化工调节阀口径流量计算选型

在过程控制中，执行器的调节机构就是调节阀，也称为控制阀。调节阀通过改变阀芯的行程，即改变阀芯与阀座之间通流面积的大小，从而改变阀的局部阻力来调节流量。调节阀的结构种类很多，图1是常见的几种结构形式。计算调节阀口径需要确定计算流量、确定计算差压、计算流通能力、选择流通能力、验算和确定调节阀口径这六步骤，今天给大家分享调节阀口径选择的相关知识。

化工调节阀口径流量计算选型口径选择步骤

1计算流量的确定

计算流量是指通过调节阀的最大流量。流量值应根据工艺设备的生产能力、对象负荷的变化、操作条件变化以及系统的控制品质等因素综合考虑、合理确定。但有两种倾向应避免：一是过多考虑余量，使阀门口径选得过大，这不但造成经济上的浪费，而且将使阀门经常处于小开度工作，从而使可控比减小，控制性能变坏，严重时甚至会引起振荡，从而大大降低了调节阀的寿命；二是只考虑眼前生产，片面强调控制质量，以致当生产力略有提高时，控制阀就不能适应，被迫更换。计算流量也可以参考泵和压缩机等流体输送机械的能力来确定。有时，综合多种方法来确定。

在不同的自控系统中，流量、介质、压力、温度等参数千差万别，而调节阀的流量系数又是在100KPa压差下,介质为常温水时测试的，怎样结合实际工作情况决定阀的口径呢？显然，不能以实际流量与阀流量系数比较(因为压差、介质等条件不同),而必须进行KV值计算。把各种实际参数代入相应的KV值计算公式中，算出Kv值,即把在不同的工作条件下所需要的流量转化为该条件下所需要的KV值,于是根据计算出的Kv值与阀具有的Kv值比较,从而决定阀的口径,最后还应进行有关验算,进一步验证所选阀是否能满足工作要求。

2、化工调节阀口径流量计算选型口径计算步骤

   从工艺提供有关参数数据到最后口径确定，一般需要以下几个步骤：

   （1）计算流量的确定。根据现有的生产能力、设备负荷及介质的状况，决定计算的最大工作流量Qmax和最小工作流量Qmin。

   （2）计算压差的决定。根据系统特点选定S值，然后决定计算压差。

   （3）Kv值计算。根据已决定的计算流量、计算压差及其它有关参数，求出最大工作流量时的Kvmax。

   （4）初步决定调节阀口径，根据已计算的Kvmax，在所选用的产品型式系列中，选取大于Kv-max并与其接近的一档Kv值，得出口径。

   （5）开度验算。

   （6）实际可调比验算。一般要求实际可调比应大于10。

   （7）压差校核（仅从开度、可调比上验算还不行，这样可能造成阀关不死，启不动，故我们增加此项）。

   （8）上述验算合格，所选阀口径合格。若不合格，需重定口径（及Kv值），或另选其它阀，再验算至合格。

2化工调节阀口径流量计算选型计算压差的确定

计算压差是指调节阀阀全开，流量最大时调节阀上的压差。确定计算压差时必须兼顾控制性能和动力消耗两方面。阀上的压差占整个系统压差的比值越大，调节阀流量特性的畸变越小，控制性能就越能得到保证。但阀前后压差越大，所消耗的动力越多。

计算压差主要是根据工艺管路、设备等组成的系统压差大小及变化情况来选择，其步骤如下：

①把调节阀前后距离最近的、压力基本稳定的两个设备作为系统的计算范围。

②在最大流量条件下，分别计算系统内各项局部阻力(调节阀除外)所引起的压力损失△PF，再求出它们的总和Σ△PF。

③选择S值。S值应为调节阀全开时控制阀上压差△PV和系统总的压力损失之比，即S=△PV÷(△PV+Σ△PF)，常选S=0.3-0.5。但某些系统，即使S值小于0.3时仍能满足控制性能的要求。对于高压系统，为了降低动力消耗，也可降低到S=0.15。对于气体介质，因为阻力损失较小，调节阀上的压差所占的分量较大，所以一般S值都大于0.5。但在低压及真空系统中，由于允许压力损失较小，所以S仍以0.3-0.5为宜。

④按已求出的Σ△PF及选定的S值，利用公式S=△PV÷(△PV+Σ△PF)可求取调节阀计算压差△PV=SΣ△PF÷(1-S)。考虑到系统设备中静压经常波动，会影响阀门上压差的变化，使S值进一步下降。如锅炉给水控制系统中，计算压差应增加系统设备静压(设锅炉额定静压为P)的5%-10%，即△PV=SΣ△PF÷(1-S)+0.0521P。调节阀上的压差增加固然对控制有利，但是过大的压差有可能使调节阀出现汽蚀现象。在确定计算压差时还应考虑不产生汽蚀。

3化工调节阀口径流量计算选型调节开度和可控比的验算

计算流量、计算压差确定之后，应作调节阀调节开度和可控比的验算。

①调节阀开度的验算一般最大流量下调节阀的开度应在90%左右，最小流量下调节阀的开度不小于10%。开度验算时必须考虑理想的调节阀流量特性和工作条件。下面给出两种常用流量特性的调节阀在工作条件下(串联管道)的开度验算公式。直线特性调节阀开度：

等百分比调节阀开度：

式中k为流量qi处的阀门开度；qi为被验算开度处的流量，m3/h；r为介质密度，kg/m3。

②可控比的验算目前，我国统一设计的调节阀，其理想可控比R一般均为30，但在使用时受最大开度和最小开度的限制，一般会使可控比下降到10左右。在串联管道情况下，实际可控比Rc=R√S。因此，按下面的公式Rc=10√S进行可控比验算,若Rc＞qmax/qmin时，则所选调节阀符合要求。否则，必须改变调节阀的S数值，可采取增加系统压力或采用两个控制阀(降低S数值)，进行分程控制的方法来满足可控比要求。

