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化工調(diào)節(jié)閥壓力恢復(fù)系數(shù)FL 調(diào)節(jié)閥壓力恢復(fù)系數(shù)FL 化工控制閥壓力恢復(fù)系數(shù)FL 化工閥門

之前介紹JIS日標(biāo)不銹鋼截止閥標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在介紹化工調(diào)節(jié)閥壓力恢復(fù)系數(shù)FL工程設(shè)計(jì)中調(diào)節(jié)閥壓力恢復(fù)系數(shù)FL的應(yīng)用分析

   1、化工調(diào)節(jié)閥壓力恢復(fù)系數(shù)FL引言

     在工程設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需要對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行選型與計(jì)算，以達(dá)到穩(wěn)定控制的目的。但調(diào)節(jié)閥選型與計(jì)算時(shí)對(duì)FL的考慮較困難。本文除對(duì)FL的一般規(guī)律作分析，同時(shí)通過實(shí)例，對(duì)可能出現(xiàn)阻塞流工況，如何深入考慮FL作出分析。 為了說明控制閥壓力恢復(fù)情況，用壓力恢復(fù)系數(shù)( pressure recovcry facr。r)F．描述。表示控制閥內(nèi)部流體流經(jīng)縮流處后，動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓的恢復(fù)能力，E
是與閥門和流路特性有關(guān)的函數(shù)。例如，IEC推薦計(jì)算流量系數(shù)時(shí)，直通單座柱塞閥在流開
流向時(shí)．

自力式壓力調(diào)節(jié)閥工作原理
1、 自力式壓力調(diào)節(jié)閥閥后壓力控制工作原理，工作介質(zhì)的閥前壓力P1經(jīng)過閥芯、閥座的節(jié)流后，變?yōu)殚y后壓力P2。P2經(jīng)過控制管線到達(dá)執(zhí)行器的下膜室內(nèi)作用在頂盤上，產(chǎn)生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對(duì)位置，控制閥后壓力。當(dāng)閥后壓力P2增加時(shí)，P2作用在頂盤上的作用力也隨之增加。此時(shí)，頂盤的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯關(guān)向閥座的位置，直到頂盤的作用力與彈簧的反作用力相平衡為止。這時(shí)，閥芯與閥座的流通面積減少，流阻變大，從而使P2降為設(shè)定值。同理，當(dāng)閥后壓力P2降低時(shí)，作用方向與上述相反，這就是自力式（閥后）壓力調(diào)節(jié)閥的工作原理。
2、 自力式壓力調(diào)節(jié)閥閥前壓力控制工作原理，工作介質(zhì)的閥前壓力P1經(jīng)過閥芯、閥座后的節(jié)流后，變?yōu)殚y后壓力P2。同時(shí)P1經(jīng)過控制管線輸入到執(zhí)行器的上膜室內(nèi)作用在頂盤上，產(chǎn)生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對(duì)位置，控制閥前壓力。當(dāng)閥后壓力P1增加時(shí)，P1作用在頂盤上的作用力也隨之增加。此時(shí)，頂盤的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯向離開閥座的方向移動(dòng)，直到頂盤的作用力與彈簧的反作用力相平衡為止。這時(shí)，閥芯與閥座的流通面積減大，流阻變小，從而使P1降為設(shè)定值。同理，當(dāng)閥后壓力P1降低時(shí)，作用方向與上述相反，這就是自力式（閥前）壓力調(diào)節(jié)閥的工作原理。
電動(dòng)執(zhí)行器一般由永磁同步電機(jī)，蝸輪蝸桿減速器或行星齒輪減速器，反饋電位器和控制線路，控制器，輸出軸，支架所組成。電機(jī)作為動(dòng)力源，其大小決定了輸出力和扭矩的大小。減速器保證了動(dòng)作速度。反饋電位器和控制線路可以接受PLC工業(yè)計(jì)算機(jī)輸出的控制信號(hào)4-20MA或1-5V來控制電動(dòng)執(zhí)行器比例動(dòng)作，并有反饋信號(hào)輸出給控制系統(tǒng)，當(dāng)達(dá)到控制平衡時(shí)執(zhí)行器保持不動(dòng)狀態(tài)。現(xiàn)在控制線路一般都集成一個(gè)控制器內(nèi)，由環(huán)氧樹脂灌裝，防潮防震，可靠性高。支架是用來連接調(diào)節(jié)閥，一端連接電動(dòng)執(zhí)行器，一端連接調(diào)節(jié)閥。輸出軸與調(diào)節(jié)閥的閥桿相連接，使執(zhí)行器的輸出力或扭矩傳遞到調(diào)節(jié)閥，帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥完成比例控制動(dòng)作。
在電動(dòng)調(diào)節(jié)閥出行信號(hào)故障時(shí)可以使用手操器來進(jìn)行遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，其可以自動(dòng)切換自動(dòng)和手動(dòng)操作，非常方便。當(dāng)電源出行故障時(shí)就只能現(xiàn)場手動(dòng)來調(diào)節(jié)其行程，完成調(diào)節(jié)過程。電動(dòng)執(zhí)行器一般都帶有手動(dòng)操作部分，這點(diǎn)和氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥有著不同，后者一般手輪機(jī)構(gòu)都是選配的。

