调节阀压差的确定

调节阀压差得确定一、概述在化工过程控制系统中9带调节阀得控制回路随处可见•在确定调节阀压差得过程中■必须考虑系统对调节阀操作性能得影响，否则，即使计算出得调节阀压差再精确，最终确定得调节阀也就是无法满足过程控制要求得。

从自动控制得角度来讲，调节阀应该具有较大得压差。

这样选出来得调节阀，其实际工作性能比较接近试验工作性能（即理想工作性能），即调节阀得调节品质较好，过程容易控制。

但就是,容易造成确定得调节阀压差偏大，最终选用得调节阀口径偏小。

一旦管系压降比讣算值大或相当，调节阀就无法起到正常得调节作用。

实际操作中，出现调节阀已处于全开位置，所通过得流量达不到所期望得数值;或者通过调节阀得流量为正常流量值时，调节阀已处于9 0 %开度附近•己处于通常调节阀开度上限，若负荷稍有提高■调节阀将很难起到调节作用。

这就就是调节阀压差取值过大得结果。

从丄艺系统得角度来讲■调节阀应该具有较小得压差•这样选出来得调节阀，可以避免出现上述问题，或者调节阀处于泵或压缩机出口时能耗较低。

但就是■这样做得结果往往就是选用得调节阀口径偏大，山于调节阀压差在管系总压降中所占比例过小，调节阀得工作特性发生了严重畸变，调节阀得调节品质不好•过程难于控制。

实际操作中，出现通过调节阀得流量为正常流量值时，调节阀已处于1 0%开度附近■已处于通常调节阀得开度下限，若负荷稍有变化，调节阀将难以起到调节作用，这种悄况在低负荷开车时尤为明显。

这就就是调节阀压差取值过小得结果•同时，调节阀口径偏大，既就是调节阀能力得浪费,使调节阀费用增高；而且调节阀长期处于小开度运行•流体对阀芯与阀座得冲蚀作用严重，缩短调节阀得使用寿命。

正确确定调节阀得压差就就是要解决好上述两方面得矛盾•使根据工艺条件所选出得调节阀能够满足过程控制要求，达到调节品质好、节能降耗乂经济合理。

关于调节阀压差得确定，常见两种观点。

其一认为根据系统前后总压差估算就可以了；其二认为根据管系走向计算出调节阀前后压力即可计算出调节阀得压差。

这两种方法对于估算国内初步设计阶段得调节阀就是可以得，但用于详细设计或施丄图设讣阶段得调节阀选型就是错误得■常常造成所选得调节阀口径偏大或偏小得问题•正确得做法就是对调节阀所在管系进行水力学计算后，结合系统前后总压差，在不使调节阀工作特性发生畸变得圧差范W 内合理地确定调节阀压差。

有人会问•一般控制条件在流程确定之后即要提出，而管道专业得配管图往往滞后•而且配管时还需要调节阀得有关尺寸，怎样在提调节阀控制条件时先进行管系得水力学计算呢?怎样进行管系得水力学计算，再结合系统前后总压差，最终在合理范ffl内确定调节阀压差，这就就是本文要解决得问题。

二.调节阀得有关概念为了让大家对调节阀压差确定过程有一个清楚得认识，我们需要a温一下与调节阀有关得一些基本概念。

I、调节阀得工作原理如图1所示，根据柏努力方程■流体流经调节阀前后1一1与2-2截面间得能量守恒关系如下式所示。

山于II F H2,U I =U2，则有：。

在流体阻力计算时，还有：。

则有：-E^Er 则通过调节阀得流量为：F—-------- 一调节阀接管面积K-一一一一调节阀阻力系数。

山于F为定值，当P|・P2不变时，流量随K值变化•而K值就是随调节阀得开度发生变化得。

因此调节系数K值发生变化•来达到调节流量U得得。

现令：则有：X：值即仪表专业选阀时用到得一个巫要参数，称为调节阀得流通能力。

其定义为调节阀全开，调节阀两端压差为I kg/cm?时，流经调节阀介质密度为1g/cm3流体得流量。

2、调节阀得理想流量特性流体通过调节阀时，其相对流量与调节阀相对开度之间得关系，称为调节阀得流量特性。

其数学表达式为：如图1所示仅以调节阀进出口为研究对象，使调节阀压差为定值时，得到得流量特性为理想流量特性.1）直线流量特性当调节阀单位相对开度变化引起得相对流量变化就是一个常数时，称调节阀具有直线流量特性。

