蒸汽系统控制阀的选型

《蒸汽系统控制阀的选型》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第6章控制硬件：电动/气动自动驱动装置蒸汽系统的控制阀选型章节6.46.4蒸汽系统的控制阀选型蒸汽和冷凝水系统手册6.4.1489第6章控制硬件：电动/气动自动驱动装置蒸汽系统的控制阀选型章节6.4蒸汽系统的控制阀选型在讨论蒸汽系统的控制阀的选型之前，有必要对蒸汽在换热应用中的一些特性做一下回顾。蒸汽以特定的压力供给至控制阀上游，通过控制阀进入换热器，换热器也工作于特定压力。蒸汽通过控制阀进入设备换热空间，同换热器表面接触。蒸汽在换热表面冷凝，产生冷凝水。冷凝水的体积比蒸汽的体积小很多，也就是说，当蒸汽冷凝后，蒸汽空间的压力下降。蒸汽空间压力下降会导致控制阀的上

2、下游存在压差，蒸汽会从高压区（控制阀上游）流向低压区（设备内的蒸汽空间），流量同压差成某种比例关系，与蒸汽冷凝的速率平衡。进入蒸汽空间的蒸汽量取决于压差和阀门的口径。在任何时候，如果通过阀门的蒸汽量小于蒸汽的冷凝量（可能阀门太小），换热器内的蒸汽压力和换热率会减小到要求值以下，换热器就无法满足所要求的热负荷。如果使用调节控制系统，当制程的温度接近控制器的设定值时，控制器会将阀门关小相应的量，因此会减小蒸汽的量来维持低热负荷下所需要的低压。（阀门的开启和关闭通常指的是“阀门开度”的增加和减小；详细内容会在6.5节“控制阀特性”中介绍）。关小阀门会减小流量，蒸汽空间

3、的压力和温度下降。这样蒸汽和制程之间的温差会减小，换热率会降低，其关系如公式2.5.3所示。Q=UA∆TM公式2.5.3式中：Q=单位时间的换热量(W(J/s))；U=总的换热系数(W/m2·℃)；A=换热面积(m2)；∆TM=蒸汽和二次侧流体间的平均温差(℃)。总换热系数（U）不会有大的改变，面积（A）是固定的，因此如果平均温差（∆TM）减小，从蒸汽侧到二次侧的换热量也会减少。饱和蒸汽流过控制阀换热器的制造商会按照一定的输出热量要求进行设计。为达到这个热量输出，在换热表面（如壳管式换热器的换热盘管内侧）需要一定的饱和蒸汽温度。对饱和蒸汽，温度和压力一一对应，因

4、此通过控制蒸汽的压力就可以很简单实现温度控制。假设控制阀前蒸汽的供汽压力是10barg，一定流量的蒸汽通过控制阀进入换热器。阀门处于全开状态（见图6.4.1）。如果安装的阀门是DN50，阀门处于全开状态，通过阀门的压降相对较小，供给换热器的蒸汽的压力（和温度）相对较高。因此，为达到设计负载所需要的换热盘管相对较小。现在考虑，一个DN40的阀门处于全开状态，通过与DN50阀门相同的流量。因为阀门的流通面积变小了，所以通过阀门的压降会增大，进入换热盘管的蒸汽的压力（和温度）会降低。因此，为达到同样的热负荷所需要的换热面积会增加。换句话说，需要一个稍大一点的换热盘管或

5、换热器。继续减小阀门的口径，相同流量的蒸汽通过控制阀的压降会更大，为了维持相同的热量输出需要进一步增加换热面积。DN50控制阀9.5barg10bargP1P26.4.2蒸汽和冷凝水系统手册490第6章控制硬件：电动/气动自动驱动装置蒸汽系统的控制阀选型章节6.4DN40控制阀9barg10bargP1P2DN32控制阀5barg10bargP1P2图6.4.1通过全开的控制阀的流动不管阀门口径多大，当制程的需求量减小时，阀门必须从全开向关的位置调节。但是，在最初一段行程内调节作用比较小，阀门行程的变化百分比引起很小的流量的变化百分比。通常，10%的行程变化可能

6、只引起5%的流量改变。行程更大时，当阀芯接近阀座时，5%的行程的改变可能会引起10%的流量的改变，可以得到比较好的调节。如果选择大的控制阀，可以看到控制作用小的起始行程部分会增大，而在全负载的时候的压降也比较小。当控制阀选得足够小的话，全负载的时候需要“临界压降”，这种行程的影响就会消失。临界压降会在下面的部分进行介绍。此外，如果选择大的控制阀，阀门流通面积增大，给定流量的改变需要的阀门行程的改变会比小口径控制阀要小。这样经常会引起控制不稳定，增加“振荡”的可能性，尤其是在负荷减小时。临界压力通过控制阀的质量流量会随着压差的增大而增加，直到达到“临界压力”状态。

7、我们可以通过喷嘴的工作原理以及同控制阀的比较来进行解释。假设一个接近理想的小孔，如图6.4.2所示的渐缩渐扩喷嘴。如果按照上下游压力和供汽条件进行正确设计，其形状可以满足高效运行。流线喉口流向流向高压进口低压出口图6.4.2一个渐缩渐扩喷嘴蒸汽和冷凝水系统手册6.4.3491第6章控制硬件：电动/气动自动驱动装置蒸汽系统的控制阀选型章节6.4这样的喷嘴可以认为一种热力机，将热能转变为机械能（动能）。设计要求是在给定的压降下释放所要求的蒸汽量，同时产生的紊流和摩擦损失最小。在收缩段，随着压力的降低，蒸汽的比容增加，但蒸汽流速随着压力的降低而增加。开始时，流速的增加

8、远远快于比容的增加，通过