摘 要： 筆者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出了這樣一個(gè)問(wèn)題：如何利用工藝提供的壓力p1和p2，采用較簡(jiǎn)單的方法以代替pv1和pv2，來(lái)較準(zhǔn)確地計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流通能力c。本文對(duì)此做了討論與分析. 關(guān)鍵字： 調(diào)節(jié)閥 選型 計(jì)算 調(diào)節(jié)閥閥前壓力 閥后壓力 確定方法
一、問(wèn)題的提出 調(diào)節(jié)閥選型時(shí)，首先要根據(jù)工藝條件計(jì)算成本出流通能力c的值，再根據(jù)c值，選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)閥。計(jì)算流通能力，有各種方法，但無(wú)論用什么方法，都要用到調(diào)節(jié)閥前、后兩個(gè)壓力pv1和pv2。實(shí)際上，這兩個(gè)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(gè)壓力穩(wěn)定點(diǎn)的壓力p1和p2。這樣，在某些場(chǎng)合計(jì)算出來(lái)的流通能力會(huì)不準(zhǔn)確，選出來(lái)的調(diào)節(jié)閥常常偏小，有時(shí)會(huì)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(yàn)提出了這樣一個(gè)問(wèn)題：如何利用工藝提供的壓力p1和p2，采用較簡(jiǎn)單的方法以代替pv1和pv2，來(lái)較準(zhǔn)確地計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流通能力c。 二、問(wèn)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(gè)約定。 a，b—上、下游離調(diào)節(jié)閥zui近的壓力穩(wěn)定點(diǎn)。 va，vb—調(diào)節(jié)閥前、后的測(cè)壓點(diǎn)。 p1，p2—工藝提供的壓力穩(wěn)定點(diǎn)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(kāi)時(shí)的zui小閥壓降，上游、下游zui大壓降分別為：
△p=p1—p2 （1）
△pv=pv1—pv2 （2）
△pvl=p1—pv1（3）
△pv2=pv2—p2 （4） 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(dāng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，調(diào)節(jié)閥兩端的壓降所占系統(tǒng)壓降的份額。請(qǐng)見(jiàn)有關(guān)資料[1]更小詳述。 由式（5）得：△pv=s·△p （6） 可見(jiàn)：電器化有當(dāng)s=1時(shí)，系統(tǒng)壓降才與閥壓降相等。換句話說(shuō)：只有選s為1時(shí)，工藝提出的壓力p1、p2才能代替閥前、后的壓力pv1、pv2來(lái)計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流通能力。否則計(jì)算意是有誤差的。 事實(shí)上，一般s取值意是在0.3~0.5之間,對(duì)于高壓系統(tǒng),為了節(jié)能起見(jiàn)應(yīng)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(huì)更大，更有必要對(duì)其進(jìn)行修正了。當(dāng)然，如果調(diào)節(jié)閥用來(lái)調(diào)節(jié)泵進(jìn)、出的回流量的話，s也可選得大些，如0.8~0.9。 三、閥前相對(duì)壓降 實(shí)際的調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)要比圖一所示的復(fù)雜。上、下游的管道有長(zhǎng)短、彎頭、手動(dòng)閥等阻力件有多少。簡(jiǎn)單地說(shuō)，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(shí)甚至相差頗大。由于某種原因這個(gè)原因，要如實(shí)反映出閥前、閥后的壓力pv1和pv2就得進(jìn)行必要的計(jì)算。 我們定義：η=△pv1/△p （7） η叫做閥前相對(duì)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(diǎn)a,則η=0;而閥v緊靠穩(wěn)點(diǎn)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(jì)算公式。 其實(shí)式（9）就是式（6），它表明閥壓降與η無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)調(diào)節(jié)閥無(wú)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(guān)了。也就是說(shuō)，調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的位置不同，用p1，p2計(jì)算出來(lái)的c值是不同的。 另外，由圖一可知，穩(wěn)壓點(diǎn)b的壓力總是比閥后壓力?。