综上所述，根据工艺所提供的数据确定调节阀口径的步骤为：

①确定计算流量：根据生产能力、设备负荷及介质状况，确定计算流量qmax和qmin。

②确定计算压差：根据所选定的流量特性和系统特性选定S值，然后决定计算压差。

③计算流通能力：根据已决定的计算流量和计算压差，求最大流量时的流通能力Cmax。

④选择流通能力C：根据已求得的Cmax在所选用的产品型式的标准系列中，选取大于Cmax且与其的那一挡C值。

⑤验算：验算控制阀开度和可控比。

⑥确定控制阀口径：验算合格后，根据流通能力C值决定控制阀的公称直径和阀座直径。

化工调节阀口径流量计算选型口径计算步骤中有关问题说明

   1）最大工作流量的决定

   为使调节阀满足调节的需要,计算时应考虑工艺生产能力、对象负荷变化、预期扩大生产等因素,但必须防止过多地考虑余量,使阀口径选大;否则,不仅会造成经济损失、系统能耗大,而且阀处小开度工作,使可调比减小,调节性能变坏,严重时还会引起振荡,使阀的寿命缩短,特别是高压调节阀,更要注意这一点。现实中,绝大部分口径选大都是此因素造成的。 

   2）计算压差的决定——口径计算的最关键因素

   压差的确定是调节阀计算中的关键。在阀工作特性讨论中知道:S值越大,越接近理想特性,调节性能越好；S值越小,畸变越厉害,因而可调比减小,调节性能变坏。但从装置的经济性考虑时,S小,调节阀上压降变小,系统压降相应变小,这样可选较小行程的泵,即从经济性和节约能耗上考虑

S值越小越好.综合的结果,一般取S＝0.1～0.3（不是原来的0.3～0.6）.对高压系统应取小值,可小至S＝0.05.最近,为减小调节阀上的能耗,我们还提出了采用低S值的设计方法(S＝0.05～0.1),即选用低S节能调节阀。

1.化工调节阀口径流量计算选型的流量特性

调节阀的流量特性是指流过阀门的流量与阀门开度之间的函数关系。一般用相对流量和阀门的相对开度表示。

式中为相对流量，即调节阀在某一开度l下的流量与全开时流量之比。为相对开度，即调节阀某一开度l与全开时开度L之比，这里l和L都是指阀芯的行程。

   在调节阀前后压差保持不变条件下得到的流量特性称为调节阀的理想流量特性。调节阀的理想流量特性有快开、直线、等百分比和抛物线4种。典型的理想流量特性曲线如图2所示。

式中,为相对流量，R称为调节阀的可调范围或可调比，它是调节阀所能控制的最大流量与最小流量之比。一般是全开流量的。国产调节阀的理想可调范围R=30.具有直线流量特性的调节阀当阀门开度变化时，相对流量的变化与之成线性关系。

例2  化工调节阀口径流量计算选型假定某调节阀的直线流量特性为                   

设阀门全开时的流量为，求阀门开度从10%变化到20%和从80%变化到90%时，阀门流量的变化。

解  阀门相对开度为10%的流量从这个例子看出，在流量小时，同样的阀门相对开度变化时，流量变化的相对值比流量大时大得多。这说明在调节阀小开度时调节作用较强，在大开度时调节作用较弱。从控制的要求来看，系统处于小负荷时，希望调节阀流量不要变化太大，控制作用不要太强，而在负荷较大时，希望流量变化要大一些，控制作用要强一些，以便于克服干扰的影响。直线流量特性不能满足这个要求。

   等百分比流量特性相对流量与调节阀相对开度的关系为

等百分比流量特性又称对数流量特性。它是一条对数曲线，曲线斜率随相对开度增大而增大。在同样开度变化下，流量变化小，负荷大，流量变化也大，因而控制特性好，有利于控制系统工作。

  快开流量特性的调节阀在开度较小时就有较大流量，而且流量很快就能达到最大，适用于快速开关的场合。其流量特性可表示为

抛物线流量特性的调节阀，介于直线流量特性与等百分比流量特性之间。其流量特性可表示为

调节阀的流量特性取决于阀芯的形状。图3是与4种流量特性相对应的阀芯的形状。

调节阀在实际应用中，阀门的流量与阀门开度之间的关系称为调节阀的工作流量特性。由于调节阀在实际工作中两端的压差不可能不变，管路系统的总阻力也会影响到阀的流量特性。所以调节阀的工作流量与理想流量特性是有差别的。在实际工作条件下，理想流量特性将会发生畸变。

流通能力是选择调节阀口径的主要依据。为了能正确计算流通能力，首无必须合理确定调节阀的流量和压差的数值。通常把代入流通能力计算公式的流量和压差称为计算流量和计算压差。

    调节阀流量特性的选择，一般是从保证控制系统控制质量来考虑的。为了保持控制系统的控制品质不变，希望控制系统总的放大系数能保持不变。在控制系统中，变送器、控制器的放大系数是不变得。被控对象的放大系数会随负荷变化。所以，我们往往通过选择调节阀的流量特性来补偿被控对象的放大系数的变化，其选择的原则是使被控对象的放大系数和调节阀的放大系数的乘积为常数。即对于放大系数随负荷增大而变小的被控对象，就应选择放大系数随流量增加而变大的流量特性，例如等百分比流量特性。