 化工控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)閥改造優(yōu)化
在自動(dòng)化較高的化工控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥作為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的終端執(zhí)行裝置，接受控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)化工流程的連續(xù)調(diào)節(jié)，運(yùn)行期間出現(xiàn)的故障直接關(guān)系著生產(chǎn)裝置的安全運(yùn)行。據(jù)現(xiàn)場實(shí)際統(tǒng)計(jì)大約70%的故障來源于調(diào)節(jié)閥。

      2、阻塞流的產(chǎn)生

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥在流量系數(shù)Cv的計(jì)算公式中，閥前壓力P1，閥后壓力P2的取壓位置及流體通過調(diào)節(jié)閥的壓力降變化情況如圖1所示。

圖1  閥內(nèi)的壓力恢復(fù)特性

     閥上壓降為ΔP=P1-P2。按能量守恒定律，在流體縮脈處的流速zui大而壓力zui低，即壓力降zui大，稱為ΔPvc。縮流處后流體流速又減小，直至P2處大部分靜壓得到恢復(fù)，此時(shí)壓力降為ΔP。

     當(dāng)介質(zhì)是液體，在壓差足夠大時(shí)，部份液體在該操作溫度下汽化，即發(fā)生了閃蒸。液體中夾帶了蒸汽，產(chǎn)生了二相流，液體不再是不可壓縮的，這時(shí)即使再增加壓差，流量也不再增加，這種極限流量現(xiàn)象稱為液體阻塞流。

      3、FL的具體分析

      3.1 FL的定義

             FL=Sqt（ΔP/ΔPvc）=Sqt（P1-P2）/（P1-Pvc）        （1）

      3.2  FL的意義

     FL是一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，表明了調(diào)節(jié)閥在液體通過后動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能的恢復(fù)能力（見圖1），也表明了液體產(chǎn)生阻塞流的臨界條件，故FL又稱為臨界流量系數(shù)。提出FL的目的，在于判斷液體通過調(diào)節(jié)閥時(shí)是否產(chǎn)生隆塞流，并用于計(jì)算調(diào)節(jié)閥的zui大允許壓差。

     3.3 阻塞流的判斷

      理論上用與的大小關(guān)系來判斷是否產(chǎn)生阻塞流，但在工程計(jì)算時(shí)用壓差大小來判斷。圖2表明了通過閥門的流量與壓差的關(guān)系。

圖2  流量與壓差的關(guān)系

     zui大允許壓差定義為ΔPc：

             ΔPc = FL2 ＊ ΔPvc=FL2＊ （P1-F**）       （2）

     Pv：操作溫度下的液體飽和蒸汽壓
      FF：液體臨界壓力比系數(shù)

      3.4 決定阻塞流的因素

     從公式2來看，一旦操作工況決定，zui大允許壓差ΔPc與FL有關(guān)系。阻塞流的產(chǎn)生與通過調(diào)節(jié)閥流量的大小，調(diào)節(jié)閥口徑?jīng)]有關(guān)系。

      4、FL值的一般規(guī)律

     4.1FL值的大小與調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式、流向、開度有關(guān)。一般情況下，制造廠提供的FL值是指調(diào)節(jié)閥全開下的數(shù)值。

     4.2幾何結(jié)構(gòu)*相同的調(diào)節(jié)閥FL值相同，并與口徑無關(guān)。同一類型的調(diào)節(jié)閥由于各制造廠的結(jié)構(gòu)略有不同，故FL也有差別。

