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  学兔兔 第5o卷 第5期 石 油 化 工 自 动 化 Vo1.5O,No.5 2014年 1O月 AUTOMATION IN PETR0一CHEMICAL INDUsTRY Otc,2014 调节阀流量系数几种计算方法的比较 薛文斌 (上海一核阀门制造有限公司,上海200433) 摘要:流量系数是衡量调节阀流通能力的量化指标,是选用调节阀口径的主要依据。介绍了膨胀系数法、临界流量系数法、多 项式法和正弦法的计算方法与不同点。选择4个典型工况,分别用临界流量系数法、多项式法、膨胀系数法计算其流量系数及 误差,并对计算结果进行比较,发现相互之间的误差均很小,不影响调节阀口径的选用,由此说明这几种流量系数计算方法都可 以使用。 关键词:流量系数 误差 调节阀 流量 中图分类号:TH814 文献标志码: B 文章编号:1007—7324(2014)05—0067—04 Comparison of Several Calculation Methods for Control Valve Flow Coefficient Xue Wenbin (Shanghai EHO Valve Manufacture Co.Ltd.,Shanghai,200433,China) Abstracts:Flow coefficient is the quantitative index of measuring control valve capacity.It is also the principle basis of selecting nominal diameter for control valve.The calculation method and difference for methods of expansion coefficient。critical flow coefficient。multinomial and sine are introduced.The flow coefficient and error are calculated respectively used critical flow coefficient method,multinomial method and expansion coefficient method under 4 selected typical operating conditions.The results show the error is very little to each other after comparation among them.This error will not selecting nominal diameter of control valve.All four methods can be used to calculate flow coefficient。 Key words:flow coefficient;error;control valve;flow 1 概 述 计算公式,20世纪40—50年代美国推出过阀前重 1944年,美国梅索尼兰公司(Masoneilan)首 度法(7 法)、阀后重度法(7z法)、平均重度法(7M 先提出了调节阀流量系数的概念,用于量化调节阀 法),前苏联推荐过压缩系数法(e法),改革开放以 的流通能力。流量系数的定义:阀前后压差为 前国内基本上都使用平均重度法。 6.895 kPa(1 psi),用室温水做试验,每分钟流过阀 1962年,Masoneilan推出了临界流量系数计 的体积(单位为加仑),即为该阀的流量系数,用Cv 算法( 或F 法),稍后对气体介质又推出多项式 表示。若阀全开时,测量得的 值称阀的额定流 计算法(PN法),同期美国费希尔公司(Fisher)推 量系数(额定Cv),很快该流量系数的概念被全世 出了正弦法(Sin法)。改革开放后,Masoneilan和 界同行采用。调节阀的制造商都需测试和发布每 Fisher为扩大产品销售,在中国发布了很多调节阀 个产品的流量系数,供用户选用,从此开创了量化 计算选型方面的书籍,还发送流量系数计算的光 选用调节阀的新时期。公制流量系数的定义:阀前 盘,使临界流量系数法、多项式法和正弦法三种Cv 后压差为0.1 MPa(1 bar),用室温水做试验,每小时 的计算方法在国内广泛流传,替代了过去的重度 流过阀的体积(单位为ma),作为该阀的流量系数 法。1998年国际电工委员会颁发了IEC 6O534— 用Kv表示,两者的换算关系数为 一1.16 K 。 1998{Industrial Process Control Valves》标准,推 为了正确地选择调节阀,必须根据介质、压力、 流量、温度等工况参数计算调节阀流量系数,并以 稿件收到日期:2014—05—20,修改稿收到日期:2014—08—14。 