减压阀阻塞流对计算的影响

                       减压阀阻塞流对计算的影响

                        上海申弘阀门有限公司

3.1.4阻塞流对计算的影响
    之前介绍减压阀入口压力小于设定值，现在介绍减压阀阻塞流对计算的影响从上面的分析可知．阻塞流是指不可压缩流体或可压缩流体在流过控制阀时所达到的大流量状态（即极限状态）。在固定的人口条件下，阀前压力p：保持一定而逐步降低阀后压力赴时，流经控制阀的流量会增加到一个大极限值，再继续降低P：，流量不再增加，这个极限流量即为阻塞流。阻塞流出现之后，流量与△≯(p．-  p。)之间的关系已不再遵循式(3-1)的规律。

 在进行控制阀流量计算时，定义Cv为控制阀流量系数，它与阀门结构、阀前后压差、入口流体密度和流体特性有关，为无量纲。具体计算中，Cv＝，其中：q是经过控制阀的流量；ρ1是控制阀阀前流体密度；N是工程单位系数，也是无量纲；Δp是控制阀前后压差。不难看出，Δp越大，Cv值越小。但是对于发生了阻塞流工况下的控制阀的计算，以上常规的计算压差Δp＝p1－p2的方式并不适用，会导致阀门计算错误，并使阀门选型过小。笔者通过实例介绍阻塞流工况的判别步骤及其工况下计算压差的确定，有利于正确的阀门选型。
    在某石化改造项目中，有1台阀门是20世纪80年代设计选型的，根据当时的工艺数据，流量qm＝18000kg/h，阀前压力p1＝3.3MPa（A），阀后压力p2＝0.86MPa（A），压差Δp＝2.44MPa，结合温度与密度等参数，计算Cv值，后选择了1台Cv＝17，口径为5.08cm（2in）的控制阀。然而这台阀门在实际应用中一直偏小，业主反应，即使平时阀门全开，但使用中还是偏小，迫切希望该次改造中对阀门进行重新计算并重新选型。深入研究后，发现由于阀后压力p2很小，实际已经发生了阻塞流（闪蒸）的工况，此时进行Cv值计算时，Δp≠2.44MPa，应该代入发生阻塞流时对应的临界压降Δpcr。而Δpcr＜p1－p2＝2.44MPa，导致了原先阀门的计算偏小。
    由此可知，通常情况下Δp＝p1－p2，即控制阀阀前压力与阀后压力之差，如果阀前压力p1恒定，则Δp随着阀后压力p2的变化而变化，p2越小，则Δp越大。如果p2降低到一定的值，经过控制阀的流体发生了阻塞流的情况，Δp的取值则不再等于p1－p2，需要重新考虑。 笔者着重讨论阻塞流工况下，阀门Cv值计算时Δp的取值问题，进一步再判断阀门是闪蒸工况还是气蚀工况以及相应工况下的处理措施。
   阻塞流是指不可压缩流体或可压缩流体在流过调节阀时所达到的大流量状态（即极限状态）。在固定的入口条件下，阀前压力P1保持一定而逐步降低阀后压力P2时，流经调节阀的流量会增加到一个大极限值，再继续降低P2，流量不再增加，这个极限流量即为阻塞流。阻塞流出现之后，流量与△P（P1-P2）之间的关系已不再遵循公式的规律。当按实际压差计算。要比阻塞流量大很多。因此，为了求得此时的流量值，只能把开始产生阻塞流时的阀压降作为计算用的压降。

液体是不可压缩流体，它在产生阻塞流时，Pvc值与液体介质的物理性质有关，即：Pvc=Ff×Pv

式中PV———液体的饱和蒸汽压力；Ff———液体的临界压力比系数。

Ff是阻塞流条件下缩流处压力与阀入口温度下的液体饱和蒸汽压力Pv之比，是Pv与液体临界压力之比的函数。可以在数据表中查出，也可用下式进行计算，）可见，只要能求得Pvc值，便可得到不可压缩流体是否形成阻塞流的判断条件.，因此，当△P大于等于阀压降Fl为阻塞流情况，当△P小于阀压降时为非阻塞流情况。对于可压缩流体，引入一个称为压差比X的系数,即X=△P/P1,也就是说，阀门压降△P与入口压P1的比称为压差比。试验表明：若以空气作为试验流体，对于一个特定的调节阀，当产生阻塞流时，其压差比是一个固定常数，称为临界压差比。对别的可压缩流体，只要把临界压差比乘一个比热比系数，即为产生阻塞流时的临界条件。 1 阻塞流的判断
    对于不可压缩的流体，控制阀阀前压力p1保持一定时，逐步降低阀后压力p2时，流过控制阀的流量会逐渐增加，但当阀后压力p2降低到某一数值后，流过控制阀的流量到达一个大极限值qmax，这时再降低p2也不能使通过控制阀的流量再增加了，该大极限值就是阻塞流（chockedFLow）。因此，p2越小，导致实际控制阀两端的压降大于阻塞流对应的临界压降Δpcr时，会发生阻塞流，即Δp＞Δpcr时，阀门Cv值的计算就不能采用工艺给的压降Δp来计算，而应该采用阻塞流对应的临界压降Δpcr。 因此，对于可能发生阻塞流工况的阀门，设计人员在计算时需要特别注意，首先要确认是否确实发生阻塞流，从而选择正确的Δp取值。
    上海申弘阀门有限公司主营阀门有：减压阀(气体减压阀,可调式减压阀,水减压阀对于不可压缩流体，当流体节流时，流速增大，压力降低，大流速处具有小压力。但是，当节流后，流束的截面积并没有立即扩大，而是继续缩小，因而大流速并不在节流处，而是在节流处下游某处，该处称为静缩流处，该处压力小，称为pvc。之后，随着流束截面的扩大，压力增高，流速降低，但终的出口压力不可能再恢复到入口压力p1，而为p2，即流过控制阀后压力得到恢复，但也存在不可恢复的压力损失。
    不可压缩流体发生阻塞流的原因是由于流体经过控制阀后，经过节流，压力会逐渐减小，当压力减小到小于流体的饱和蒸汽压pv，使部分液体汽化，此后即使压力再减小，流量也不再增加了，这样就发生了阻塞流。对于不可压缩的流体，发生阻塞流的条件是下式成立：
        （1）
    式中：pvcr———发生阻塞流时，其静缩流处大流速对应的小压力pvc，此时的pvc用pvcr表示；FL———压力恢复系数。Δp由工艺提出，显而易见，重点是如何计算Δpcr的大小。
    2 减压阀阻塞流对计算的影响Δpcr的计算
    发生阻塞流时，对应的临界压降Δpcr＝F2L（p1-pvcr），以下就pvcr和FL分别进行讨论。

    从图3 5可以看出．当按实际压差计算时，Q 7…要比阻塞流量Q，…大很多。因此．为了求得此时的K.值，只能把开始产生阻塞流时的控制阀压降√五i作为甘算用的压降。
    液体是不可压缩流体．它在产生阻塞流时，P。值与液体介质的物理性质有关。即
    p。。=FF．p、
式中：p.-液体的饱和蒸汽压力；
    FF-液体的临界压力比系数。
    FF是阻塞流条件下缩流处压力与控制闻人口温度下的液体饱和蒸汽压力Pv之比，是
Pv与液体临界压力A之比的函数，可以用图3-6查出FF值，电可以用式(3-6)进行计算：
    FF =O．96-0.28“巧万    (3-6)
式中：pc-液体临界压力，对于水p.=22. 565 MPa．与本产品相关论文：水轮机减压阀