調(diào)節(jié)閥壓差的確定

調(diào)節(jié)閥壓差的確定一、概述在化工過程控制系統(tǒng)中，帶調(diào)節(jié)閥的控制回路隨處可見。在確定調(diào)節(jié)閥壓差的過程中，必須考慮系統(tǒng)對調(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)閥也是無法滿足過程控制要求的。從自動(dòng)控制的角度來講，調(diào)節(jié)閥應(yīng)該具有較大的壓差。這樣選出來的調(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)閥已處于全開位置，所通過的流量達(dá)不到所期望的數(shù)值；或者通過調(diào)節(jié)閥的流量為正常流量值時(shí)，調(diào)節(jié)閥已處于90%開度附近，已處于通常調(diào)節(jié)閥開度上限，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)閥壓差取值過大的結(jié)果。從工藝系統(tǒng)的角度來講，調(diào)節(jié)閥應(yīng)該具有較小的壓差。這樣選出來的調(diào)節(jié)閥，可以避免出現(xiàn)上述問題，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，過程難于控制。實(shí)際操作中，出現(xiàn)通過調(diào)節(jié)閥的流量為正常流量值時(shí)，調(diào)節(jié)閥已處于10%開度附近，已處于通常調(diào)節(jié)閥的開度下限，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)荷開車時(shí)尤為明顯。這就是調(diào)節(jié)閥壓差取值過小的結(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)閥長期處于小開度運(yùn)行，流體對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。這兩種方法對于估算國內(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題。正確的做法是對調(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，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題。二、調(diào)節(jié)閥的有關(guān)概念為了讓大家對調(diào)節(jié)閥壓差確定過程有一個(gè)清楚的認(rèn)識，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

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截面間的能量守恒關(guān)PU2PU2H+—i+卜二H+—+ +h (1)1rg2g 2rg2gf系如下式所示。由于H=H,U=U，則有：1212在流體阻力計(jì)算時(shí)，還有：則有：P-P—1 rgU(2)P-P—1 rgU(2)U2h二K————

fu22g-pK一二(3)Q=2Fu尋戸則通過調(diào)節(jié)閥的流量為:(4)(5)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-P不變時(shí)，流量隨K值變化，而K值是隨調(diào)節(jié)閥的開度發(fā)生變12化的。因此調(diào)節(jié)閥是通過改變開度，使阻力系數(shù)K值發(fā)生變化，來達(dá)到調(diào)節(jié)流量目的的。(7)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，調(diào)節(jié)閥兩端壓差為lkg/cm2時(shí)，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥介質(zhì)密度為lg/cm3流體的流量?！猀=C：―亠 (8)r2、調(diào)節(jié)閥的理想流量特性