作者简介:薛文斌(1941 ),男,汉族,上海人,1965年毕业于上海 计算的流量系数为基础,选择合适的公称通径,因 交通大学船舶动力系船舶辅机专业,先后在711研究所、上海自动 此选用每一台调节阀首先应计算工况的流量系数 化仪表七厂工作,现工作于上海一核阀门制造有限公司,从事调节 Kv(或Cv)。为此调节阀制造商先后提供了各种 阀产品设计和应用,任高级工程师。 学兔兔 68 石油化工自动化 第5O卷 荐了膨胀系数计算法(Y法),2005年国内颁发了 体、蒸汽介质的计算公式,下面以临界流量系数法、 GB/T 17213.2—2O05《工业过程控制阀 第 2一l 多项式法、膨胀系数法三种方法为例进行说明。 部分:流通能力安装条件下流体流量的计算公 2.1 临界流量系数法 式》,等同采用了IEC 60534--1998标准,开始采 临界流量系数法常用计算公式见表 1所列。 用了膨胀系数法,稍后GB/T 4213--2008{气动调节 其中C,——临界流量系数;p ——气体在标准状 阀》发布时,有关流量系数的计算也改用了膨胀系数 态下的相对密度,kg/m。( 气一1);p2一~ 气体在 法。2O世纪末,Masoneilan和Fisher都改用了膨胀 进口温度时的相对密度一 ;Pl——进口压 系数法,那么前述的计算公式和光盘是否有用,还需 』 看计算精度对产品的选型影响是否大。 力,100 kPa; 2一一出口压力,100 kPa;△ 一 压 2 临界流量系数法、多项式法和膨胀系数法常用 差一 一P2,100 kPa;qv一 标准状态下(在绝对 的计算公式 压力为 1 013 kPa,15℃下)气体流量,m。/h; 膨胀系数法与另三种计算法相比,液体介质的 T、删一进口温度,丁一273+t(℃),K;Tsh一 蒸汽 流量系数计算公式是相同的,仅仅使用的符号不同, 过热度, 一蒸汽温度一进口压力下饱和蒸汽温 因此笔者不作介绍。主要区别在于可压缩流体即气 度,。C;q ——质量流量,1 000 kg/h。 表1 临界流量系数法(无附接管件)常用公式 2.2 多项式法 时,常用计算公式如下: 多项式法常用计算公式见表2所列。 Kv一 ——— 二二= (13) 表2 多项式法(无附接管件)常用公式 31.6Yv/Xp1/33 介 质 计 算 公 式 Kv: 气体(体 Kv一丽 (9) 积流量) 气体(质 Kv一 , Kv一 量流量) 2)当可压缩流体为阻塞流(X≥F X )时, 饱和蒸汽 K 一 丽 常用计算公式如下: 过热蒸汽 Kv一 c K 一 ——= = (16) 21~/FrX-rPlPa 在表2中的公式与表1中的公式很相似,仅在 分母上增加了多项式( 一0.148y。),其中 一 Kv一 , / Cr^√ 1。 Kv一 , 2.3 膨胀系数法 1)当可压缩流体为非阻塞流(XFrXT) 式中:X——工作压蒡与进El绝对压力之比,即 学兔兔 第5期 薛文斌.调节阀流量系数几种计算方法的比较 Ap/p ;Pl——阀的进 口压力 (绝对压力), 表4 氧气调节阀KV的计算及误差分析 100 kPa;X 一一阻塞流条件下,无附接管件的控 分析方法 参数 萎 Kv 误差, 制阀压差比系数,又称临界压差比;Fr——比热比 系数,其中F 一r/1.4O;y——膨胀系数,Y一1一 V ,若xF xT,则Y一0.667;P3——在进 0』’7A T 口压力(绝对)为P 、进口温度为T时,流体的密 度,kg/ma;卜 一比热比,空气的比热比为1.4O, 查表y—Cp/Cv(此Cv为定容比热);卜 压缩系 数,用P 一P /pc和Tr—T1/ ,查压缩系数图, 3.3 水蒸气工况(一) Pc——流体的临界压力(绝对压力),100 kPa; 介质为水蒸气,工况特点:高压,高压差;阀门 — — 流体的临界温度,K;M一 流体的分子量, 结构型式:带导阀的套筒阀,Cf一0.90,X-r一 kg/(k·mo1)。 0.75;流量为75 000 kg/h,阀前压力为9.81 MPa, 3 不同工况下流量系数的计算及误差分析 阀后压力为3.5 MPa,进口温度为540℃,操作密 下面挑选四种典型的工况条件,同时用临界流 度为28.25 kg/m。。调节阀Kv的计算及误差分析 量系数法、多项式法和膨胀系数法三种方法计算其 见表 5所列。该工况下,3个公式判断出两种 流量系数K ,然后分析其误差。以下四种工况下 流态。 的临界流量系数 C,,XT,蒸汽的F 从 GB/T 表5 水蒸气工况(一)调节阀Kv的计算及误差分析 17213.2—2OO5标准中查得。 3.1合成氨工况 合成气为混合气,主要成分是CO,H ;工况 特点:高压,低压差,非阻塞流动;阀门结构型 式:柱塞型阀芯角阀,Ci一0.9,XT=0.72; 流量为15 000 m。