其数学表达式为：其积分式为：代入边界条件1=0时，Q = Qm i n ； l=Im a x时，Q=Qmi n .得: 设：则有：R称为可调比，即调节阀可以调节得最大流量Qmdx与可以调节得最小流量Qmin得比值。

Qm i n不就是调节阀关闭得泄漏量，它就是可调流量得下限值，当流量低于此值时，调节阀无法保证调节精度。

一般Qmin二（2~4%）Qmax,而泄漏量仅为（0、1〜0、0 1%）Qma x o直线流量特性得调节阀■其开度变化相同时，流量变化也就是相同得。

一般调节阀，理想可调比R=3 0时■直线流量特性调节阀得相对流量随相对开度间得变化情况如图2中得直线（1 ）所示.2）等白分比流量特性当调节阀单位相对开度变化引起得相对流量变化与此点得相对流量成正比时，称调节阀具有等白分比流量特性。

其数学表达式为：积分后代入边界条件1= 0时P Q=Qmm; 1 =lmax时，Q=Qmino得：。

等百分比流量特性得调节阀，其开度变化百分比相同时，流量变化百分比也相同. 对于一般调节阀■理想可调比R=3 0时，等疔分比流量特性调节阀得相对流量随相对开度间得变化W 况如图2中得曲线（2）所示.3） 快开流量特性当调节阀单位相对开度变化引起得相对流量变化与此点得相对流量成反比时. 称调节阀具有快开流量特性。

其数学表达式为：积分后代入边界条件1 =0时.Q =Qm 1 n ； i =lmax 时，Q= Q mi n 。

得：快开流量特性得调节阀■开度较小时，对应流量就比较大，在其开度范ffl 内，随着 开度增加■流量很快达到最大，开度再增加时■流量变化幅度很小以至于不变。

对于 一般调节阀，理想可调比R=3O 时■快开流量特性调节阀得相对流量随相对开度间 得变化悄况如图2中得曲线（3）所示。

4） 抛物线流量特性当调节阀单位相对开度变化引起得相对流量变化与此点相对流量得平方根成 正比时，称调节阀具有抛物线流量特性•其数学表达式为：积分后代入边界条件可得：抛物线流量特性得调节阀,其开度变化时•流量介于直线流量特性与等百分比流 量特性之间变化。

对于一般调节阀，理想可调比R=3O 时，抛物线流量特性调节阀 得相对流量随相对开度间得变化悄况如图2中得曲线（4）所示。

4）儿种流量特性得比较参见图2中得流量特性曲线，对于直线流量特性，相同得开度变化，流量变化△ Q 就是相同得，那么在小流量时9 △ Q / Q 时勺大9操作灵敬不易控制：大流量时，△ Q/Q 劇皿小，操作平稳易于控制。

因此，直线流量特性调节阀适合于负荷变化小得 场合©用2領秣梆处讹ft ；uuR=30） ⑴駭⑵争瑚比⑶晰也）烧務0 20 3 » 60 M 0S 大开 :大得场合。

甘，流量变 .但适合于化 在型包圮帀IJ 獣性圮切。

抛物线流量特性，其特性曲线介于直线流量特性与等百分比流量特性之间■而且接近于等白•分比流量特性。

因此常用等百分比流量特性调节阀来代替抛物线流量特性调节阀.。

所以，我们经常用到得就是直线流量特性调节阀与等百分比流量特性调节阀。

3、调节阀得实际流量特性山于调节阀都就是安装在管路上，在系统总压降一定得悄况下，当流量发生变化时，管路压降在变化•调节阀圧差也在发生变化•因此调节阀压差变化时，得到得流量特性为实际流量特性。

