调节阀特性及海上油气生产系统调节阀计算.pdf
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1、.37-第10 期调节阀特性及海上油气生产系统调节阀计算叶雷、李季、崔正清、王彦瑞(海洋石油工程股份有限公司,天津3 0 0 4 5 7)摘要】新建或改造海上油气生产平台系统时,掌握选择的调节阀种类及流量特性知识并利用专业计算软件计算出的流量系数,依据厂家资料选择及校核合适尺寸调节阀。【关键词】调节阀;流量特性;流量系数;计算校核1引言海上油气生产平台作为海洋油气开发、处理及外输的大型海上建筑,其上部组块安装的大量工艺设备需要调节阀门实现工艺流程中流量、压力、温度、液位等参数稳定在操作生产目标值处,实现该些工艺参数控制的实质是调节工艺设备进或出口处的流量。调节阀的作用相当于节流面积随着阀芯变化
2、而变化的孔板。调节阀门的计算工作主要是依据工艺参数计算出调节阀的流量系数(流通能力)范围。海洋油气工程设计工作中使用的计算工具为鹰图公司Intools软件。2调节阀门特性2.1调节阀门流量特性调节阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对行程之间的关系,即Q/Qmax=f(1/L),Q 为阀门某一开度的流量,Qmax为阀门全开度流量,1为调节阀某一开度行程,L为调节阀的全行程。不同厂家统一尺寸规格的调节阀Qmax与L不同。常用的调节阀固有的流量特性(理想流量特性)有四种,其种类及特性曲线见图1。1008060快开特性直线特性40对数特性20抛物线特性003488R889相对行程(/
3、L)%图1调节阀典型理想流量特性曲线1.直线流量特性:Q/Qmax=1/R+(1-1/R)*1/L,由公式及图形曲线可知其调节特性为:调节放大倍数是常数,小开度处流量变化也较大,调节作用强,但调节过程易振荡;大开度时调节作用弱,调节性能差。2.对数流量特性(等百分比流量特性):Q/Qmx=RVL或Q/Qmx=eVL1))mk,其调节特性为:调节阀的放大倍数随流量增大而增加,流量的相对变化值近似相等。小开度处放大倍数小,调节作用缓和、平稳;大开度处放大倍数大,调节作用灵敏、有效。3.抛物线流量特性:Q/Qmax=1/R1+(I/R-1)*1/L,该流量特性的调节阀可弥补直线特性在小开度时调节性能
4、差的缺点,调节特性介于直线与对数流量特性之间。4.快开流量特性:该类调节阀在开度小时就有很大流量,随着开度增大,流量很快达到最大值,适用快速启闭的切断或双位调节工况要求。上述中的R为调节阀的可调比:调节阀最大可控流量与最小可控流量的比值。一般可取R=30。在调节介质的压力和温度及流量时,选择等百分比流量特性比较符合期望;而在调节液体液位时,选择直线流量特性比较符合期望。2.2调节阀门种类选择用于调节流量的阀门种类较多,比如蝶阀、球阀及截止阀等,不同种类阀门的调节特性及应用不同:蝶阀结构紧凑、价格便宜、能通能力作者简介:叶雷,男,(19 8 8-),工程师,毕业于哈尔滨工程大学,自动化专业,仪表
5、控制设计。38-2023年第2 6 卷论文广场石油和化工设备大,在转角7 0 0 前流量特性相似于对数特性,但阀门泄漏量大,适用低压差、大流量气体和带悬浮物流体的场合;球阀具有流通能力大、流量调节阀范围大,流量特性为快开特性,常用的V形球阀的V形口与阀座有剪切作用,适合用于纤维、纸浆及含有颗粒等粘性介质的调节和切断;截止阀中直通及角型单座调节阀常被选用,直通截止阀阀门具有关闭时泄漏量小、不平衡力大、调节性能好,阀芯易于更换及维修等优点;角型截止阀可用于进出口压差较大的工况,避免高压差气蚀等恶性阀芯损坏。海上平台选用的调节阀常用于黏性较低的介质,如气体、水和流动性好的原油或其混合液态,而且在一定
6、时间生产过程中的流量变化范围不是很大,所以通常选用的调节阀为截止阀中的直通或角型型。2.3截止型调节阀的阀芯选择截止型式阀分为单座式与套筒式:单座式是通过改变阀芯与阀座间有效面积改变介质流过流量,具有结构简单、密封性好优点;套筒式式阀芯与阀座之间增加套筒结构,是通过改变阀芯遮挡套筒上开孔的流通有效面积而改变介质流过流量,具有阀芯可开有平衡孔,减小不平衡力,可调比大、振动小、不平衡力小、互换性好的优点。依据流通有效面积的变化曲线,设计阀芯或套筒开孔形状实现阀门不同流量特性。阀芯和套筒开孔形状及对应流量特性见图2。等百分比线性快开等百分比线性快开套筒式开孔形状图2 阀芯和套筒开孔形状及对应流量特性
7、3调节阀尺寸计算3.1调节阀流量系数调节阀的流量系数(表征阀门流通能力的参数)国际上常用Cv、K v 来表示。流量系数Cv是指温度为4 0 6 0 F的水在1PSI(磅/平方英寸)的压降下,阀门某开度下每分钟流过阀门的(美)加仑数;Kv是指温度为5 4 0 的水在10 0 kPa的压降下,阀门某开度下每小时流过阀门的立方米数;一些厂商使用的Cg常用于表示可压缩流体的流量系数。他们之间换算关系为:Cv=1.167Kv;Cg=40Cvl/Xt其中Xt为阀门的固有系数(此值咨询厂商,无法确定时可取0.6)。3.2调节阀流量系数计算及尺寸选择3.2.1调节阀流量系数计算基本公式由理想流体的伯努利方程能
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