屮=訃—9(10)屮=訃—9(10)max其積分式為：代入邊界條件1=0時(shí)，Q=Qmin;l=lmax時(shí)，Q=Qmin。得:設(shè)：TOC\o"1-5"\h\zRQ%丄十常數(shù)(12) (11)QQql QmaxmQinmax Qk=1—min 常^數(shù)———min-\o"CurrentDocument"Q Qmax max(13)——丄[1+(R—1)丄](13)QR lmax max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)閥無法保證調(diào)節(jié)精度。一般Qmin=(2~4%)Qmax,而泄漏量僅為(0.1~0.01%)Qmax。直線流量特性的調(diào)節(jié)閥，其開度變化相同時(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)閥的相對流量隨相對開度間的變化情況如圖2中的直線(1)所示。等百分比流量特性當(dāng)調(diào)節(jié)閥單位相對開度變化引起的相對流量變化與此點(diǎn)的相對流量成正比時(shí)，稱調(diào)節(jié)閥具有等百分比流量特性。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：d—kd丄 (14)QQlmax maxmax積分后代入邊界條件1=0時(shí)，Q=Qmin;1=1max時(shí)，Q=Qmin。得:(15)Q-R廣-DqRmax(15)其開度變化百分比相同時(shí)，流量變化百分比也相同。對max其開度變化百分比相同時(shí)，流量變化百分比也相同。對等百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥，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)閥的相對流量隨相對開度間的變化情況如圖2中的曲線(2)所示?？扉_流量特性當(dāng)調(diào)節(jié)閥單位相對開度變化引起的相對流量變化與此點(diǎn)的相對流量成反比時(shí)，稱調(diào)節(jié)詠-詠-k(QT)—1dT(16)max max max閥具有快開流量特性。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:積分后代入邊界條件1=0時(shí)，Q=Qmin;1=1max時(shí)，Q=Qmin。得：快開流量特性的調(diào)節(jié)閥，開度較小時(shí)，對應(yīng)流量就比較大，在其開度范圍內(nèi)，隨著開度增加，流量很快達(dá)到最大，開度再增加時(shí)，流量變化幅度很小以至于不變。對于一般調(diào)(17)TOC\o"1-5"\h\zQ1 l1(17)—--[1+(R2—1)——]2QR lmax max節(jié)閥，理想可調(diào)比R=30時(shí)，快開流量特性調(diào)節(jié)閥的相對流量隨相對開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)閥單位相對開度變化引起的相對流量變化與此點(diǎn)相對流量的平方根成正比時(shí)，=k（=k（尹）2dT(18)maxmaxmax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)閥的相對流量［一l［一l二R［1+G下-1)廠］2(19)maxmax隨相對開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圖2中的流量特性曲線，對于直線流量特性，相同的開度變化，流量變化AQ是操作點(diǎn)相同的，那么在小流量時(shí)，AQ/Q操作點(diǎn)大，操作靈敏不易控制；大流量時(shí)，AQ/Q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)荷變化小的場合。操作點(diǎn)對于等百分比流量特性，相同的開度變化，小開度時(shí)流量變化AQ??；大開度時(shí)流量變化AQ大。因此，等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥適合于負(fù)荷變化大的場合。對于快開流量特性，隨開度變大，流量很快達(dá)到最大，開度再增加時(shí)，流量變化幅度很小以至于不變。因此，快開流量特性調(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合中使用。拋物線流量特性，其特性曲線介于直線流量特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AP］值并保持不變時(shí),單就調(diào)節(jié)閥本身來說它具有理想流量特性。由式（8）可得：IAP APQ=C1 (20)Q=C1 (21)r max qkrC為調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的流通能力，貝I」：qkQ_C maxqk對比式（9）貝有：C二Cf(丄) (23)qkl將式（23）代入式（20），則得通過管道的流量可以用下式表示Q二CgQQ二CgQ=Cqk：AP2(25)AP(24)C為管道的流通能力g由于通過管系的流量是唯一的，因此有下式成立：Q=Q=Cqkf(/半=Cg浮max(26)TOC\o"1-5"\h\zC2 lAP=頁f2(- )AP (27)g max則有：由于：AP=AP+AP (28)將式(271)代2入式(28)得：AP=[1+C2AP=[1+C2lCTf2(廠)]APi(29)g maxAP 1"i+CqLf2(丄)C2 l(30)TOC\o"1-5"\h\zg max當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，調(diào)節(jié)閥上有最小壓差，設(shè)最小壓差為A卩托由于調(diào)節(jié)閥全開，此時(shí)有：f（ ）=f=1l lmax max則由式（29）得：C2AP=（1+右）AP （31）C2img則得：C2 C2 APTOC\o"1-5"\h\zAP=（1+右）AP 姑=—-1C2 1m C2APg g 1m令：APS=—1m （32）APS為調(diào)節(jié)閥全開時(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：C21TOC\o"1-5"\h\zCf=S—1 (33)g(34)AP_ 1(34)入P 1 1、1+(S-1)f2(廠)maxQmax=Qmax=f((T)max(35)1 1 1Cf(-KAP1 f(-qk1 l max— = max(36)_Q(36)Qc JKp~100 qk 1m將式（33）代入式（30），則得：若以Q表示管道阻力為零時(shí)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的最大流量，則由式（21）和式（24）可max得：若以Q表示有管道阻力時(shí)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的最大流量，則由式（24）和式（21）、式10032）得：將式（34）代入式（36），則得：Q