1)串联管路调节阀得实际流量特性对于如图3所示得调节阀与管路串联得系统，当调节阀上压差为APi值并保持不变时，单就调节阀本身来说它具有理想流量特性•山式(8)可得：Cqi.为调节阀全开时得流通能力，贝％对比式(9)则有：将式(23)代入式(2 0),则得：通过管道得流量可以用下式表示：Cg为管道得流通能力山于通过管系得流量就是唯一得，因此有下式成立：则有：山于：将式(27)代入式(28)得：当调节阀全开时，调节阀上有最小压差，设最小压差为APz山于调节阀全开，此时有：则由式(29)得：v\A?则得：令：S为调节阀全开时，调节阀得压差与系统,t有得资料上称之为调节阀得阀权度.则有：将式(3 3 )代入式(30),则得：若以Q”诳表示管道阻力为零时调节阀全开时得最大流量，则山式(2 1)与式(2 4 )可得：若以Quo表示有管道阻力时调节阀全开时得最大流量，则由式(24 )与式(21)、式(3 2)得：将式(34)代入式(36)■则得：式(35)为调节阀得实际流量与理想最大流量参比关系。

对于R = 30得调节阀, 当调节阀阻比发生变化时，其关系曲线如图4所示。

式(37)即为调节阀得实际流量特性，它不但与调节阀得相对开度有关，而且与调节阀得阻比S有关。

对于安装在实际管路中R = 30得调节阀，当调节阀阻比发生变化时，其实际性能曲线得变化趋势如图5所示。

从图4与图5可见：3）当调节阀阻比S=1时•即管道阻力为零,系统得总压降全部落在调节阀上，此时实际流量特性与理想流量特性就是一致得。

b）随着调节阀阻比S得减小，即管道阻力增加■调节阀最大流量比管道阻力为零时理想最大流量要小，可调比在缩小。

C）随着调节阀阻比S得减小，实际流量特性偏离理想流量特性,S越小偏离程度越大.d）从图4可见，随着调节阀阻比S得减小，直线流量特性趋向于快开流量特性，等百分比流量特性趋向于直线流量特性•而且随着调节阀阻比S得减小■可调最小流量在升高，可调比在缩小.因此，随着调节阀阻比S得减小，实际流量曲线偏离理想流量曲线，可调比在缩小，可调节范a在变窄。

反之则说明，为了保证调节阀具有较好得调节性能，调节阀要求有一定得压差。

在实际应用中，为保证调节阀具有较好得调节性能，避免调节阀实际特性发生畸变,一般希望调节阀阻比SMO、3.5-1皈节铀城肘炸我（以QuJ多Iti。

根据图5与试验测试，调节阀阻比S对调节阀特性得影响结果如下表所示:所以•综合兼顾控制与丄艺两方面要求，一般S=0、3〜0、5。

特殊悄况下. 蛆）高压减至低压时5很容易在0、5以上•虽然S越大越好■但有时压差很大■容易造成调节阀冲蚀或流体已呈阻塞流，此时可在调节阀前增设一减压孔板，使部分爪差消耗在孔板上•孔板上分担得压差可与自控专业协商确定。

Ob）稍高压力减至低压或物料自流得场合，要使S在0、3以上有时有困难。

此时可想办法降低管路阻力■如:放大管径、改变设备布置以缩短管道长度或增加位差、减少弯头等措施，一定要确保S20、3。

0C）低压经由泵至高压得场合，为了降低能耗，要求至少S$0、15。

但为获得较好得调节阀品质，建议S20、3.d）气体管路山于阻力降很小，S很容易在0、5以上。

但在低压与真空系统中, 山于容许压力降较小，要求SMO、15。

2）并联管路调节阀得实际流量特性对于如图6所示得调节阀与管路并联得系统，压差A P为定值。

因此总管流量Q有如下关系S设：则：山式（2 1）与上式可得：山式（3 8 ）可得：则式（25）、式（41）与（42）得：可以得tlb山式（24）与式（38）得：山式（41）、式（43）与式（44）得：这就就是并联管路调节阀得实际流量特性，对于不同得X,实际性能曲线得变化趋势如从图7可见：a）当x=l时，即旁路关闭，实际流量特性与理想流量特性就是一致得。