可压缩流体的调节阀流量系数计算.pdf

2 0 0 8年 第 4期 炼 油 与 化 T RE HNI N G AND C HEMI C AL I NDUS T RY 5 7 可压缩流体的调节阀流量系数计算 贺 立 纯 大庆石化公司仪表安装公司， 黑龙江 大庆 1 6 3 7 1 4 调节阀是一种局部阻力可以改变的节流元件， 其流量 系数的计算， 对不可压缩的流体的计算公式， 各个国家的差 异不大。 而对可压缩流体的计算公式， 各个国家却有很大不 同。 这是因为可压缩流体经节流之后， 体积膨胀， 密度减小， 而且在阀前压力 P l 不变和压差 A P增加到一定程度时， 通 过节流孑 L 后会达到临界状态 ， 而产 生阻塞流 。 因此必须对可 压缩流体的流量系数计算公式进行修正 ，以f 肖除这些因素 的影响。 流量系数是调节阀选型的重要数据之一， 因此正确 运用公式进行调节阀流量系数计算十分重要。 1流量系数的计算 可压缩流体流量系数的计算在不同条件下有多种计 算公式。虽然考虑的因素各不相同，但都是以不可压缩流 体一液体的计算公式为基础的。其中， 阀前密度法、 阀后密 度法、 平均密度法、 压缩系数法在 2 0世纪 5 0年代应用比较 广泛， 称之为早期计算公式。而后的临界流量系数法 、 正弦 法、 多项式法、 膨胀系数法 4种计算公式在 目前应用比较广 泛， 称之为后期计算公式I ” 。 2计算公式的分析与比较 2 ． 1早期的计算公式 早期的计算公式包括阀前密度法、 阀后密度法、 平均密 度法和压缩 系数法 ， 见 1 ～ 4 式 。 阀前密度法 C v GT 1 阀后密度法 c v T GT 2 面板设计有手／ 自动切换开关， 自动／ 实验切换开关。 2 ． 1 L O GO外部 I ， 0连接 根据通风控制系统要求， 选择以L O G O 逻辑控制模 块为控制核心。L O G O 基本型的I ／ 0点数输入 I 1 ～ I 4共 4 点； 输出Q1 ～ Q 4共 4点。根据分析仪表间内控制通风机台 数不同， 可以加 L O G O 扩展模块。 L O G O 基本型 I ／ O点连接 图中， S l ～ s 4为外部输入接点接线 ， C 1 一 C 4为外部输出交流 接触器线圈。 基本型 L O G O 逻辑控制模块 I ／ O点连接见图 2 N 』 』 { l L O G O 1 2 3 0 R C 逻辑控制模块 QI Q2 Q3 Q4 图 2 基本型 L O G O逻辑控制模块 I ／ 0点连接 3 控制系统软件设计 控制程序用 L O G O S o ft C o m f o r t 软件， 使用功能块图口 I ， 可以离线在 P C机上建立线路程序， 实现离线仿真， 在运行 模式时， 显示 L O G O 的状态和过程变量。 使编程工作分外轻 松。该控制程序， 使用 2个接通延时功能块 、 3个断开延时 功能块 、 3个或功能块 ， 3 个定时功能块。当 P c机上建立线 路程序 ，实现离线仿真并满足在线的要求时，使用 1根 L O G O P C电缆， 拆卸 L O G O 上的外盖或程序模块卡并连 接 P c电缆到该处的插座，连接 P C电缆的另一端到 P C机 的串行端口。 将功能块图控制程序， 下载到现场 L O G O 逻 辑控制模块中。控制 2台风机的功能块连接见图3 。 图 3 控制 2台风机的功能块连接 1 号 风机 2号 风机 4 结束语 完善后的通风控制系统， 比常规控制系统简化， 易于 操作和维护方便， 提高设备的可靠性 和稳定性 。利用 L O G O 逻辑控制模块为控制核心通风控制系统的投用， 确 保维护人员在分析仪表问的有限空间内作业安全可靠性。 参考文献 [ 1 ]王永军． 催化装置气压机控制系统研究与改进[ J ] ．