減壓閥允許壓差值計算

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之前介紹減壓閥前后的壓力變化，現(xiàn)在介紹減壓閥允許壓差值計算當(dāng)校核未能通過時，可能要從閥門結(jié)構(gòu)形式選擇開始重新選型。在一些控制閥的選型計算資料中往往著重介紹口徑計算等內(nèi)容，對不平衡力校核則只字不提，因此有些設(shè)計人員常常只進(jìn)行前五項工作而忽略了后一項工作，在大多數(shù)流體壓力不高的情況下，不作該項校核也不影響控制閥的正常工作。但對中高壓生產(chǎn)過程來說，不作校核就可能造成閥門關(guān)不死，從而影響閥門的運(yùn)行。更為嚴(yán)重的是，由于頭腦中沒有允許壓差這個概念，當(dāng)這個問題出現(xiàn)時人們往往弄不清楚原因，就把責(zé)任推到控制閥制造廠，認(rèn)為是產(chǎn)品的質(zhì)量問題，導(dǎo)致故障得不到解決。
專家對控制閥使用中存在問題的問卷調(diào)查結(jié)果表明：反映泄漏量大的占第二位，為42.5%;反映推力不夠、閥關(guān)不嚴(yán)的占9.6%。雖然明確指出推力不夠、閥關(guān)不嚴(yán)的只占9.6%，但實際上反映泄漏量大的42.5%。用戶中應(yīng)該有相當(dāng)一部分也是推力不夠造成的，只是用戶還未找到泄漏原因而已，所以推力不夠、閥關(guān)不嚴(yán)的問題的確是一個較為常見的問題。本文將首先介紹了控制閥允許壓差的概念，然后就控制閥允許壓差選取應(yīng)注意的問題進(jìn)行討論。
2 控制閥允許壓差值
以深圳萬迅自控公司“電子式電動調(diào)節(jié)閥”選型樣本中的數(shù)據(jù)為例，在表1中列出部分口徑MTS單座控制閥的允許壓差。
表1 部分口徑MTS單座控制閥(柱塞型閥芯、金屬閥座)的允許壓差



 上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調(diào)式減壓閥,自力式減壓閥在規(guī)定試驗條件下的泄漏量應(yīng)符合規(guī)定。不應(yīng)將本標(biāo)準(zhǔn)這一條款作為調(diào)節(jié)閥在工作條件下安裝后預(yù)計其泄漏與否的依據(jù)。



     減壓閥允許壓差值計算的泄漏等級除Ⅰ級外，


 注:①△P以KPa為單位。 
 ②D為閥座直徑，以mm為單位。 
 ③對于可壓縮流體體積流量,壓力為101.325KPa和溫度為273K的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的測定值. 

④試驗程序“1”表示△P＝0.35MPa、介質(zhì)為水；試驗程序“2”表示△P等于工作壓差、介質(zhì) 
 為水或氣體。 注：①每分鐘氣泡數(shù)是用外徑6mm、壁厚1mm的管子垂直浸入水下5～10mm深度的條件下測得的，管端表面應(yīng)光滑，無倒角和毛刺。 

 ②如果閥座直徑與表列值之一相差2mm以上，則泄漏系數(shù)可假設(shè)泄漏量與閥座直徑的平方成正 
 比的情況下通過類推法取得。 


 額定容量按計算公式 

 表中：Q1———液體流量，m3/h 
 Qg——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體流量，m3/h 
 KV———額定流量系數(shù) 

 P1——閥前壓力，KPa 
 P2——閥后壓力，KPa 
 △P——閥前后壓差，KPa 
 t——試驗介質(zhì)溫度，取20℃ 
 G——氣體比重，空氣＝1 
  相對密度（規(guī)定溫度范圍內(nèi)的水 ＝1） 為了簡化計算。閥門生產(chǎn)廠根據(jù)工作條件對常用閥門計算出允許壓差，列成表格附在選型樣本上，這樣不平衡力校核就轉(zhuǎn)換成允許壓差校核。
校核有兩種方式，一是根據(jù)所選執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力看允許壓差值是否合乎要求，二是根據(jù)允許壓差值選定合適輸出力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。



執(zhí)行機(jī)構(gòu)允許壓差/MPa
閥座直徑/mm
型號推力/KN40506580
PSL20110.670.43
PSL20121.470.940.480.31
PSL2044.53.462.211.230.81
PSL20882.291.51
PSL312123.492.30
PSL314144.102.70