簆2≤pv2 （12） 將關(guān)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(jiàn)，閥前相對(duì)壓降η是受壓降比s的制約的。在η取值時(shí)應(yīng)注意這個(gè)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(gè)值也是隨著η的變化莫測(cè)而變化莫測(cè)的。其變化莫測(cè)的程度不同有時(shí)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(shí),更是如此. 四比長(zhǎng)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(guò),這個(gè)方法比較麻煩,不足取。為此，筆者定義了另一個(gè)參數(shù)： λ=△pv1/（△pv1+△pv2） （15） 根據(jù)流體流動(dòng)的理論[2]，液體估某一段管道內(nèi)流動(dòng)，其管道兩端的壓力降△pi與其摩擦系數(shù)ξi，管道長(zhǎng)度il，管徑di，液體伯密度ρ和流速vi 有著下列的關(guān)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(xiě)成：（17）將其代入式（15）得：
18 一般說(shuō)來(lái)，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(guò)約簡(jiǎn)，整理可化簡(jiǎn)為：λ=l1/（l1+ε·l2） （19） 式中ε=v2/v1，對(duì)于液體介質(zhì)，它等于1轟動(dòng)于可壓縮的非液體介質(zhì)來(lái)說(shuō)，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(jiǎn)化成：λ=l1/（l1+l2）（20） 由于上式的關(guān)系成立，所以筆者把叫做上游藝機(jī)管道的比長(zhǎng)度，或簡(jiǎn)稱比長(zhǎng)度。而l1，l2則為調(diào)節(jié)閥上、下游相對(duì)壓降，代這以比較直觀的管道相對(duì)長(zhǎng)度即比長(zhǎng)度。 在實(shí)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(dòng)閥門(mén)問(wèn)題處在全開(kāi)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(dāng)量長(zhǎng)度l當(dāng)加到管道的長(zhǎng)度上去。這樣，就可以根據(jù)上、下游的管道長(zhǎng)度l1，l2（包括已經(jīng)加上去的管接件的當(dāng)量長(zhǎng)度），很方便地估算出它的經(jīng)長(zhǎng)度來(lái)。為便于讀者參考，現(xiàn)將常用管接件的當(dāng)量長(zhǎng)度列于表一。請(qǐng)參閱文獻(xiàn)3。 常用管接的當(dāng)量長(zhǎng)度表一 管接件名稱
1當(dāng)=l當(dāng)/d
備注
90度標(biāo)準(zhǔn)彎頭
30~40
1當(dāng)——相對(duì)當(dāng)量長(zhǎng)度
l當(dāng)——當(dāng)量長(zhǎng)度mm
d——管道內(nèi)徑mm
l當(dāng)=1當(dāng)＊d
90度彎頭
60
截止閥（全開(kāi)）
300
閘閥（全開(kāi)）
7
文氏管流量計(jì)
12
轉(zhuǎn)子流量計(jì)
200~300
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
（23） 因此：η=1—s·λ（24） 這就是zui終用比長(zhǎng)度代替閥前相對(duì)壓降η的公式，。將這個(gè)關(guān)系到式分別公共秩序公式（8）~（11）可得到下列計(jì)算用的實(shí)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(gè)公式，就是p1，p2和pv1，pv2的關(guān)系式，在計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流通能力c時(shí)很有用處。計(jì)算請(qǐng)見(jiàn)文獻(xiàn)4。 五、實(shí)例 有兩個(gè)實(shí)例，說(shuō)明上述計(jì)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(diǎn)是（前一個(gè)）乙炔工段的水環(huán)泵出口遠(yuǎn)離調(diào)節(jié)閥近100米，而下游穩(wěn)壓點(diǎn)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(duì)數(shù)特性的雙座閥,其流通能力c為160,開(kāi)度kmax=90.13%,kmin=43.62%實(shí)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
p2=0.7+1.036=1.736kgf/cm2 pv1-pv2=0.5x1.3=0.065 kgf/cm2
選用了zman16b dg=dg=100的具有對(duì)數(shù)特性的雙麻閥,其流通能力c 為160,開(kāi)度 kmax=81.21%,kmin=26.35%實(shí)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(jì)算,那么它們的計(jì)算流通能力c分別為:92.38和75.43,根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)選用的調(diào)節(jié)閥,口徑太小不能適用。