石油化T 自动化 ， 2 0 0 5 6 3 1 3 2 ． [ 2 ]李海林． 工业 自 控系统及应用[ M] ． 北京 科学技术H ； 版 ， 2 0 0 3 6 7 7 0 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 58 炼 油 与 化 工 R E F I N I N G A N D C H E M I C A L I N D U S T R Y 第 1 9 卷 平均密度法 c v _ 『 I △ J G T P 2 3 压缩系数法 C v Y n T 4 式中c 、 一 流量系数 ； 体积流量 ； G 一气体密度； 卜 工 作温度； P 。一阀前压力 ； 一阀后压力 ； △ 尸 L - 阀前后压差 ； ￡ l 一 0 ． 4 6 3 P ／ P I ； A P O ． 5 P l； y n _ 一膨胀系数。 当采用早期计算公式中的阀前密度法时， 由于用最大 的密度进行计算， 因此计算流量大于实测流量， 而且随a P ／ P l 的加大而增大。由于密度偏大， 求得的流量系数就偏小， 在△ P ／ |D 1 0 ． 5时误差达 2 0％。同样道理用阀后密度法求出 的流量系数就偏大， 在 △ P ／ ．p l 0 ． 5时误差大约为 l 4％。 平均 密度法是根据阀前密度法及阀后密度法加以改进而推算出 来的。当△ P ／ P ， 0 ．5计算结果与实验数据相比，流量值大 4 ． 5 ％ 。 压缩系数法是早期计算公式应用最为广泛的 1 种。 压 缩系数法是将各种调节阀都简单地看成 1 种流量喷嘴， 把 喷嘴中气体流进行过程当成绝热过程，用能量平衡方程导 出喷嘴气流流束的计算公式 ，通过计算临界流速时压差比 即得到 △ P ／ P I 临界值口 1 。 实际上喷嘴的 P 2 指喷嘴出口最小截面上的压力， 而调 节阀中尸 2 指阀的出口压力， 而不是流束截面最小的缩流断 面压力R 。 在调节阀中P 2 P v c ， 和喷嘴对应的应该是 P 。 因 此当用 进行计算时， 必然产生误差。流量系数的计算结 果将偏小。 计算的误差将随压力恢复程度的不同而不同。 计 算巾压缩系数是通过实验的方法确定的，它不仅与调节阀 通道的几何形状有关， 而且与介质的物理性质有关。 早期的计算公式， 其实验对象都是一些低压力恢复的 普通单、 双座调节阀， 因此公式未考虑压力恢复问题。随着 工业的发展， 使用的高压力恢复阀越来越多， 操作压差越来 越大， 因此这些公式的计算误差也越来越大， 无法满足自控 系统的要求。 2 ． 2 后期的计算公式 近年来在调节阀选择计算时， 应用比较广泛的计算方 法为临界流量系数法、 正弦法、 多项式法和膨胀系数法， 见 5 一 8 式。 临界流量系数法 C v G T 一 ， △ ≥ 1 一 R C 2 P 1 5 式中R _ ” 耐 Q 式中 C l C d C ； c z 广 2 ／ K - I} ／ o _ 4 8 3 9 多项式法 C v Q y G T 0 l 4 ， y ≥1 ． 5 7 卜 , X FK X r ’ 膨 胀 系 盘 8 式中 f _ _ 一 临界压差 比； 一压差比； _ 比热比系数， 为 气体绝热指数 ； 2 一压缩因数； y 一膨胀系数。 临界流量系数法是由 M a s o n e i l a n 公司开发 的。在临界 状态下计算时， 要把A P限定在 1 个有效的临界值上， A P的 临界值的确定不是传统计算公式中的△ O ． 5 ， 而是与 c 临界流量系数 有关。临界流量系数 c f 是临界条件下测得 的 C 值与正常压力恢复条件下 c v 值之比。C 值的引人大 大提高了临界区的计算精度，但由于临界区与非临界区之 间的过渡区的计算误差仍无法解决，因此说该公式仍有一 定的局限性 。 