氣液兩相流工況下調節閥的選型

　　近幾十年來(lái)，隨著(zhù)工業(yè)現代化的加速，在不少領(lǐng)域中出現了氣液兩相流，如熱電、核電的氣化單元;天然氣、石油的開(kāi)采、輸送;低沸點(diǎn)液體的輸送等等。兩相流的調節閥計算理論不同于單向流，原因是氣體和液體不能同時(shí)簡(jiǎn)單地、確切地進(jìn)行數學(xué)描述，并且經(jīng)驗研究需要大量系數進(jìn)行許多試驗。

1、調節閥口徑的計算

　　1.1 氣液混合物密度

　　將兩種介質(zhì)的密度和速度進(jìn)行平均參數計算之后，按照單相流的工況進(jìn)行計算。計算出閥前兩種介質(zhì)混合之后的密度，在計算過(guò)程中，應該考慮氣體膨脹，使用公式(1)計算。

　　公式(1)

　　式中：ωg———氣體質(zhì)量流量，kg/h;

　　ωl———液體質(zhì)量流量，kg/h;

　　ω———混合物的總質(zhì)量流量，kg/h;

　　ρg———閥前氣體密度，kg/m;

　　ρl———閥前液體密度，kg/m;

　　Y———氣體膨脹系數。

　　1.2 流量系數的計算

　　非阻塞流兩相流的流量系數可由公式(2)計算得出。

　　公式(2)

　　式中：Fp———管道幾何系數。

　　對于兩相流阻塞流，計算時(shí)采用純凈氣體和純凈液體極限壓降組合的辦法來(lái)近似。

　　當壓降達到公式(3)給出的數值時(shí)，純凈氣體產(chǎn)生阻塞。

　　△p=P1×Fk×Xtp 公式(3)

　　相應的，純凈液體的壓降由公式(4)得出。

　　公式(4)

　　式中：Flp———與組件和管路幾何系數相關(guān)的閥門(mén)壓力恢復系數;

　　Ff———液體臨界壓力系數;

　　Fk———比熱系數;

　　Xlp———壓降比系數;

　　P1———閥前壓力，Pa;

　　P2———閥后壓力，Pa。

　　當所有的流體為液相時(shí)，且壓降達到公式(4)所給定的值時(shí)，開(kāi)始阻塞，當有少量氣體要加入流體時(shí)，阻塞流的壓降開(kāi)始變化，但是非常接近公式(4)的數值。繼續增加氣體的質(zhì)量百分數將進(jìn)一步改變引起阻塞流的極限壓差。當所有的流體為氣相時(shí)，根據公式(2)給定的壓降產(chǎn)生阻塞。對決定理想的噴嘴的極限壓降，已完成了理論計算，用這個(gè)結論得出線(xiàn)性關(guān)系，即液相極限壓降和用氣體質(zhì)量百分數函數描述的氣相極限壓降的關(guān)系。對于阻塞的兩相流的壓降可由公式(5)求出：

　　公式(5)

　　當實(shí)際壓降超過(guò)公式(5)時(shí)，兩相流被認為是阻塞流，將公式(5)的壓降代入公式(2)可計算出CV，并最終確定閥門(mén)口徑。

2、調節閥的精度

　　由于氣液兩相流的自然特性，用單一的公式不可能適當地描述流體的各種可能變化形式，上述計算方法的條件為：假定氣體和液體的速度是相同，且它們是完全相互混合的，這是個(gè)相當普遍的流體形式，所以這種計算方法也能用于許多兩相流。但如果流體偏離上述形式，則計算精度會(huì )降低。

　　此外，質(zhì)量比對口徑計算精度的影響，在蒸汽質(zhì)量比較小時(shí)特別明顯。例如，當飽和的蒸汽和水的混合物，質(zhì)量比從1%變化到2%時(shí)，引起73%的比熱容變化，這意味著(zhù)所需的流量系數增加30%。另一方面，如果流量質(zhì)量比從98%變化至99%，混合物的比熱容變化1%，如果不確切知道單組分兩相流的質(zhì)量比，可以將整個(gè)質(zhì)量流量假定為蒸汽流量來(lái)計算，這在所有情況下對保證閥的流量系數都是合適的。

3、調節閥的材質(zhì)

　　由于氣液兩相流的特殊性，極大的可能會(huì )出現氣泡聯(lián)合狀，這樣對閥的損壞是非常大的，最好的辦法就是選擇采用合適的幾何形狀和閥門(mén)材料來(lái)避免或盡量減小破壞，如閥座表面，選擇盡可能硬的材料。通常來(lái)說(shuō)，材料越硬，閥所能抵抗這種破壞的時(shí)間越久。

4、結束語(yǔ)

　　氣液兩相流工況下調節閥的選型計算是技術(shù)性很強的工作，要想使調節閥選型的結果符合現場(chǎng)的實(shí)際需要，必須做許多深入細致的工作。特別強調的一點(diǎn)是：調節閥的設計選型不僅是自動(dòng)化儀表專(zhuān)業(yè)的事，設計選型是否合理與工藝專(zhuān)業(yè)關(guān)系極大。因此設計選型時(shí)，要主動(dòng)積極地取得工藝專(zhuān)業(yè)的配合，這樣才能有更好的設計。