调压器流量计算方法

调压器流量计算公式

2011-10-31金志刚孟红

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摘要：分析了调压器流量的传统计算方法及存在的问题，论述了调压器流量的正弦规律、临界流量系数、形状系数、通用流量计算公式、临界条件。

关键词：调压器；调压器流量；正弦规律

Calculation Formula of Regulator Flow

JIN Zhigang，MENG Hong

Abstract：The traditional calculation method and problems of regulator flow are analyzed.The sine pattern of regulator flow，the critical flow coefficient，the shape coefficient，the universal calculation formula of regul ator flow and the critical conditions are described.

Key words：regulator；regulator flow；sine pattern

随着天然气的发展，高压、大流量调压器的需要量逐渐增多。20世纪后期欧美的调压器产品已经进入我国市场。欧美的调压器的流量计算公式和我国传统的计算公式有很大不同。我国传统的计算方法没有考虑阀体形状的影响，在亚临界接近临界状态处的流量不够精确。本文在分析调压器通用流量公式的基础上，说明调压器的形状、构造对流量的影响，并且对于临界条件的确定提出改进建议。

由于比较的需要，本文量的符号和单位与原文献资料保持一致，有些单位并非法定计量单位，特此说明。

1 调压器流量传统计算方法

1.1 传统计算方法

在计算通过调压器的气体流量时，根据调压器进出口压差，一般分3种状态。

①不考虑气体可压缩状态流量公式

设调压器进口绝对压力为p1，出口绝对压力为p2，则：

△p=p1-p2(1)

式中△p——调压器进出口压差

p1——调压器入口绝对压力

p2——调压器出口绝对压力

当压差比很小，时，可以不考虑气体密度变化。实际气体是可压缩的，只不过压差很小，在不影响精度的条件下，略去密度的变化。

式中q0——不考虑可压缩性的调压器全开时流量，m3/h

A0——阀口面积，cm2

ζ0——对应阀口面积的局部阻力系数

△p——调压器进出口压差，MPa

p——气体密度，kg/m3

ρ——调压器的流通能力系数

C是由生产厂家提出的调压器的流通能力系数，其物理意义为：在介质密度ρ为1000kg/m3、压差△p=

0.0981MPa、调压器全开的条件下，通过调压器的流量，单位是m3/h。用户根据需要的压差和气体的密度就可

以用式(2)算出调压器全开时的流量。

②亚临界状态流量公式

式中υc——出进口压力比的临界值

κ——等熵指数

当时，为亚临界状态，必须考虑气体的可压缩性，否则引起较大误差。

为此需要考虑气体密度的变化，引出气体密度的膨胀系数，此时常用的公式为：

式(6)还可以写成如下形式：

式中q1——亚临界状态气体折算成标准状态的流量，m3/h

C——调压器的流通能力系数

ε——考虑了燃气密度变化的膨胀系数，可以根据燃气的κ、p1、p2用公式计算，也可查图，详见文献[1]

p1——调压器入口绝对压力，MPa

△p——调压器进出口压差，MPa

ρ0——标准状态下燃气密度，kg/m3

T1——燃气入口温度，K

Z1——燃气进口压缩因子

③临界状态流量公式

当调压器出进口压力比小于等于出进口压力比的临界值时，即时，调压器流量计算如下：

对于天然气有：

所以：

将式(7)、(8)代入式(5)，得：

式中q2——临界状态气体折算成标准状态的流量，m3/h

其他符号同式(5)。

1.2 传统换算方法

传统换算方法是根据厂家给出的数据进行换算，不属于直接流量计算，可参见文献[1]。1.3 传统算法存在的问题

传统的计算方法是根据进出口压力不同，分段进行计算。传统的计算公式计算出的流量在亚临界接近临界状态处，与实际流量有较大偏差。没有考虑出进口压力比临界值受调压器阀座形状的影响，实际工作中发现调压器阀座形状和尺寸对此J临界值有影响。

2 调压器流量的正弦规律

有些发达国家根据调压器流量正弦规律采用通用流量公式。根据国外文献，通过调压器阀座的气体流量规律可分两个阶段：亚临界状态和临界状态。亚临界状态包括不可压缩部分。气体是可以压缩的，不可压缩部分实际上是忽略了可压缩造成的密度的变化。严格地说，应该考虑可压缩气体密度的变化。另外，根据试验可以证明，亚临界和临界状态的流量比和其相应的压差比成正弦规律，可以写成流量的通用公式。

令为进出口压差与进口压力之比(简称压差比)，βc为临界状态的压差比，则有如下经验公式：当时为临界状态，有：

式中q——亚临界状态流量

q c——临界状态流量

当时为临界状态，有：

以上正弦规律也是流量通用公式的基础。

3 西方流量计算公式的应用

根据国外文献介绍的英制的流量公式，可以导出目前几个欧美调压器产品的流量公式。

3.1 不考虑压缩状态流量公式

式中q——在阀全开时的流量，scfh

C v——在阀全开时，不考虑压缩状态下的流量系数

p1——调压器前绝对压力，psia

△p——调压器前后压差，psia

d——气体相对密度，空气的相对密度为1

T——调压器入口气体温度，K

3.2 临界状态流量公式

式中△p——调压器前后压差，psia

p1——调压器前绝对压力，pisa

βc——临界状态的压差比

q c——在阀全开时的临界流量，scfh

C g——在阀全开时，考虑压缩状态下临界流量系数

C2——校正系数，见表1

d——气体相对密度

T——调压器入口气体温度，K

κ——等熵指数

表1 几种气体的C2值

3.3 亚临界状态及通用流量计算式