调节阀的应用

调节阀在热力管网系统中的应用单位：部门：姓名：1摘要集中供热不仅能为城市提供稳定、可靠的热源，而且与传统分散供热相比，能节约能源和减少城市污染，具有明显的经济效益和社会效益。所以集中供热是现代化城市中必不可缺的基础设施，也是城市公用事业的一个重要组成部分。集中供热管网设计、安装时否合理，调试运行维护是否规范，直接影响着城市品味的提升和广大热用户的利益，随着供热面积的不断增大和输送距离的不断延长，如何保证用户流量和温度是热网工程设计中一个很关键性的问题，除必要的保温外，调节装置的合理选择与安装显得尤为重要。在现代化工厂的自动控制中，调节阀起着十分重要的作用，这些工厂的生产取决于流动着的介质正确分配和控制。这些控制无论是能量的交换、压力的降低或者是简单的容器加料，都需要某些最终控制元件去完成。调节阀在管道中起可变阻力的作用。它改变工艺流体的紊流度或者在层流情况下提供一个压力降，压力降是由改变阀门阻力或“摩擦”所引起的。这一压力降低过程通常称为“节流”。对于气体，它接近于等温绝热状态，偏差取决于气体的非理想程度（焦耳一汤姆逊效应）。在液体的情况下，压力则为紊流或粘滞摩擦所消耗，这两种情况都把压力转化为热能，导致温度略为升高。调节阀属于控制阀系列，主要作用是调节介质的压力、流量、温度等参数，是工艺环路中最终的控制元件。虽然调节阀现在已经在石油、化工、冶金等领域得到了广泛的使用，但在热力管网设计中应用较少，本文在分析调节阀特性及选用的基础上，探究其在热力管网上的应用。关键词：调节阀流量特性压差目录摘要................................................................1第一章前言........................................................1第二章调节阀的选用要点............................................21.调节阀的作用...................................................22.调节阀的分类...................................................23.调节阀的固有流量特性...........................................24.蒸汽流量系数计算...............................................35.调节阀的流速...................................................36.调节阀口径的选择...............................................37.调节阀的噪声计算...............................................4第三章热力管网系统中的应用........................................51.工况...........................................................52.调节阀压降的系统考虑...........................................63.调节阀的噪音分析...............................................74.调节阀布置要求.................................................7结论................................................................8参考文献............................................................8调节阀在热力管网系统中的应用南京苏夏工程设计有限公司1第一章前言随着科技进步，在生产过程自动化中，用来控制流体流量的调节阀已遍及各个行业。对于热力、化工过程控制系统，作业最终控制过程介质各项质量及安全生产指标的调节阀，它在稳定生产，优化控制，维护及检修成本控制等方面都起着举足轻重的作用。由于调节阀是通过改节流方式来控制流量的，所以它既是一种有效的调节手段，同时又是一个会产生节流能耗的部件。以电厂为例，随着装置高负荷的运行，调节阀的腐蚀、冲刷、磨损、振动、内漏等问题不断发生，从而导致调节阀的使用寿命缩短，工作可靠性下降，进而引起工艺系统和装置的生产效率大幅度下降，严重时可以导致全线停车。这在如今视质量和效益为生命的企业管理中尤为重要和紧迫。对此，如何选择和安装好调节阀，使调节阀在一个高水平状态下运行将是一个很关键的问题，选择调节阀时，首先要收集完整的工艺流体的物理特性参数与调节阀的工作条件，主要有流体的成份、温度、密度、粘度、正常流量、最大流量、最小流量，最大流量与最小流量下的进出压力、最大切断压差等。在对调节阀具体选型确定前，还必须充分掌握和确定调节阀体本身的结构、形式、材料等方面的特点。而技术方面主要考虑流量特性、压降、闪蒸、气蚀、噪音等问题。调节阀在热力管网系统中的应用南京苏夏工程设计有限公司2第二章调节阀的选用要点1.调节阀的作用调节阀作为最终执行元件，在控制系统中起着关键作用。合理的选型和正确的计算，是阀门长期稳定运行的基础。调节阀的作用是通过流通面积的变化来改变调节阀的管路阻力系数，从而达到调节流量、压力、温度等流体参数的目的。2.调节阀的分类调节阀按行程特点可分为：直行程和角行程。直行程包括：单座阀、双座阀、套筒阀、笼式阀、角形阀、三通阀、隔膜阀；角行程包括：蝶阀、球阀、偏心旋转阀、全功能超轻型调节阀。