     4.3的制造廠提供了各系列調(diào)節(jié)閥的FL值，國內(nèi)也有推薦值。詳見表1，表2。

表1 Masoneilan 偏心旋轉(zhuǎn)閥

表2 國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥FL的推薦值

      4.4 值與調(diào)節(jié)閥形式、開度的一般關(guān)系（參見圖3）

     一般情況下，直行程調(diào)節(jié)閥的值比旋轉(zhuǎn)型調(diào)節(jié)閥的大， 值隨調(diào)節(jié)閥開度的增加而減小。

圖3  FL值與閥門開度的關(guān)系

     （1）DSP球體閥：V口形球閥
      （2）SP球體閥：流開
      （3）偏心旋轉(zhuǎn)閥：流開
      （4）閥體分離閥：流開
      （5）偏心旋轉(zhuǎn)閥：流關(guān)
      （6）蝶閥（小力矩）
      （7）控制球閥
      （8）閥體分離閥：流關(guān)
      （9）DP球體閥：柱塞形閥芯
      （10）SP球體閥：流關(guān)
      （11）71000系列角閥：流關(guān)

      5、工程設(shè)計(jì)對(duì)FL值的考慮

     5.1工程設(shè)計(jì)中碰到阻塞流的情況并不多，有時(shí)還是工藝要求阻塞流，如液體變氣相作冷劑。但大多數(shù)工況要求避免阻塞流。

     5.2要避免阻塞流，可選用FL值較大的調(diào)節(jié)閥，這樣ΔPc也相應(yīng)大。選大口徑并不能避免阻塞流。

     5.3對(duì)大口徑旋轉(zhuǎn)閥，要考慮管路大小頭對(duì)FL值的修正。

     5.4當(dāng)制造廠未提供調(diào)節(jié)閥的FL值時(shí)，表4的FL值可作估算參考。

     5.5要考慮FL值與閥門開度、P1與管路流量特性之間的關(guān)系。

     由于調(diào)節(jié)閥Cv值計(jì)算只考慮操作工況的某一點(diǎn)，并不能保證所有工況都避免了阻塞流，所以在計(jì)算ΔPc時(shí)，要從動(dòng)態(tài)的角度來分析。

    對(duì)FL，可選用整個(gè)開度內(nèi)的zui小值，一般是全開時(shí)的FL值。

     P1一般隨開度增大而減小（或不變），故用zui大流量下的P1來計(jì)算ΔPc比較保險(xiǎn)。

    如果在調(diào)節(jié)閥計(jì)算時(shí)發(fā)現(xiàn)FL和P1不符合以上規(guī)律，要對(duì)選定調(diào)節(jié)閥各開度的ΔPc進(jìn)行驗(yàn)算。

     6、工程實(shí)例（見后）

    設(shè)計(jì)要求：流體介質(zhì)為高溫油，有粘性。閥體結(jié)構(gòu)要求簡單，能在線維修。選擇Cv值相對(duì)大的閥體形式，這樣比較經(jīng)濟(jì)。根據(jù)具體參數(shù)作計(jì)算，結(jié)果見計(jì)算書。

     6.1工程實(shí)例，通過對(duì)各制造廠計(jì)算書的比較，我們zui終選定了NELES-CONTROL的V型控制球閥，頂部安裝閥芯的形式。從計(jì)算結(jié)果看，該調(diào)節(jié)閥基本上避免了阻塞流，結(jié)構(gòu)形式滿足了工藝設(shè)計(jì)要求。

     6.2從計(jì)算結(jié)果看，由于在zui小流量時(shí)的壓差較大，這時(shí)還是產(chǎn)生了阻塞流。考慮到該調(diào)節(jié)閥對(duì)裝置極其重要，閥體、閥芯、閥座均作硬化處理。

7、結(jié)束語

    實(shí)際工程中對(duì)阻塞流的處理還有許多方法，如套筒閥、多級(jí)降壓、閥后安裝孔板等，但目的都是一個(gè)：通過提高P2，來增加Pvc，從而避免阻塞流。選用FL值較大調(diào)節(jié)閥是zui直接的方法。

    但是調(diào)節(jié)閥的zui終選定由諸多因素決定，關(guān)鍵是使用工況。上述實(shí)例也可選用直通單座閥，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格過高而放棄。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