5~100=f(Q

5~100=f(T~)max11|S+(1-S)f2(卜)max(37)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)閥的相對開度有關(guān)，而且與調(diào)節(jié)閥的阻比S有關(guān)。對于安裝在實(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如圖5所示。從圖4和圖5可見：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，隨著調(diào)節(jié)閥阻比S的減小，直線流量特性趨向于快開流量特性，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。反之則說明，為了保證調(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SA0.3。根據(jù)圖5和試驗(yàn)測試，調(diào)節(jié)閥阻比S對調(diào)節(jié)閥特性的影響結(jié)果如下表所示:阻比S1~0.60.6~0.3<0.3調(diào)節(jié)閥理想特性直線等百分比直線等百分比直線等百分比調(diào)節(jié)閥實(shí)際特性接近直線等百分比近似直線等百分比快開直線調(diào)節(jié)性能好較好很差，不適宜調(diào)節(jié)所以，綜合兼顧控制和工藝兩方面要求，一般S=0.3~0.5。特殊情況下: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?？装迳戏謸?dān)的壓差可和自控專業(yè)協(xié)商確定。稍高壓力減至低壓或物料自流的場合，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、改變設(shè)備布置以縮短管道長度或增加位差、減少彎頭等措施，一定要確保S>0.3O低壓經(jīng)由泵至高壓的場合，為了降低能耗，要求至少SA0.15。但為獲得較好的調(diào)節(jié)閥品質(zhì)，建議S>0.3o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>0.15o并聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性對于如圖6所示的調(diào)節(jié)閥與管路并聯(lián)的系統(tǒng)，壓差A(yù)P為定值。因此總管流量Q有如下TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"Q-Q+Q (38)關(guān)系:12設(shè):則:X=1max (39)QmaxQ=lmax (40)maxx由式(21)和上式可得:IAPck弋一Q亠J (41)max x由式(38)可得:Q二Q+Q （42）max 1max 2則式（25）、式（41）和（42）得：Q—Q—lmaxQmax可以得出：(43)CgC(43)qk由式（24）和式（38）得：Q=cQ=cqk嚴(yán)+c浮——rgr(44)由式（41）、式（43）和式（44）得：二xf二xf()+(1-x)(45)max max這就是并聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性，對于不同的X,實(shí)際性能曲線的變化趨勢如圖7所示。從圖7可見：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，即旁路逐漸開大，通過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xAO.5,最好x>0.8o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，但對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)比較小）的場合，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，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，通過閥后總管上的流量計(jì)來標(biāo)定旁路閥的開度。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：Qmax—Qmin由于：Qmax,'APmaxQminCminQmax,'APmaxQminCmin則：2）串聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比RS對于如圖3所示的調(diào)節(jié)閥與管路串聯(lián)的系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，最大流量Q對應(yīng)最小maxRQcQminCRQcQminCminQmaxrR=——max:sQ廠麗 、minC imax min 1maxminJr的調(diào)節(jié)閥壓差A(yù)P;調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)，最小流量Q.對應(yīng)最大的調(diào)節(jié)閥壓差A(yù)P 。則調(diào)節(jié)1mmin1max閥的實(shí)際可調(diào)比R有：S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(46):AP1C=——maxCAP*1(47)數(shù)僅與閥門開度有關(guān)，開度一定對應(yīng)的阻力系數(shù)也是定值。所以，無論調(diào)節(jié)閥處于理想管系還是實(shí)際管系，C和C是定值，則由式（46）和（47）得：maxmin當(dāng)通過調(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A(yù)P趨于系統(tǒng)總壓降A(chǔ)P,因此：1max上式說明，串聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比R與理想可調(diào)比R和阻比S有關(guān)。阻比S越S小，實(shí)際可調(diào)比越小。因此，為保證一定的可調(diào)比，調(diào)節(jié)閥的阻比S要適當(dāng)，不能使阻比S(49)AP AP 一(49)R=RAPqR im=RySR=RAP1m——卜AP—(48)APiaximaxRqR、S （50）s過小。國產(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仍為S5.4。而一般工藝過程中，Q=30%Q ，Q=125%Q ，R不過4.16。因此，只要min normax norSSA0.3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R=max （51）SQ+Q1min 2對于如圖6所示的調(diào)節(jié)閥與管路并聯(lián)的系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比RS為:S則：由于：Q=Q=~Q1minR1max1Qr+Qimin 2RQQ=Q—QQ2maQx 1max1min+ 2—QQ則：將式（39）代入上式得右-QRx+\倉-右-QRx+\倉-Q—R=―Rmax+——max lmaxRs

