化工调节阀压力恢复系数FL 调节阀压力恢复系数FL 化工控制阀压力恢复系数FL 化工阀门

之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍化工调节阀压力恢复系数FL工程设计中调节阀压力恢复系数FL的应用分析

   1、化工调节阀压力恢复系数FL引言

     在工程设计中，经常需要对调节阀进行选型与计算，以达到稳定控制的目的。但调节阀选型与计算时对FL的考虑较困难。本文除对FL的一般规律作分析，同时通过实例，对可能出现阻塞流工况，如何深入考虑FL作出分析。 为了说明控制阀压力恢复情况，用压力恢复系数( pressure recovcry facr。r)F．描述。表示控制阀内部流体流经缩流处后，动能转换为静压的恢复能力，E
是与阀门和流路特性有关的函数。例如，IEC推荐计算流量系数时，直通单座柱塞阀在流开
流向时．

自力式压力调节阀工作原理
1、 自力式压力调节阀阀后压力控制工作原理，工作介质的阀前压力P1经过阀芯、阀座的节流后，变为阀后压力P2。P2经过控制管线到达执行器的下膜室内作用在顶盘上，产生的作用力与弹簧的反作用力相平衡，决定了阀芯、阀座的相对位置，控制阀后压力。当阀后压力P2增加时，P2作用在顶盘上的作用力也随之增加。此时，顶盘的作用力大于弹簧的反作用力，使阀芯关向阀座的位置，直到顶盘的作用力与弹簧的反作用力相平衡为止。这时，阀芯与阀座的流通面积减少，流阻变大，从而使P2降为设定值。同理，当阀后压力P2降低时，作用方向与上述相反，这就是自力式（阀后）压力调节阀的工作原理。
2、 自力式压力调节阀阀前压力控制工作原理，工作介质的阀前压力P1经过阀芯、阀座后的节流后，变为阀后压力P2。同时P1经过控制管线输入到执行器的上膜室内作用在顶盘上，产生的作用力与弹簧的反作用力相平衡，决定了阀芯、阀座的相对位置，控制阀前压力。当阀后压力P1增加时，P1作用在顶盘上的作用力也随之增加。此时，顶盘的作用力大于弹簧的反作用力，使阀芯向离开阀座的方向移动，直到顶盘的作用力与弹簧的反作用力相平衡为止。这时，阀芯与阀座的流通面积减大，流阻变小，从而使P1降为设定值。同理，当阀后压力P1降低时，作用方向与上述相反，这就是自力式（阀前）压力调节阀的工作原理。
电动执行器一般由永磁同步电机，蜗轮蜗杆减速器或行星齿轮减速器，反馈电位器和控制线路，控制器，输出轴，支架所组成。电机作为动力源，其大小决定了输出力和扭矩的大小。减速器保证了动作速度。反馈电位器和控制线路可以接受PLC工业计算机输出的控制信号4-20MA或1-5V来控制电动执行器比例动作，并有反馈信号输出给控制系统，当达到控制平衡时执行器保持不动状态。现在控制线路一般都集成一个控制器内，由环氧树脂灌装，防潮防震，可靠性高。支架是用来连接调节阀，一端连接电动执行器，一端连接调节阀。输出轴与调节阀的阀杆相连接，使执行器的输出力或扭矩传递到调节阀，带动调节阀完成比例控制动作。
在电动调节阀出行信号故障时可以使用手操器来进行远程手动控制，其可以自动切换自动和手动操作，非常方便。当电源出行故障时就只能现场手动来调节其行程，完成调节过程。电动执行器一般都带有手动操作部分，这点和气动调节阀有着不同，后者一般手轮机构都是选配的。

 化工控制系统中的调节阀改造优化
在自动化较高的化工控制系统中，调节阀作为自动调节系统的终端执行装置，接受控制信号，实现对化工流程的连续调节，运行期间出现的故障直接关系着生产装置的安全运行。据现场实际统计大约70%的故障来源于调节阀。

      2、阻塞流的产生

上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀在流量系数Cv的计算公式中，阀前压力P1，阀后压力P2的取压位置及流体通过调节阀的压力降变化情况如图1所示。

图1  阀内的压力恢复特性

     阀上压降为ΔP=P1-P2。按能量守恒定律，在流体缩脉处的流速zui大而压力zui低，即压力降zui大，称为ΔPvc。缩流处后流体流速又减小，直至P2处大部分静压得到恢复，此时压力降为ΔP。