正弦法是 F i s h e r 公司提出的计算公式。 该公式除了在 个别压力恢复能力极高的角阀、 球阀计算时， 会在A P ／ P 。 较 小的情况下产生 5％～ 1 0％的误差外， 对其余阀型都有较高 的精度， 也解决了过渡区的计算问题。 多项式法、 膨胀系数法也同样考虑了压力恢复特性对 计算的影响， 从而提高计算精度， 尤其是对高压力恢复阀更 为显著。 2 ． 3 膨胀 系数法 根据国际电工委员会标准， 在安装条件下， 可压缩流 体的流量系数计算公式 9 一 1 2 采用膨胀系数法。 气体公式 C v 土 ， X F K X 9 C v Q 9 g ，XF K X T 1 o 蒸 气 公 式 C v 毛 ， X F KX 1 1 C v - 1 ， ≥ FK XKX TPI p 2 丽’ 由于计算公式本身不包含上游条件时流体的实际密 度， 而密度是根据理想气体定律由入口压力和温度导出的。 在某些条件下， 真空气体的性质与理想气体的偏差很大。 因 此膨胀系数法引入了压缩系数 z来补偿这个偏差。而膨胀 系数 Y用来校正从阀的入 口到阀后缩流处气体密度的变 化 ， 理论上 y 值和节流口面积与入口面积之比、 流路形状、 压差比 、 雷诺数、 比热比系数 等因素有关。由于气体介 质的流速较高， 在可压缩流情况下， 紊流几乎始终存在 ， 所 以雷诺数的影响很小， 可以忽略。 如果阀前压力保持不变， 阀后压力逐步降低 ， 气流就 慢慢形成了阻塞流。 即使这时阀后压力再降低， 流量也不会 增加。在压差比 达到 F K X 值时就达到极限值， 使用公式 时 值要保持在这一极限值内。 2 ． 4要计算结果对比 通过对早期、 后期计算公式的分析可知 这些公式虽 然均以液体计算公式为基础，但在计算的过程中考虑的因 素各不相同， 因此计算结果相差也较大。 现举例说明。已知 蒸汽流量为 Q 3 5 o o o k g ／ h ， 阀前压力 J D l 4 0 5 0 k P a ， 阀后压 力 5 0 0 k P a ， 操作操作密度p 1 4 ． 3 3 k g ／ m， ， 绝热指数 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 8 年 第 4 期 炼 油 与 化 工 REFI NI NG AND CHEMI CAL I NDUS TRY 5 9 工程总承包项 目造价的优化控制 高 岩 大庆石化工程有限公 司， 黑龙江 大庆 1 6 3 7 1 1 工程造价是工程总承包项 目的核心内容 ， 涉及到建设 项 目的各个阶段的每个过程。 造价控制水平如何 ， 直接影响 到建设项目的效率和效益。 因此， 要对工程总承包项目的设 计、 施工、 采购全过程进行科学合理的工程造价控制 ， 从而 实现效益最大化的目标ll l。 1 工程造价控制的必要性 1 , 1工程总承包的概念 工程总承包是指从事工程总承包的企业，受业主委 托， 按照合同约定对工程项目的勘察 、 设计 、 采购 、 施工、 试 运行等实行全过程或若干阶段的承包。 1 ．2 建设工程投资的理论构成 工程项 目的费用包括业主方和工程承包方 2个方 面。 工程承包方的项目费用包括直接材料费、 施工费用 、 公司本 部费用、 开工服务费用和其他费用见图 1 。 r 一 土地价格 值 一 设备、工器具价 格 值 1一 建、构筑材料、安装材料价格 值 支出 L 施 工机械等固定资产折 旧、维修 、转 移费 勘察 设计人员的工资 、非 工资费用 施工人 员的工资、非工 资费用 承包商 总承包企业 职工 工资、非工资 费用 勘 察设计单位 的利 润和税金 施工 企业的利润和税 金 承 包商 总承包 企业的利润和税 金 图 1 工程 承包方的项 目费用组成 1 ． 