4)CONVAL在控制閥選型過(guò)程中,針對(duì)臨界流體及空化、閃蒸狀況流體的預(yù)見(jiàn)性分析 a)對(duì)臨界性流體,進(jìn)行閥門選型時(shí)的分析
眾所周知的在控制閥選型中的敏感區(qū)為臨界性流體,在此所謂臨界性流體是指這些液體工況的操作點(diǎn)在臨界點(diǎn)或飽和蒸汽壓附近,例如乙烯等碳?xì)浠衔铮陂y門入口可能就出現(xiàn)了兩相流;有些介質(zhì)工況條件可能接近或在臨界溫度點(diǎn)和臨界壓力點(diǎn)之上。如果在上述這些工況情況下進(jìn)行控制閥的計(jì)算,一定要慎重,下面是通過(guò)CONVAL計(jì)算實(shí)例進(jìn)行的簡(jiǎn)單討論。
如果工況在臨界點(diǎn)附近,介質(zhì)的密度或氣相等熵指數(shù)會(huì)隨著氣、液狀態(tài)變化發(fā)生改變。見(jiàn)圖17通過(guò)CONVAL對(duì)乙烯介質(zhì)在入口壓力P1:60~70bar,入口溫度T1:12~16℃工況閥門控制的計(jì)算,其中在左上圖中可看到CONVAL軟件能預(yù)測(cè)控制的不穩(wěn)定性;??下圖可看到:由于選用錯(cuò)誤的等熵指數(shù)k=1.2,導(dǎo)致了錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果Cv=81;而此時(shí)工況的等熵指數(shù)k=5.6(在CONVAL數(shù)據(jù)庫(kù)中很容易查詢此值,見(jiàn)右下圖曲線),正確的計(jì)算Cv=59。


圖17:CONVAL計(jì)算臨界性流體,工況在臨界點(diǎn)附近,等熵指數(shù)值大于2
臨界流體
由于介質(zhì)工況參數(shù)在臨界點(diǎn)附近,密度、等熵指數(shù)可能會(huì)發(fā)生突然變化,CONVAL能預(yù)測(cè)控制的不穩(wěn)定性非臨界流體
a)錯(cuò)誤計(jì)算結(jié)果:
Cvcalc=81
xT=0.2
(由于在操作點(diǎn)選擇了錯(cuò)誤的等熵指數(shù)κ=1.2)
b)正確計(jì)算結(jié)果:
Cvcalc=59
κ=5.6!
CONVAL數(shù)據(jù)庫(kù)可提供κ值(操作介質(zhì)在工況P1=60~70bar,T1=12~16℃)在CONVAL軟件中,我們可以借助于波鴻魯爾大學(xué)開(kāi)發(fā)的*新工業(yè)介質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)上面的例子進(jìn)行分析,對(duì)處在物質(zhì)臨界點(diǎn)的乙烯,如果將實(shí)際等熵指數(shù)代入,其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2,那么流量計(jì)算結(jié)果會(huì)截然不同。以往的選型過(guò)程中,在臨界流情況計(jì)算閥門口徑時(shí)往往由于代入了錯(cuò)誤的等熵指數(shù)造成計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤。述計(jì)算對(duì)于控制閥的選型是至關(guān)重要的,但在國(guó)內(nèi)儀表工程師對(duì)氣體的等熵指數(shù)往往很不重視,IEC605342-1選型標(biāo)準(zhǔn)中給出了用于蒸汽和氣體計(jì)算的典型的等熵指數(shù)表。1
b)對(duì)出現(xiàn)氣蝕、閃蒸流體現(xiàn)象的分析
在控制閥的選型過(guò)程中,當(dāng)遇到氣蝕、閃蒸及由于盲目節(jié)約成本造成的參數(shù)配置不當(dāng)情況下,CONVAL軟件能夠做出預(yù)見(jiàn)性分析。對(duì)于液體介質(zhì)而言,由于介質(zhì)的參數(shù)特性,例如大差壓,入口壓力接近介質(zhì)的飽和蒸汽壓等工況,控制閥經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)氣蝕、閃蒸等現(xiàn)象,極易造成閥門內(nèi)件的侵蝕、振動(dòng)損壞。見(jiàn)下各圖。

