4）CONVAL在控制閥選型過程中，針對臨界流體及空化、閃蒸狀況流體的預見性分析

      a）對臨界性流體，進行閥門選型時的分析

      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在臨界點或飽和蒸汽壓附近，例如乙烯等碳氫化合物，在閥門入口可能就出現(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和臨界壓力點之上。如果在上述這些工況情況下進行控制閥的計算，一定要慎重，下面是通過CONVAL計算實例進行的簡單討論。

      如果工況在臨界點附近，介質(zhì)的密度或氣相等熵指數(shù)會隨著氣、液狀態(tài)變化發(fā)生改變。見圖17通過CONVAL對乙烯介質(zhì)在入口壓力P₁：60~70bar，入口溫度T₁：12~16℃工況閥門控制的計算，其中在左上圖中可看到CONVAL軟件能預測控制的不穩(wěn)定性；右下圖可看到：由于選用錯誤的等熵指數(shù)k=1.2，導致了錯誤的計算結(jié)果Cv=81；而此時工況的等熵指數(shù)k=5.6（在CONVAL數(shù)據(jù)庫中很容易查詢此值，見右下圖曲線），正確的計算Cv=59。

圖17：CONVAL計算臨界性流體，工況在臨界點附近，等熵指數(shù)值大于2

      臨界流體

      由于介質(zhì)工況參數(shù)在臨界點附近，密度、等熵指數(shù)可能會發(fā)生突然變化，CONVAL能預測控制的不穩(wěn)定性非臨界流體

      a）錯誤計算結(jié)果：
      Cvcalc=81
      xT=0.2

      （由于在操作點選擇了錯誤的等熵指數(shù)κ=1.2）

      b）正確計算結(jié)果：
      Cvcalc=59
      κ=5.6!

      CONVAL數(shù)據(jù)庫可提供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開發(fā)的*新工業(yè)介質(zhì)數(shù)據(jù)庫對上面的例子進行分析，對處在物質(zhì)臨界點的乙烯，如果將實際等熵指數(shù)代入，其值遠遠大于2，那么流量計算結(jié)果會截然不同。以往的選型過程中，在臨界流情況計算閥門口徑時往往由于代入了錯誤的等熵指數(shù)造成計算結(jié)果錯誤。述計算對于控制閥的選型是至關(guān)重要的，但在國內(nèi)儀表工程師對氣體的等熵指數(shù)往往很不重視，IEC605342-1選型標準中給出了用于蒸汽和氣體計算的典型的等熵指數(shù)表。1<k<2的范圍已知適用于所有的可壓縮流體。但是對于2<k<20適用于臨近或在物質(zhì)的臨界點之上的超臨界流體的情況卻不是人所共知的。對于處于臨界點的工況，在計算時一定要注意，因為錯誤的計算Cv結(jié)果不僅僅導致選擇的控制閥口徑的過大或過小，工作特性不好，更為嚴重的是，在這些工況尤其是大差壓調(diào)節(jié)場合，錯誤的計算可能導致不能準確判斷阻塞流等現(xiàn)象的發(fā)生，結(jié)果由于閥門選擇的不合理，給裝置留下隱患。

      b）對出現(xiàn)氣蝕、閃蒸流體現(xiàn)象的分析

      在控制閥的選型過程中，當遇到氣蝕、閃蒸及由于盲目節(jié)約成本造成的參數(shù)配置不當情況下，CONVAL軟件能夠做出預見性分析。對于液體介質(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、振動損壞。見下各圖。

圖18：差壓大于20公斤時，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誤，p₁：70bar   P₂：1bar。

圖19：當p₂<<p_v且v₂>>60m/s時，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，角行程閥體的受損情形。

圖21：蒸汽減壓，出口速度M_a>>1時閥門損壞情況。

      應(yīng)用CONVAL軟件，能夠?qū)ι鲜龀霈F(xiàn)的各種現(xiàn)象進行診斷，例如圖17以熱水介質(zhì)為例，在小負載的情況下易誘發(fā)氣蝕和閃蒸。如果被控流量不低于Op2，上述情況就不會發(fā)生。

圖22：CONVAL軟件分析氣蝕、閃蒸現(xiàn)象

      （1）紅色區(qū)域：選型錯誤：在工作點q_max失去控制精度，見圖23閥門的閥阻比太小，導致無法控制q_max點的流量。實例見殼牌DEP32.36.01.17.-GEN
      （2）紅色區(qū)域：選型錯誤造成閃蒸伴隨出口流速>60m/s，存在機械損傷的危險，管道振動。如果control<Op2，建議擴大DN值。
     （3）淺紅色區(qū)域：當xF>xFz，發(fā)生氣蝕。
     （4）紅色區(qū)域：當xF>FL²，發(fā)生阻塞流，并伴隨嚴重的氣蝕和閃蒸。

圖23：CONVAL軟件分析閥門閥阻比

      在圖23紅色區(qū)域內(nèi)，由于選型錯誤導致在q_max點控制特性不好，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。當任意輸入1-3個工作點。不合理的閥門特性曲線可以通過選中一個工作點拖至正確區(qū)域而自動得到校正。這種設(shè)計有助于避免耗時的系統(tǒng)壓力損失的計算工作。紅色區(qū)域顯示工作點1接近系統(tǒng)允許的流量，即短路流量，這時閥阻比太小了，閥門將失去控制性能。這種現(xiàn)象在國內(nèi)也經(jīng)常發(fā)生，由于在技術(shù)選型和招標時，盲目降低成本，或者由于一些閥門廠家處于中標的利益考慮，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余種碳氫化合物真實的熱力學閃蒸工況[見下表3]，當進行閥門計算選型時能夠建議、提供為避免臨界出口流速出現(xiàn)的*小的DN值。計算采用類似于蒸汽表的數(shù)學方法，具有可靠的計算依據(jù)和精度（“波鴻魯爾大學機械工程學院熱力學系”www.ruhr-uni-bochum.de/themo/index-eng.htm）。這些數(shù)據(jù)能很好地為運行裝置中出現(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)可進行閃蒸工況計算的碳氫化合物介質(zhì)

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動化儀表有限公司