3费用控制是项目管理的核心内容 工程项目的费用控制是连续、 动态、 循环的过程， 对费 用的监督控制要体现在项目建设的全过程中。项 目部应根 据项目进度计划和费用计划， 优化配置各类资源， 采用动态 管理方法对实施费用进行控制。动态管理方式[2 1必须遵循 4 个基本原则 。 1 详细了解工程项目的性质、 范围和任务要求， 明确 工作条件， 特别是限制性条件。 2 要满足合同的技术和商务要求，按照进度计划完 成工作量， 并在批准的控制预算内尽量降低费用。 3 根据各阶段控制估算的要求， 采用跟踪、 检查、 监 督、 对比、 分析、 纠偏、 预测等手段， 以“ 用户变更” 或“ 项目变 更” 的具体方法， 对可能发生和已经发生的费用变化进行修 正和调整， 使项 目在严格控制下实施。 4 项 目费用管理应建立并执行项 目费用变更控制程 序， 包括变更申请、 变更批准、 变更实施和变更费用控制。 只 有经过规定程序批准后， 变更才能在项 目中实施。 2控制工程造价的措施 2 ． 1设计阶段的造价控制 工程设计是建设项 目进行全面规划和具体描述实施 意图的过程， 是工程建设的灵魂， 是处理技术与经济关系的 关键性环节， 是确定与控制工程造价的重点。具体措施有 2 项。 1 制定项 目工作分解结构。根据合同规定的总承包 1 ． 3 ， 试计算流量系数。利用早期计算公式进行计算流量系 数介于 1 1 2 2 0 6 之间， 而利用后期计算公式进行计算， 其流 量系数仅介于4 5 8 3之间。 计算结果有如此大的差别， 其原 因在于早期计算公式没有考虑堵塞流 、 压力恢复等的影响， 而导致其计算结果偏差较大， 从而影响了调节阀的选择。 按 照后期计算公式选择 D N1 0 0的调节阀就可满足工艺要求， 而采 用 早 期 计 算 公 式 的计 算 结 果 则 需 选 择 D N1 5 0或 D N 2 0 0的调节阀， 造成不必要的浪费。 3结束语 阀前密度法 、 阀后密度法、 平均密度法、 压缩系数法这 4种公式只适用于一般低压力恢复阀和 △ 尸 ． 较小的工作 场合。 在非临界区内具有足够的精度， 但在临界区和过渡区 内计算误差相当大。 临界流量系数法、 正弦法 、 多项式法、 膨胀系数法都考 虑到压力恢复特性对计算的影响，除临界流量系数法没有 解决过渡区问题外，这些方法在亚临界区和临界区都有较 高的精度， 本质基本一致， 只是表达的函数不同。另一点区 别是膨胀系数法引入比热比系数和压缩系数进行修正， 正 弦法只有比热比系数进行修正，而多项式法未对这 2 项进 行修正， 仍使用原有的临界流量系数。 正弦法 、 多项式法、 膨胀系数法这 3种计算方法的计 算精度相差无几 ， 但膨胀系数法计算比较简单， 有 比较完善 的修正项。膨胀系数法也是我国目前在调节阀选用时推荐 使用的 1 种方法。 参考文献 [ 1 ]J ． L 莱昂斯． 阀门技术手册[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 H 0 5 3 5 - - 41 ． [ 2 ]王森． 仪表常用数据手册[ M] ． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 2 ． 物 质 消 耗 劳 动 报 酬 盈 利 ．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．． ．． ． ．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．L 厂 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m