圖18:差壓大于20公斤時(shí),由于發(fā)生氣蝕造成的典型閥芯損壞的情形給水控制閥選型錯(cuò)誤,p1:70bar P2:1bar。

圖19:當(dāng)p2<<pv且v2>>60m/s時(shí),發(fā)生閃蒸所造成的閥芯損壞。

圖20:氣蝕伴出口流速v2>>5m/s時(shí),角行程閥體的受損情形。

圖21:蒸汽減壓,出口速度Ma>>1時(shí)閥門損壞情況。
應(yīng)用CONVAL軟件,能夠?qū)ι鲜龀霈F(xiàn)的各種現(xiàn)象進(jìn)行診斷,例如圖17以熱水介質(zhì)為例,在小負(fù)載的情況下易誘發(fā)氣蝕和閃蒸。如果被控流量不低于Op2,上述情況就不會(huì)發(fā)生。
圖22:CONVAL軟件分析氣蝕、閃蒸現(xiàn)象
(1)紅**域:選型錯(cuò)誤:在工作點(diǎn)qmax失去控制精度,見(jiàn)圖23閥門的閥阻比太小,導(dǎo)致無(wú)法控制qmax點(diǎn)的流量。實(shí)例見(jiàn)殼牌DEP32.36.01.17.-GEN
(2)紅**域:選型錯(cuò)誤造成閃蒸伴隨出口流速>60m/s,存在機(jī)械損傷的危險(xiǎn),管道振動(dòng)。如果control
(3)淺紅**域:當(dāng)xF>xFz,發(fā)生氣蝕。
(4)紅**域:當(dāng)xF>FL2,發(fā)生阻塞流,并伴隨嚴(yán)重的氣蝕和閃蒸。

圖23:CONVAL軟件分析閥門閥阻比
在圖23紅**域內(nèi),由于選型錯(cuò)誤導(dǎo)致在qmax點(diǎn)控制特性不好,閥門的增益Vdyn(閥阻比)太小。如果Vdyn=dp_q90/dp_0<0,27;qmax>0,9q_100,CONVAL將提示紅色警告區(qū)域。當(dāng)任意輸入1-3個(gè)工作點(diǎn)。不合理的閥門特性曲線可以通過(guò)選中一個(gè)工作點(diǎn)拖至正確區(qū)域而自動(dòng)得到校正。這種設(shè)計(jì)有助于避免耗時(shí)的系統(tǒng)壓力損失的計(jì)算工作。紅**域顯示工作點(diǎn)1接近系統(tǒng)允許的*大流量,即短路流量,這時(shí)閥阻比太小了,閥門將失去控制性能。這種現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)也經(jīng)常發(fā)生,由于在技術(shù)選型和招標(biāo)時(shí),盲目降低成本,或者由于一些閥門廠家處于中標(biāo)的利益考慮,盡可能縮小閥門口徑,使閥門經(jīng)常處于不合理的大開(kāi)度工作,閥門工作性能不滿足要求或者失去控制。
CONVAL軟件大約存有60余種碳?xì)浠衔镎鎸?shí)的熱力學(xué)閃蒸工況[見(jiàn)下表3],當(dāng)進(jìn)行閥門計(jì)算選型時(shí)能夠建議、提供為避免臨界出口流速出現(xiàn)的*小的DN值。計(jì)算采用類似于蒸汽表的數(shù)學(xué)方法,具有可靠的計(jì)算依據(jù)和精度(“波鴻魯爾大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院熱力學(xué)系”www.ruhr-uni-bochum.de/themo/index-eng.htm)。這些數(shù)據(jù)能很好地為運(yùn)行裝置中出現(xiàn)故障的閥門提供數(shù)據(jù)參考和診斷依據(jù)。
表3:CONVAL內(nèi)可進(jìn)行閃蒸工況計(jì)算的碳?xì)浠衔锝橘|(zhì)

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