     当介质是液体，在压差足够大时，部份液体在该操作温度下汽化，即发生了闪蒸。液体中夹带了蒸汽，产生了二相流，液体不再是不可压缩的，这时即使再增加压差，流量也不再增加，这种极限流量现象称为液体阻塞流。

      3、FL的具体分析

      3.1 FL的定义

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

      3.2  FL的意义

     FL是一个实验数据，表明了调节阀在液体通过后动能转变为静压能的恢复能力（见图1），也表明了液体产生阻塞流的临界条件，故FL又称为临界流量系数。提出FL的目的，在于判断液体通过调节阀时是否产生隆塞流，并用于计算调节阀的zui大允许压差。

     3.3 阻塞流的判断

      理论上用与的大小关系来判断是否产生阻塞流，但在工程计算时用压差大小来判断。图2表明了通过阀门的流量与压差的关系。

图2  流量与压差的关系

     zui大允许压差定义为ΔPc：

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

     Pv：操作温度下的液体饱和蒸汽压
      FF：液体临界压力比系数

      3.4 决定阻塞流的因素

     从公式2来看，一旦操作工况决定，zui大允许压差ΔPc与FL有关系。阻塞流的产生与通过调节阀流量的大小，调节阀口径没有关系。

      4、FL值的一般规律

     4.1FL值的大小与调节阀的结构形式、流向、开度有关。一般情况下，制造厂提供的FL值是指调节阀全开下的数值。

     4.2几何结构*相同的调节阀FL值相同，并与口径无关。同一类型的调节阀由于各制造厂的结构略有不同，故FL也有差别。

     4.3的制造厂提供了各系列调节阀的FL值，国内也有推荐值。详见表1，表2。

表1 Masoneilan 偏心旋转阀

表2 国产调节阀FL的推荐值

      4.4 值与调节阀形式、开度的一般关系（参见图3）

     一般情况下，直行程调节阀的值比旋转型调节阀的大， 值随调节阀开度的增加而减小。

图3  FL值与阀门开度的关系

     （1）DSP球体阀：V口形球阀
      （2）SP球体阀：流开
      （3）偏心旋转阀：流开
      （4）阀体分离阀：流开
      （5）偏心旋转阀：流关
      （6）蝶阀（小力矩）
      （7）控制球阀
      （8）阀体分离阀：流关
      （9）DP球体阀：柱塞形阀芯
      （10）SP球体阀：流关
      （11）71000系列角阀：流关

      5、工程设计对FL值的考虑

     5.1工程设计中碰到阻塞流的情况并不多，有时还是工艺要求阻塞流，如液体变气相作冷剂。但大多数工况要求避免阻塞流。

     5.2要避免阻塞流，可选用FL值较大的调节阀，这样ΔPc也相应大。选大口径并不能避免阻塞流。

     5.3对大口径旋转阀，要考虑管路大小头对FL值的修正。

     5.4当制造厂未提供调节阀的FL值时，表4的FL值可作估算参考。

     5.5要考虑FL值与阀门开度、P1与管路流量特性之间的关系。

     由于调节阀Cv值计算只考虑操作工况的某一点，并不能保证所有工况都避免了阻塞流，所以在计算ΔPc时，要从动态的角度来分析。

    对FL，可选用整个开度内的zui小值，一般是全开时的FL值。

     P1一般随开度增大而减小（或不变），故用zui大流量下的P1来计算ΔPc比较保险。

    如果在调节阀计算时发现FL和P1不符合以上规律，要对选定调节阀各开度的ΔPc进行验算。

     6、工程实例（见后）

    设计要求：流体介质为高温油，有粘性。阀体结构要求简单，能在线维修。选择Cv值相对大的阀体形式，这样比较经济。根据具体参数作计算，结果见计算书。

     6.1工程实例，通过对各制造厂计算书的比较，我们zui终选定了NELES-CONTROL的V型控制球阀，顶部安装阀芯的形式。从计算结果看，该调节阀基本上避免了阻塞流，结构形式满足了工艺设计要求。

     6.2从计算结果看，由于在zui小流量时的压差较大，这时还是产生了阻塞流。考虑到该调节阀对装置极其重要，阀体、阀芯、阀座均作硬化处理。

7、结束语

    实际工程中对阻塞流的处理还有许多方法，如套筒阀、多级降压、阀后安装孔板等，但目的都是一个：通过提高P2，来增加Pvc，从而避免阻塞流。选用FL值较大调节阀是zui直接的方法。

    但是调节阀的zui终选定由诸多因素决定，关键是使用工况。上述实例也可选用直通单座阀，但由于结构复杂、价格过高而放弃。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