调节阀按驱动方式可分为：手动调节阀、气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀，即以压缩空气为动力源的气动调节阀，以电为动力源的电动调节阀，以液体介质（如油等）压力为动力的液动调节阀；按调节形式可分为：调节型、切断型、调节切断型；按流量特性可分为：线性、对数型（百分比）、抛物线、快开。3.调节阀的固有流量特性调节阀的固有流量特性是指当阀门两端差压恒定时，通过阀门的流量随开度的变化率。从物理意义上来说，阀门的固有流量特性表明了阀门的有效流通面积是如何随开度的变化而变化的，有快开、线性、等百分比及抛物线等几种（见图2-1），典型应用如下：图2-1调节阀特性曲线3.1快开特性在小开度范围内流量随开度的变化率最大，而随着开度的增大流量的变化率急剧减小。从图2-1看，在小开度时阀门的流通能力已经相当大，而在接近全开调节阀在热力管网系统中的应用南京苏夏工程设计有限公司3时，流通能力几乎无变化，所以快开阀门主要应用于开关切断场合。3.2线性特性在0～100％开度内，流量随开度的变化率为常数。也就是说，50％开度下阀门的流通能力是全开时的50％，依次类推。对于线性阀，正常流量时阀门的相对开度最好为50％～60％.线性特性的阀门主要适用于系统增益为常数的控制回路。3.3等百分比特性在小开度范围内流量随开度变化率增加得很少，但随着阀门开度的增加，其变化率急剧增加。对于等百分比的特性阀，正常流量时阀门开度最好为70％～80％。等百分比特性阀主要应用于压力、流量和温度的控制场合。4.蒸汽流量系数计算气体为可压缩流体，其产生阻塞流的机理与液体不同，当操作压差比χ很小时，通过阀门的流量随着阀两端压差的增加而增加，χ逐渐增大到一定数值χT后，阀后缩脉处达到声速，这时再增加压差流量也不会随着增加，产生了气体阻塞流。蒸汽流量系数计算公式：CV=（2-1）式中W蒸汽质量流量，kg/h；TSH蒸汽过热度，℃；P1上游压力，bar（A）。一旦χT＞χ，可认为产生了阻塞流，用χT替代式中χ来计算蒸汽CV值。5.调节阀的流速对于液体，一般调节阀入口流速应小于10m/s，而蝶阀小于7m/s。如果发生阻塞流则要求更小，以减少阀门内件磨损。对于气体，连续工况的调节阀入口流速小于0.3vs，而间歇工况小于0.5vs。但计算噪声不应大于110dB（A）。vs=91（2-2）式中k等熵指数；M分子量；T操作温度,K。6.调节阀口径的选择首先调节阀应保证能通过工艺要求的最大流量，并保留一定富裕量。根据工W（1+0.00126TSH）6.6P1(3–χ/χT)χkTM调节阀在热力管网系统中的应用南京苏夏工程设计有限公司4艺操作的负荷变化，一般至少考虑15％。其次，根据所选调节阀流量特性，使阀门在正常流量时工作在适当的开度，这时的阀门工作特性较好。但最终选定阀门只有一台，如果要求阀门在最小/正常/最大流量下都保证适当开度，这是不符合实际的。要求控制的流量范围较大，分程控制是最好的选择；对于放空调节阀，考虑最大流量能通过即可，不必考虑开度要求。所以口径选择要了解工艺特性，最好能提出最小/正常/最大流量下的操作参数和操作要求。值得注意的是，一些压力控制回路，正常流量和最大流量下阀上压降差别很大，有时达2倍以上，这时如果误认为压降不变，所选阀门可能偏小。从静态角度看，调节阀能通过工艺最大流量即可，阀门口径越大越保险，但过大口径的阀门实际开度偏小，阀门动态特性不好，系统调节品质差。调节阀通过的流量受制于管路阻力分布。随着流量增大，管路压力损失也急剧增加，阀门上相应分配的压差减少，所以全开时通过的阀门实际流量与理论值相差很多。7.调节阀的噪声计算调节阀的噪声受多方面因素影响，本节不涉及由于机械振动、反射/谐振、液体流体动力学而产生的噪声，只根据VDMA24422标准对气体空气动力学噪声作出分析。对于气体，在低压降比时，阀门引起噪声的主要原因是湍流，在高压降比时间，冲击湍流成为主要的噪声源。而一旦形成阻塞流，噪声将超过95Db(A)。气体比液体更容易产生噪声是因为气体的操作流速一般比液体高，而高流速是产生噪声的主要因素。气体噪声计算参见公式LA=14lgCv+18lgP1+5lgT1-5lgρn+20lg[lg（P1/P2）]（2-3）+51+△LP+△LG+△LP2式中LA噪声水平，dB(A);P1上游压力，bar(A);P2下游压力，bar(A);T1上游温度，K;ρn标态下的气体密度，kg/m3;△LP管壁修正系数;△LG气体噪声计算阀门修正系数;△LP2下游压力修正因子，P2＜30bar（A）,取0；30bar（A）＞P2＜55bar（A）,取（30-P2）/2.5；P2＞55bar（A）,取-10；调节阀在热力管网系统中的应用南京苏夏工程设计有限公司5第三章热力管网系统中的应用供热系统最终目的是热力工况的平衡，要求在流量改变的同时，热能消耗量适应负荷的变化。就是说，调节阀的开度变化与热能消耗量的变化成线性关系，这才是供热系统调节的最佳原则。亦即在调节过程中，调节阀的放大系数和调节对象的放大系数乘积维持不变。从图2-1分析可知只有等百分比性能调节阀随着流量变化的放大系数逐渐减小，因此我们选择等百分比性能调节阀作为调节装置。它的优点是流量小时，流量变化小，流量大时，则流量变化大，也就是在不同开度上，具有相同的调节精度。根据经验，阀门的理想压降应等于系统压降，也就是当阀门的阀权度β为0.5时，阀门的工作状态比较理想，调节性能较稳定，调节较精确。在供热系统中，绝大多数调节阀工作在变工况状态，即使在设计工况下，也很难工作在β＝1的条件下，选用阀权度接近0.5的阀门，会具有在较为理想的工作条件下的理想工作特性。流通能力Cv是选择调节阀的主要参数之一，其定义为：当调节阀全开，阀两端压差为0.1MPa，流体密度为1g/cm3时，每h流经调节阀的流量，也称流量系数。实践中主要通过阀体的截面流量来确定和选择，再通过阀权度进行校核计算。1.工况1.1初期供热规模等于或接近设计容量，这种情况下调节阀比较容易选择，可以根据运行设计流量、压降，通过上述计算方法进行计算选择。根据式2-1计算结果可推算出，设计流量与调节阀