降為 0.

37、031MPa。 由 2 點(diǎn)到 3 點(diǎn)，Qmax=0.2x1.25=0.25m3/h。根據(jù)管系走向圖可計(jì)算管線總長(zhǎng)度為 50m，計(jì)算出管道阻力降為 0.0004MPa。 由 2 點(diǎn)到 4 點(diǎn)，Qmax=1.32m3/h。根據(jù)管系走向圖可計(jì)算管線總長(zhǎng)度為 58m，計(jì) 算出管道阻力降為 0.016MPa。 考慮阻力降有 15%的裕量，則： 由 1 點(diǎn)經(jīng)由 2 點(diǎn)到 3 點(diǎn)， 管道阻力降為： （0.031+0.0004+0.01） x1.15=0.048MPa。 由 1 點(diǎn)經(jīng)由 2 點(diǎn)到 4 點(diǎn)， 管道阻力降為： （0.031+0.016+0.01） x1.15=0.066MPa。 3）取調(diào)節(jié)閥壓差。

38、 取調(diào)節(jié)閥阻比 S=0.3,則由式（56）得調(diào)節(jié)閥壓差為： LV 閥 P1m=0.429x0.048=0.021MPa。 FV 閥 P1m=0.429x0.066=0.028MPa。 4）確定泵的揚(yáng)程。 由式（58）得泵揚(yáng)程為： 由 1 點(diǎn)經(jīng)由 2 點(diǎn)到 3 點(diǎn)，H=(0.21-0.03+0.048+0.021x100+(25.7-4.1=46.5m 由 1 點(diǎn)經(jīng)由 2 點(diǎn)到 4 點(diǎn)，H=(0.364-0.03+0.066+0.028x100+(25.7-4.1=64.4m 為同時(shí)滿足兩條管路的輸送要求，則泵的揚(yáng)程應(yīng)為 64.4m?？紤]泵有 10%的揚(yáng) 程裕量，揚(yáng)程應(yīng)為 64.4x1.1=71

39、m。 查泵產(chǎn)品樣本，選用 80 m 揚(yáng)程的泵?？鄢?10%的揚(yáng)程裕量，可利用揚(yáng)程應(yīng)為 80/1.1=72.7m。 5）確定調(diào)節(jié)閥壓差。 由 4）知泵的揚(yáng)程為 72.7m。則由式（55）計(jì)算出調(diào)節(jié)閥壓差。 LV 閥: P1m=0.03-0.21+72.7/100-(25.7-4.1/100-0.048=0.286MPa。 考慮實(shí)際調(diào)節(jié)閥兩頭有大小頭等，最終取調(diào)節(jié)閥壓差 P1m =0.23 MPa。 FV 閥： P1m=0.03-0.364+72.7/100-(25.7-4.1/100-0.066=0.111MPa。 考慮實(shí)際調(diào)節(jié)閥兩頭有大小頭等，最終取調(diào)節(jié)閥壓差 P1m =0.08 MPa。 6

40、）核算調(diào)節(jié)閥阻比 S。 LV 閥： 由于管路總阻力降為： P=0.03-0.21+72.7/100-(25.7-4.1/100=0.331 MPa。 則調(diào)節(jié)閥阻比 S=0.23/0.331=0.6950.3,說(shuō)明調(diào)節(jié)閥壓差合適。 16 FV 閥： 由于管路總阻力降為： P=0.03-0.364+72.7/100-(25.7-4.1/100=0.177 MPa。 則調(diào)節(jié)閥阻比 S=0.08/0.177=0.4520.3,說(shuō)明調(diào)節(jié)閥壓差合適。 例 3：如圖 14 所示的工藝流程及操作條件，試確定調(diào)節(jié)閥的壓差和泵的揚(yáng)程。 分析：這是同一管路上有兩套調(diào)節(jié)回路的情況，為了保證兩臺(tái)調(diào)節(jié)閥皆能起到很 好的調(diào)節(jié)效果，核算一臺(tái)調(diào)節(jié)閥時(shí)，應(yīng)將另外一臺(tái)調(diào)節(jié)閥視為阻力元件，將其阻 力降納入管路總阻力降中，來(lái)分別核算調(diào)節(jié)閥的阻比 S，使 S 值皆0.