s

RsRQQmaxl-RxR(52)Q—max(53)由于Q—max(53)1Q1——lmaxQ上式說明，并聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比R與調(diào)節(jié)閥的理想可調(diào)比R無關(guān)，只和總管S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。通過前面對調(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)閥全開通過最大流量時(shí)，調(diào)節(jié)閥前后的最小壓差A(yù)P。所以AP即為我們要確定的調(diào)節(jié)閥壓差。1m1m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:P+h二h+AP+P （54）af 1mb式中h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f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AP=AP+h。1mf由上式可得:TOC\o"1-5"\h\zAP二P—P+h—h （55）1m abf又由式（32）及調(diào)節(jié)閥阻比S=0.3~0.5得:S二 im=0.3?0.5 （56）AP+h1m f由式（56）可以計(jì)算出AP=（0.429~1.O）h。即調(diào)節(jié)閥的壓差應(yīng)為管路阻力降的0.4291mf到1.0倍。式（55）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，當(dāng)計(jì)算AP時(shí)，需先計(jì)算出管道阻力降h，管道阻力降是通過管系的水力學(xué)計(jì)算求出的。通常1mf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)算求出管道阻力降h。管道專業(yè)的配管圖應(yīng)f盡量接近先前構(gòu)想的管系走向圖來設(shè)置，即使最終的配管圖與構(gòu)想的管系走向圖有出入，