/h,阀前压力为21.4 MPa,阀 后压力为20.6 MPa,进口温度为45℃,操作密 度为117.4 kg/m。。调节阀Kv的计算及误差分 析见表3所列。 表3 合成气调节阀Kv的计算及误差分析 3.4 水蒸气工况(二) 介质为水蒸气,工况特点:低压蒸汽,低压差, 非阻塞流;阀门结构型式:柱塞型单座阀,c,一 0。90,X 一0.72;流量为230 kg/h,阀前压力为 0.45 MPa,阀后压力为 0.4 MPa,进口温度为 300℃,操作密度为2.066 kg/m。。调节阀Kv的计 算及误差分析见表6所列。 表6 水蒸气工况(二)调节阀Kv的计算及误差分析 注:1)因合成气查不到比热,视比热y一1.4,则比热比系数 Fy一 1 3.2 氧气工况 氧气为纯气体,工况特点:高压差、阻塞流;阀 门结构型式:低噪声套筒阀,cs一0.90,X 一 0.68;流量为30 000 m。/h,阀前压力为6.0 MPa, 阀后压力为1.5 MPa,进口温度为40℃,操作密度 为75.57 kg/m。。调节阀Kv的计算及误差分析见 以上四种工况中有高压差,低压差;有混合气、 表4所列。 纯气体、水蒸气,所以有一定的代表性。从计算 学兔兔 70 石油化工自动化 第5O卷 Kv的结果来看,临界流量系数法(Cs法)所得的数 参考文献: 值最小,多项式法(PN法)的计算值居中,且与c, [1]吴国熙.调节阀使用与维修[M].北京:化学工业出版社, 法非常接近;与膨胀系数法(),法)相比,3.1节气体 2001. 低压差时用 法计算所得的K 值误差最大,达一 [2]余善富.气动执行器I-M].北京:机械工业部,1978. 5.56 。3.2~3.4节计算值的误差在±2.4 0/{o之 [3] 明赐东.调节阀应用[M].成都:四川科学技术出版社, l989. 内。在调节阀计算选型过程中,根据介质的最大流 [4] 林秋鸿.ISA调节阀手册[M].2版.北京:化学工业出版 量计算出最大流量系数K 一,然后还要计算选用 社,1984. 的流量系数Kv 一(1.2~1.5)K ,即将KvⅡm 放 [5] 奚文群,谢海维.调节阀口径计算指南[M].兰州:化学工业 大1.2~1.5倍后才去选择阀的口径。尽管如此, 部自控技术中心站,1991. 上述的计算误差,如最大的一5.56 ,反映到K [6] 胡志君,奚文群.综合分析调节阀可压缩流体流量系数计算 上,其绝对值仍然很小,均不会影响到阀门口径的选 公式[J].炼油化工自动化,1991(27):71—76. [7] 施俊良.调节阀的选择[M].北京:中国建筑工业出版 用;另外上面提到的正弦法与膨胀系数法相比,其计 社,1966. 算误差由于很小,因而在3.1~3.4节都可使用。 [8] 陆培文.调节阀实用技术[ⅣI].北京:机械工业出版社,2006. 4 结束语 [9] 上海工业自动化仪表研究所,上海仪器仪表自控系统检验 膨胀系数法不但计算精度较高,而且计算方 测试所.GB/T 4213--2008气动调节阀IS].北京:中国标 准出版社,2008. 便。与膨胀系数法相比,临界流量系数法、多项式 [1O] 王群增,郑秋萍,王燕,等.GB/T 17213.2—2oo5工业过程 法和正弦法的计算误差都很小,可以同时使用,不 控制阀 第2—1部分:流通能力安装条件下流体流量的计 影响调节阀口径的选用。 算公式[S].北京:中国标准出版社,2006. (上接第48页) 256l一2563. 电力系统自动化,2001,25(O3):61—63. [12] 郜向阳,李墨雪,王库.GPRS无线数据传送在远程采集系统 [3]折宏图,康厚强,陈虹.射频识别技术(RFID)在石油管道巡 中的应用[J].仪表技术,2006,28(01):18—19. 检中的应用[J].现代电子技术,2007,30(增刊1):184— [13]周封,王晨光.基于GPRS的电网调度自动化系统的通信方 186,189. 式[J].电力系统通信,2008,29(06):34—35. [4]成修治,李宇成.RFID中间件的结构设计[J].计算机应用, [14] 黎水平,贺建军.基于GPRS的配电变压器在线. 究_J].自动化仪表,2008,29(09):33—35. [5] 申晓留,雷琼,周长玉.变电站、发电厂设备巡检管理系统的 E15] 邢毅,齐书情,盛戈碑,等.基于GPRS的输电线路状态数据 发展rJ].现代电力,2003,20(01):76—79. 采集通信系统的设计与实现_J].工业控制计算机,2008,21 [6] 殷波,邓恒,樊大伟.基于条码技术的变电站巡检系统_J]. (O5):35—38. 继电器,2002,30(10):58—6O. 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