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<<p_v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M_a>>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)q_max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q_max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q_max點(diǎn)控制特性不好，閥門的增益V_dyn（閥阻比）太小。如果V_dyn=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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