僅僅引起管線長度和彎頭數(shù)量的有限變化，對管道的阻力降和調(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，計(jì)算出的管道阻力降應(yīng)考慮15~20%的裕量。對于低壓系統(tǒng)和高粘度物料，為了確保設(shè)計(jì)無誤，最終的配管圖出來以后要對管道阻力降進(jìn)行核算，因?yàn)楣芫€長度和彎頭數(shù)量變化對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A(yù)P后，實(shí)際調(diào)節(jié)閥壓差取值1m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)椋篠TOC\o"1-5"\h\zAP=——h （57）1m1—Sf若H表示泵的揚(yáng)程，則式（55）應(yīng)變?yōu)椋篐二P—P+AP+h+h （58）ba 1mf在這種場合下，為了降低能耗，調(diào)節(jié)閥的阻比可以要求為SA0.15。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>0.3o同時(shí)，由于根據(jù)泵樣本選的泵揚(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)的工況一般來說，工藝條件是相對穩(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、P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)多種操作條件。ab但仔細(xì)研究可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)P最小、前設(shè)備液位最低，而P最大、后設(shè)備液位最高時(shí)，調(diào)a b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)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5~10%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。AP—AP—(5~10)%(P—P) 1m a b—AP+h=0.3~0.5(59)1m f3、 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?？装迳戏謸?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、改變設(shè)備布置以縮短管道長度或增加位差、減少局部阻力降等措施，一定要確保SA0.3。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多地?fù)p耗在調(diào)節(jié)閥上，也為了避免蒸汽過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A(yù)P=0.01~0.02MPa。雖然壓1m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。對于低壓和真空系統(tǒng)，由于管路容許壓力降較小，要求SA0.15。另外需強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，上述調(diào)節(jié)閥壓差A(yù)P對應(yīng)的是通過調(diào)節(jié)閥的最大流量Q。當(dāng)工藝1m max過程對最大流量有要求時(shí)，通過調(diào)節(jié)閥的最大流量Q應(yīng)為工藝過程可能出現(xiàn)的最大流max量；當(dāng)工藝過程對最大流量沒有要求時(shí)，通過調(diào)節(jié)閥的最大流量Q一般取為正常流量的max1.25倍。四、舉例在我們剛剛完成并已開車成功的某精細(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題，使調(diào)節(jié)回路投運(yùn)后皆能滿足工藝過程的要求，現(xiàn)舉幾個(gè)具有代表性的例子來進(jìn)一步說明調(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=0.24m3/h,Q3/h。根據(jù)圖11和詳細(xì)流程可計(jì)算出局部阻力nor max的當(dāng)量長度為6.5m;圖11中直管長度為8.2m;則管總長度為14.7m，計(jì)算出管道阻力降為0.0003MPa。由2點(diǎn)到3點(diǎn)，Q=0.75m3/h,Q=0.75x1.25=0.94m3/h。根據(jù)圖11和詳細(xì)流nor max程可計(jì)算出局部阻力的當(dāng)量長度為4.5m;圖11中直管長度為20.6m;則管總長度為25.1m，計(jì)算出管道阻力降為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：。3） 計(jì)算調(diào)節(jié)閥壓差A(yù)P。1m由式（55）得：AP=0.35-0.03-（17.6-1.9）/100-0.016=0.147MPa。1m4） 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A(yù)P取值。1m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A(yù)P1m=0.14MPa。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)備開始來分別核算調(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，此處僅畫出如圖13所示的計(jì)算示意圖。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+1.32=1.57m3/h。根據(jù)管系走向圖可計(jì)算管線總長度為80m,max計(jì)算出管道阻力降為0.031MPa。由2點(diǎn)到3點(diǎn)，Q0.25m3/h。根據(jù)管系走向圖可計(jì)算管線總長度為50m，計(jì)算出max管道阻力降為0.0004MPa。由2點(diǎn)到4點(diǎn)，Q=1.32m3/h。根據(jù)管系走向圖可計(jì)算管線總長度為58m，計(jì)算max出管道阻力降為0.016MPa?？紤]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。取調(diào)節(jié)閥壓差。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AP=。1mFV閥AP=。1m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+0.021)x100+(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+0.028)x100+(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=71m。查泵產(chǎn)品樣本，選用80m揚(yáng)程的泵?？鄢?0%的揚(yáng)程裕量，可利用揚(yáng)程應(yīng)為80/1.1=72.7m。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:AP=0.03-0.21+72.7/100-(25.7-4.1)/100-0.048=0.286MPa。1m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A(yù)P=0.23MPa。1mFV閥：AP=0.03-0.364+72.7/100-(25.7-4.1)/100-0.066=0.111MPa。1m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A(yù)P=0.08MPa。1m核算調(diào)節(jié)閥阻比S。LV閥：由于管路總阻力降為：AP=0.03-0.21+72.7/100-(25.7-4.1)/100=0.331MPa。則調(diào)節(jié)閥阻比S=0.23/0.331=0.695>0.3,說明調(diào)節(jié)閥壓差合適。FV閥：由于管路總阻力降為：AP=0.03-0.364+72.7/100-(25.7-4.1)/100=0.177MPa。則調(diào)節(jié)閥阻比S=0.08/0.177=0.452>0.3,說明調(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，來分別核算調(diào)節(jié)閥的阻比S,使S值皆>0.3O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，此處僅畫出如圖15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。Q=1.34m3/h。根據(jù)管系走向圖可計(jì)算管線總長度為93m，計(jì)算出管道阻力降為max0.0165MPa。考慮阻力降有15%的裕量，則：管道阻力降為：（0.0165+0.01）x1.15=0.027MPa。3） 求調(diào)節(jié)閥壓差。取兩臺(tái)調(diào)節(jié)閥有相同的壓差A(yù)P。1m取調(diào)節(jié)閥阻比S=0.4，則由式（56）得任何一臺(tái)有關(guān)系式：AP 門” 1m 二0.42AP