高炉煤气系统减压阀组调节性能分析.pdf

文章编号 100225855 2006 0420036203 作者简介刘会良1975 - ,男,助理工程师,从事阀门设计工作。 高炉煤气系统减压阀组调节性能分析 刘会良 石家庄市长宏冶金设备阀门厂,河北 石家庄 050061 摘要 论述了减压阀组的结构形式及控制方式,介绍了分析减压阀组调节性能的方法。 关键词 减压阀组;结构形式;控制方式;调节性能 中图分类号 TH134 文献标识码 A The analysis of regulatable perance on the pressure reducing valve in blast furnace coal gas system LIU Hui2liang Chnanghong Metallurgical Equipment Valve Plant of Shijiazhuang City , Shijiazhuang 050061 , China Abstract This paper introduces the structure characteristic and controlling of the decompress valve , as well as the analysis of the regulatable perance. Key words decompree valve ; structure characteristic; controlling ; regulatable perance 计算用符号及单位 qh′ 流量, m3 / h 标准条件下 Y 通过孔板、管嘴或管子的可压缩流动的净膨 胀系数 d 管子内径, mm D 管子外径, mm f 摩擦系数 ΔP 压力降, MPa P1′ 阀前压力, MPa 绝 P2′ 阀后压力, MPa 绝 k 恒压比热与恒容比热之比 K 管线总阻力系数,包括出、入口损失和阀门 及管件的损失 T1 介质绝对温度, K Sg 气体比重同空气之比 1 概述 减压阀组是控制高炉炉顶压力,保证高压操作 的关键设备,它在自动操作装置的控制下,使高炉 在稳定的炉顶压力下正常生产。减压阀组应具有良 好的调节性能,在设计减压阀组时,要根据高炉煤 气压力和发生量,合理配置各种通径的蝶阀,进行 调节性能分析,使煤气通过蝶阀时,既尽量减少煤 气压力损失,又能灵活地自动调节炉顶煤气压力。 2 工作原理 减压阀组一般由几个蝶阀组成,在380～1 500 m3高炉上的减压阀组其结构形式如图1所示。高 炉炉顶压力控制是一个负反馈系统,根据不同情 况,控制方式有不同的方案。常见的控制方案图 2 由控制器和限位开关组成。1号阀进行连续控 制。当1号阀开启到某一程度时,限位开关接点闭 合而2号阀开启。如果此时2号阀已开启,则使3 号阀开启。反之,如1号阀关闭到某一程度,另一 侧的接点闭合,将使2号、3号阀类似于上述方式 关闭,这样保证了炉顶压力在任何定值下都可自动 调整。 减压阀组的蝶阀是由一条总管分为一组并行管 道后又汇合为一条总管来连接,通过改变各分支管 道的阻力系数,达到前面总管的压力或流量发生变 化时,后面总管的压力保持恒定。 3 设计计算 以单个分支管作为分析对象,建立数学模型 图 3 。 311 流量 因总管直径远大于各分支管直径,为分析方 便,将调压阀组作理想化假设。① 阀内气体为绝热 63 阀 门 2006年第4期 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 流动。② 分支管前和分支管后为容量无限大的容 器。根据达西公式,流量qh′ 为 q′ h40 700Yd2 ΔPP1′ KT1Sg 1 图1 减压阀组结构 图2 炉顶压力控制方案 图3 单个分支管的管路模型 312 净膨胀系数 根据绝热流动的完整理论,净膨胀系数Y可 以补偿由于流体膨胀而引起流体性质的一些变化。 图4为k 114时向大面积管道流动的可压缩流动 的净膨胀系数。 当ΔP/ P1′ 之比值在 K曲线的范围之外时,则 在排放点或在管道内的某些节流点已产生声速流动 的现象,这时在式1中应采用表1中的Y和 ΔP的极限值。 表1 声速的限定系数K 114 K ΔP/ P1′ Y 1120155201588 1150157601606 2100161201622 30166201639 40169701649 60173701671 80176201685 100178401695 150181801702 200183901710 400188301710 1000192601710 313 阻力系数 单个分支管的阻力系数Kz由入口阻力系数 Kr、管道阻力系数Kg、阀门阻力系数Kf和出口 阻力系数Kc等4部分组成。其中Kr 015,Kg fL/ D ,Kf2919d2/ Cv 2 ,Kc 1。则 KzKr Kg Kf Kc 015 f L D 2919d2 Cv 2 1 f L D 2919d2 Cv 2 1152 732006年第4期 阀 门 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图4 大面积管道流动的可压缩流动的净膨胀系数 314 调节性能分析 减压阀组总的流量即为各分支管流量之和。根 据炉顶压力控制方案,利用一维搜索方法,可分别 计算出在给定流量、阀前压力、阀后压力下各阀门 的开度。 反复验算在不同给定流量和阀前压力下各阀门 的开度,保证各阀门蝶板工作在20 ～70 之间。如 果有阀门蝶板工作在此范围之外,可适当加大或减 小阀门口径。利用这种方法得出各阀门的组成,就 可保证减压阀组的调节性能。 4 结语 以计算可压缩气体流量的达西公式为基础,提 出了分析减压阀组调节性能的方法。该方法经实际 应用,满足了高炉压力控制的需要,效果良好。 参考文献 〔1〕 杨源泉.阀门设计手册 〔M〕.北京机械工业出版社, 1992. 〔2〕 姚玉英.化工原理 〔M〕.天津天津科学技术出版社, 1999. 〔3〕 张昌富.冶炼机械 〔M〕.北京冶金工业出版社, 1997. 〔4〕 任贵义.炼铁学 〔M〕北京冶金工业出版社, 1997. 收稿日期 20061011 17 上接第17页于旋启式止回阀,其设计结构有利 于减小水锤时的压力,验证了设计理论的正确。 4 结语 通过利用三维造型软件Pro/ E并结合通用 CFD软件FLUENT ,以FWJQH45X - 10型防水 锤多流道球形止回阀为研究对象,计算其内部的流 场,分析内部的流态、流阻。将计算结果与试验所 得的数据进行对比分析,得出计算的内部流态分布 与理论预测的内部分布的流态大体趋势一致,并且 计算出的结果与试验的流阻特性曲线吻合较好,流 阻系数与阀门开度相关,可以说明利用CFD软件 进行阀门内流场的分析是可靠的。通过对止回阀流 阻的理论分析以及对其试验结果的研究,设计成中 空球形阀瓣和流线形阀体的多流道球形止回阀流道 可减小流体阻力,阀体多个流道、多个球体能消除 破坏性水锤发生。新型多流道球形止回阀逆流时低 压差下密封性能好,正流时流体阻力损失小,节能 性好,小流量时球体也能完全开启,逆流时水击压 力小,基本消除了破坏性水锤的发生,工作时噪声 及振动小,维修性能好。 参考文献 〔1〕 方本孝,郑庆伦,王渭.高性能止回阀结构设计的分析研究 〔M〕.流体机械, 1998. 〔2〕 吴望一.流体力学 〔M〕.北京北京大学出版社, 1982. 〔3〕 王福军.计算流体动力学分析 〔M〕.北京清华大学出版 社, 2004. 〔4〕 张耀先,丁新求.水力学 〔M〕.郑州黄河水利出版社, 2002. 收稿日期 20061041 25 83 阀 门 2006年第4期 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.