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气动温度薄膜调节阀如何设计

发布时间:2019-07-30 浏览量:76

0 引言

温度调节阀用以调节工艺生产中介质的温度,常使用气动或电动调节。薄膜式调节阀的结构原理如图1所示。随工艺物料(气体或液体)的温度变化,膜瓣上的压力发生改变,从而控制阀口的开度。该类阀结构简单,运行调节范围宽,稳定性好,操作方便,因而在石油化工生产中广为应用。

图1 薄膜调节阀原理

1 设计的技术指标

合理选择薄膜阀的设计指标是决定其运行特性的根本因素,关键指标包括:

1)阀开度系数。阀的开度系数又叫阀阻系数,常用S表示,其计算式可以表述为

S=△Pf/∑△P。

式中:△Pf为阀上压力降低量,MPa;∑△P为总压力降低量,MPa。

2)调节比。用阀的最大流量和最小流量的比值来表征阀的调节范围,称为调节比R,其公式为

R=Qmax/Qmin

式中:Qmax为最大流量,m3/h;Qmin为最小流量m3/h。

3)压缩系数。压缩系数说明流体的压缩比例,常用ε来表示,压缩系数不仅与调节阀通道几何形状有关,而且与介质的物理性质有关,气体压缩系数为

式中:η为气体修正系数;Pin为阀入口压力,MPa。

4)通流能力。阀的通流能力C是阀设计与检验的关键指标,也作为阀运行特性的主要衡量指标,对于气体,当P2>0.48P1或△P<0.52P1时,通流能力为

当P2≤0.48P1或△P≥0.52P1时,通流能为为

式中:Qmax为最大流量,m3/h;P1为阀前绝对压力,MPa;P2为阀后绝对压力,MPa;△P为阀上压力降,MPa;γ为流体密度,kg/m3;T为工作温度,℃。

2 设计指标的选择

目前我国生产的调节阀有直线特性、等百分比特性和快开特性三种基本流量特性,对于快开调节阀一般是应用于两位式调节和程序控制。本文重点研究直线特性和等百分比特性调节阀的计算与选型。

2.1 阀的控制特性选择

从控制系统的调节品质出发选择调节阀的流量特性,希望控制回路的总放大系数,在控制系统的整个操作范围内保持不变。正确的选择调节阀流量特性主要是选择阀的放大系数的变化。若调节对象放大系数为线性时,调节阀采用线性工作特性;对于放大系数随负荷干扰的加大而趋小的调节对象,宜采用等百分比特性阀。

表1列出常用控制系统调节阀特性选择表,供选择时参考。表选出的是阀的工作特性,还要参考配管情况即S值来确定阀本身的理想特性。

表1 温度控制系统调节阀特性选择

2。2 阀阻选择

1)一般情况选取。设计时要根据阀控制系统初步决定阀阻的大致范围,结合阀控制特性的选择,考虑配管情况对阀阻的影响,常根据表2来选择阀阻S的大小。

表2 阀阻S特性选择

在实际的管道安装中,S值不可能等于1,而往往要低到0。3~0。6左右,S值<0。3以下时,工作特性曲线发生严重畸变而无法应用调节。

选择阀门的理想特性的关键是看S值大小,一般对调节阀的压差选择为占系统总压差的30%~50%,即S=0。3~0。5为宜。

2)特殊情况选取:a.当选用的调节阀经常工作在小开度时,宜用等百分比阀,直线阀则用小开度时,放大系数比较大,不便于微调,而且易引起振荡并加剧阀芯阀座间的磨损,破坏阀的密封性;b.如流通介质有悬浮物,以使用寿命为主要考虑条件时,采用直线阀较好,因它的阀芯曲面较瘦不易磨损;c.如调节系统非常稳定,这时调节阀的行程变动很小,故阀特性对调节质量无多大影响,可任意选用。

3)调节比选取。调节比的选取也即确定阀调节的最大流量和最小流量,设计时可以根据阀的规格和承压能力确定流量调节范围。

4)压缩系数的选择。压缩系数根据阀设计选定的最大压降和最大流量来选择,可以用最大压降和最大流量来计算出压缩系数值。

5)通流能力的计算。根据公式来计算所设计调节阀的通流能力,按计算的通流能力,查阀设计手册,选定阀的公称直径、阀座直径、阀芯行程和膜头面积。表3列出了部分直通单座调节阀等百分比特性流通能力C值。

表3 等百分比特性流通能力C值及允许泄漏量

说明:DN为阀公称直径;d为阀座直径;H为行程;A为膜头有效面积;Cg为公称通流能力。

3 设计校验

在选定阀的公称直径、阀座直径、阀芯行程和膜头面积后,要根据已经设计选定的调节范围R,计算最大通流能力Cmax,验算最大流量时的开启度,要求最大开启度在90%即可。

对直线特性,开启度为:

对等百分比特性,开启度为

式中:R为调节范围;Cmax为计算最大通流能力;Cg为公称通流能力。

4 结语

因为阀门调节是在调节范围内的连续性调节,所以阀门设计很少考虑阀门控制需求的工艺指标,而是根据阀门的承压能力和接管需求;对阀门的控制性能是在阀门设计完成以后来进行核算出来,成为阀门的性能指标,这种阀门在满足工艺需求和控制特性上存在不足,常常是控制特性不匹配,阀门调节很难控制。

本文从阀门控制的特性指标出发,依据阀门设计压力、控制特性、阀阻系数、流体压缩特性、调节范围和通流能力等工艺性能指标,同时依据阀门设计标准和设计手册,提出了一种全新的阀门设计过程,使得阀门控制特性相互匹配,更好地满足工艺控制需求。


本文链接:http://www.mysmeloan.com/news/detail/20190730100726.html




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