自力式压力调节阀的选择及应用

自力式压力调节阀的选择及应用
1 自力式压力调节阀分类及工作原理
1.1 自力式压力调节阀分类
按阀后、阀前控制分为两类：自力式阀后（减压）控制阀；自力式阀前（泄压）控制阀。

按是否带指挥器分为两大类：直接作用型自力式压力调节阀；指挥器操作型自力式压力调节阀。

1.2 自力式压力调节阀工作原理
如图1所示，自力式阀前压力调节阀，其阀芯初始位置在关闭状态。

阀前压力经阀芯、阀座节流后，变为阀后压力，同时经过取压管输入至上膜室内作用在膜片上，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，从而控制阀前压力。

当增加时，作用于膜片上的力也随之增加。

此时膜片上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，这时阀芯与阀座之间的流通面积变大，流阻变小，向阀后泄压，直到膜片上的作用力与弹簧反作用力相平衡为止，从而使降为设定值。

同理，降低时，动作方向与上述相反，这就是阀前压力调节的工作原理。

2 自力式压力调节阀流量系数的计算
流量系数（流通能力），是调节阀的重要参数。

它反映流体通过调节阀的能力，亦即反映调节阀的容量。

根据计算出的流量系数值的大小，选择阀的额定流量系数，就可以确定调节阀的公称通径。

如果选择的额定流量系数过大，就会使调节阀经常工作在小开度的情况下，影响控制质量，引起振荡和噪音，缩短阀的使用寿命。

相反，如果选择的额定流量系数过小，则会使调节阀的开度过
大，阀门超负荷运行，不能满足流量要求，容易出现事故，造成不必要的浪费。

为了合理选择调节阀的尺寸，必须正确计算调节阀的流量系数值。

调节阀的额定流量系数定义：在规定条件下，即阀的两端压差为100kPa，流体密度为时，额定行程时流经调节阀的流量是以立方米每小时或吨每小
时计的流量数。

2.1 液体的值计算
1）非阻塞流
判别式
流量系数计算公
式（1）
式中：；为压力恢复系数；为液体临界压力比系数；
为阀入口温度下介质的饱和蒸汽压（绝对压力），kPa；为热力学临界压力
（绝对压力），kPa；为液体流量，；为液体密度，；为阀前压力（绝对压力），kPa；为阀后压力（绝对压力），kPa。

(2) 阻塞流
判别式
流量系数计算公式
(2)
由式（2）可以看出，在阻塞流情况下，值的计算公式有变化，压差一项
用代替实际压差。

这样，比用实际压差计算出的值要大，即由
于阻塞流的作用，使阀的流通能力不能充分发挥，必须按更大的值来选择阀的
口径，才能满足流量的要求。

2.2 低雷诺数修正（高黏度液体值计算）
液体黏度过高时，由于雷诺数下降，改变了流体的流动状态。

在<2300时，流体处于层流低速流动，这样按原公式计算出的值就会导致较大的误差，实际
流通能力达不到计算值，必须进行修正。

当液体为高黏度时，调节阀流量系数的的计算公式为
（3）
式中：——黏度修正系数，按查图2求得。

关于在流体力学中已有论述，主要与流体性质及流经的管路两方面因素有关。

对于只有一个流路的自力式调节阀，的计算公式为：
（4）
对于只有两个平行流路的自力式调节阀，的计算公式为：
（5）
式中——不考虑黏度修正时的流量系数；
——流体运动粘度，。

2.3 气体的值计算
气体与液体不同，它具有可压缩性。

气体流过调节阀后，密度变小，不能再
用液体公式来计算。

关于气体的值计算方法，目前有阀前密度法、阀后密度法、平均密度法、压缩系数法等多种方法。

因为平均密度法的计算结果比较接近实验
数据，故应用最多。

这里推荐采用平均密度法来计算气体的值。

当时
（6）
当时
（7）式中——标准状态下气体流量，；
——绝对压力，kPa；
——阀前后压差，kPa；
——气体相对密度，空气＝1；
——气体温度，℃。

2.4 蒸汽的值计算
1）饱和蒸汽
当时
(8)
当时
(9)
式中——蒸汽流量，kg/h；
——蒸汽修正系数
2）过热水蒸汽
当时
(10)
当时
(11)
式中——水蒸汽过热温度，℃。

2.5 两相流值的计算
1）液体与非凝气体进入控制阀，若没有发生液体汽化，而且流速能保持一种湍流的均匀混合流：
(12)
式中：W——重量流量kg/h
、——上游、下游重度
2）液体及其蒸汽进入控制阀，发生更多的液体汽化，如果流速能保持一种
湍流的均匀混合流：
(13)
3自力式压力调节阀的口径的选择
根据工艺生产能力、设备负荷确定最大流量和最小流量、；根据系统
特点、压力分配和管路损失，确定最大压差和最小压差、；按流量系数
计算公式，求得最大流量和最小流量时的流量系数、；根据求出的，在产品样本中选取大于并最接近的值；由计算出的、验算
阀的开度（一般要求阀开度在之间）；根据、计算可调比(一
般要求:1)；各项计算验证合格后，根据值，确定调节阀的口径。

4 适用场所的应用情况分析
具体选择时，应根据被调介质的种类、性质、温度、压力及工艺要求的其他
条件，遵循以下的选择原则：阀的结构形式应能满足介质温度、压力、流动性、
腐蚀性、控制范围以及严密性要求；阀的材料应能满足介质温度、压力、腐蚀性
要求；阀的额定流量系数及口径应能满足工艺的流量要求；阀的允许压差应能满
足现场实际压差的要求；阀的实际使用条件应与计算选择时考虑的相一致。

在设计条件提供与阀门选用时应注意以下情况：
1) 所提阀前、阀后压力及设定值条件应接近实际工艺条件。

自力式压力调
节阀对所提工艺条件的要求较一般控制阀要严谨。

工艺参数确定后，不允许有较
大范围的更改。

被控参数经常改变（调整）的场合，应使用气动或电动调节阀，
自力式压力调节阀一般应用在非腐蚀性工艺条件下。

2) 选用允许压差时，应注意到该产品的允许压差值小的特点。

根据工艺介
质的最大工作压力来选择调节阀的公称压力时，必须对照工艺温度条件综合选择，因为公称压力是在一定基准温度下依据强度条件定出。

一旦工作温度超过了基准
温度，其允许的最大工作压力必定低于公称压力，这一点应该引起足够的重
视。

5 结束语
通过合理精确的工艺参数计算调节阀的流量系数，是调节阀口径选择的关键
所在，使调节阀工作在最佳的开度范围内，大大提高它的使用寿命，使计量仪表
的计量值更加精确。

节省工程投资费用，便于生产管理，维修工作量减少，具有
较好的经济效益。

参考文献
1 侯鹏倩.自力式调节阀及其应用.石油化工自动化2005，（1）：83-84.
2 严一，王松田.自力式压力调节阀的特点及应用.石油化工自动化2004，（4）：89-91.。