分析表1，可得到以下結(jié)論：
閥門的允許壓差除了與閥門的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)以外，還與口徑、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力等因素有關(guān)?？趶皆酱?，允許壓差越小。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力越大，允許壓差越大(兩者幾乎成正比)，當(dāng)超出一定范圍后，可能無法配用更大推力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這時應(yīng)選用允許壓差更大的閥門結(jié)構(gòu)形式。
單座控制閥的允許壓差低，不進(jìn)行控制閥不平衡力校核，通常不一定能滿足中高壓生產(chǎn)過程的要求。特別是當(dāng)用戶未提允許壓差要求時，閥門生產(chǎn)廠可能按小推力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)供貨，這樣的事例在現(xiàn)場多次出現(xiàn)過。但是單座閥的結(jié)構(gòu)簡單、泄漏量小、價格低，如果稍加大推力即可滿足要求，就不一定非要選擇結(jié)構(gòu)復(fù)雜的閥門。國內(nèi)一般工廠的樣本不提供所配執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力的選擇或選擇余地很小，造成用戶一種錯覺，以為閥門的結(jié)構(gòu)形式、口徑確定以后，允許壓差也就確定了而無法改變。深圳萬迅自控公司對同一口徑的閥門通常可提供3~5種推力的選擇的做法就糾正了這一錯覺，希望國內(nèi)其他廠也能做到這一點，也希望用戶能注意到這一點。


3 允許壓差如何選取
用戶在訂購控制閥的訂貨數(shù)據(jù)表或計算書上，均應(yīng)將大工作壓差作為重要的基本數(shù)據(jù)之一列出，不列出此項相當(dāng)于訂貨數(shù)據(jù)不全，這可能導(dǎo)致閥門達(dá)不到允許壓差要求而關(guān)閉不嚴(yán)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力選擇過大或閥門結(jié)構(gòu)形式選擇不當(dāng)?shù)乳y門選型錯誤。
按作者在設(shè)計選型計算和實際現(xiàn)場應(yīng)用中的體會，允許壓差選取時應(yīng)注意以下幾個問題：
對簡單的降壓控制系統(tǒng)，允許壓差等于要求的減壓值。
閥門正常工作時閥前的壓力通常不能作為允許壓差的計算根據(jù)。正常工作時閥的的壓力并不大，但隨閥門逐漸關(guān)小，閥前壓力逐漸加大，閥前后壓差也逐漸加大。
閥門正常工作時閥后的壓力通常也不能作為允許壓差的計算根據(jù)。如果閥后只有連通大的管道而無阻力件，計算允許壓差時可視閥后壓力為零。但如果閥后連接有壓力容器及各種阻力件，閥門正常工作時閥后的壓力大體等于這些壓力容器在正常工作時的壓力值或在這些阻力件前要求的壓力(如燃燒噴嘴前要求壓力0.1MPa)。
以閥門正常工作時閥前后的壓力計算出來的壓差作為允許壓差往往偏小，原因可能有以下幾點：
在不正常工作時閥門的開度可能很小，使閥前壓力大大升高，而大工作壓差的含義是指閥門即將關(guān)閉時可能出現(xiàn)的差壓值，而在這種情況下，流體輸送設(shè)備(如水泵、風(fēng)機(jī)、空壓機(jī))的出口將達(dá)到設(shè)備運(yùn)行的高壓力，其數(shù)值等于流體輸送設(shè)備的額定出口壓力。
在不正常工作時閥門后的壓力容器的壓力可能低于壓力容器在正常工作時的壓力值。
正是這兩個因素使得不正常工作時閥前后的壓差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常工作時閥前后的壓差，使得在正常工作時不泄漏的閥門在不正常工作時產(chǎn)生泄漏。以工業(yè)鍋爐給水系統(tǒng)為例，35t/h的鍋爐給水泵額定壓力通常為6.0MPa，汽泡壓力為3.8MPa，閥前壓力正常時為4.0MPa，閥門正常工作時閥前后的壓差約為0.2MPa，如果拿這個值作為允許壓差，幾乎任何一臺閥門能滿足要求。但當(dāng)用汽量突然減少時，閥門開度也將減少，閥前壓力逐漸增大，直至達(dá)到給水泵額定壓力為止。此時閥前后的壓差為2.2MPa，一般單座閥在這種壓差下很難保證不泄漏。而且鍋爐汽包壓力很可能根據(jù)需要定為3.0MPa、2.5MPa，此時閥前后的壓差分別為3.0MPa、3.5MPa，比前述閥前后的壓差要大得多。而作者在現(xiàn)場時還有過一次奇特的經(jīng)歷，允許壓差值按3.0MPa考慮的閥門在鍋爐冷試開度還較大時就關(guān)不上了，后分析原因才知道了冷試時汽包壓力為零，而且冷試時用水量很少，要求閥門開度很小，此時閥前壓力可能達(dá)到6MPa，閥后壓力為零，閥前后壓差遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許壓差，所以閥門開度還較大時就關(guān)不上了。在現(xiàn)場只好開通旁路，待設(shè)備轉(zhuǎn)入正常工作時再啟動控制閥工作。所以，在確定允許壓差時，這樣一些因素也需要考慮。


有些閥門只是作為遙控閥門，其中有一部分還是工藝專業(yè)所選閥門，只不過為了實現(xiàn)遙控配上了儀表專業(yè)所選的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所以有些人習(xí)慣不作閥門的選型計算，但現(xiàn)場運(yùn)行結(jié)果表明在某些情況下不作選型計算是錯誤的。盡管選型計算的某些步驟可以簡化，如涉及控制性能的流量系數(shù)計算、流量特性選擇可以省略，但不平衡力校核等步驟還是*的。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：200X先導(dǎo)隔膜式水用減壓閥安裝要求