设计导则 中国石化工程建设公司
调节阀计算导则 SGIN 0053 -2000 实施日期 2000年11月 20日 共 40 页 第 1 页 目 录
序言…………………………………………………………………………... 3 1 说明
1.1 名词和术语…………………………………………………………….4 1.2 单位说明……………………………………………………………….5 1.3 计算公式中的符号说明……………………………………………….5 2 调节阀尺寸计算
2.1 不可压缩流体的调节阀计算………………………………………….6 2.2 可压缩流体的调节阀计算…………………………………………….13 2.3 两相流流体的调节阀计算…………………………………………….17 3 调节阀噪声计算
3.1 液体噪声估算………………………………………………………….17 3.2 气体噪声估算 ………………………………………………………….17 3.3 蒸汽噪声估算 ………………………………………………………….17 4 调节阀计算程序说明
4.1 InstruCalc…………………………………………………………….17 4.2 Intools………………………………………………………………..18 5 附录A InstruCALC 调节阀计算公式
5.1 不可压缩流体的调节阀计算 ………………………………………..19 5.2 气体调节阀计算公式………………………………………………….20 5.3 两相流阀门计算……………………………………………………….22 6 附录B INtools 调节阀计算公式
6.1 不可压缩流体的调节阀计算 ………………………………………….24
6.2 可压缩流体(气体、蒸汽)的阀门计算……………………………….27
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7 附件C INtools 调节阀噪声计算公式
7.1 按Masoneilan标准计算水力学噪声………………………………….30 7.2 按IEC标准计算水力学噪声 ……………………………………….30 7.3 空气动力学噪音 ( ISA 标准) …………………………………….32 7.4 空气动力学噪音 ( IEC 标准) …………………………………….36
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序言
本导则规定了调节阀的计算方法和选型的原则，正确的计算与合理地选用调节阀才能很好地实现控制功能、节省投资、并避免出现控制精度低、阀门在小流量时不稳定、阀门使用寿命短、以及由于闪蒸或空化作用所导致的阀门损坏等问题。
调节阀的计算主要依据ISA 或IEC的相关标准，亦可采用Fisher-Rosemount、 Masoneilan计算公式，这些标准提供的调节阀计算公式是依据大量的实验测试得出的，它们成立是有条件的。例如根据ANSI/ISA S75.01标准计算不可压缩流体的调节阀流通能力，提出下面几点限制条件： (1) 流体是不可压缩的 (2) 流动是稳定的 (3) 流动是一维的 (4) 按非粘性流体来分析 (5) 流体不发生相变
当缩流处的压力小于该操作条件下液体蒸汽压时，部分液体会汽化，流体呈现气液两相状态，这是一种热力学不稳定状态。不能按照一般的流体计算公式来计算流通能力CV。因为流体已经不能视为不可压缩流体。当压差大于等于允许压差，流体处于阻塞流状态，在阻塞流状态流量与压降的开方不再成比例。ISA标准提出了对应于阻塞流状态的流量计算公式，该公式中引入临界压力比系数以克服阻塞流的影响。
各种标准的调节阀计算公式都对流体作出如下的限制：即流体是牛顿型不可压缩流体(液体)、牛顿型可压缩流体(气体、蒸汽)、以及上述两种流体的均匀混合物。
由于实际使用与实验测试条件不同，例如调节阀配管中其他阻力件的引入、流体的流动状态的变化等，都会导致计算结果出现误差。通过在公式中引入管道修正系数，雷诺数修正系数以补偿（或减少）这种误差。
调节阀尺寸计算主要涉及如何确定阀门的流通能力CV, 流通能力又是确定阀门尺寸的重要依据，结合计算Cv值和阀门制造厂的选型数据确定选用CV值和阀门的口径。而确定阀门尺寸是属于阀门选型过程。这些计算公式同样适用于在阀门已经确定的条件下，根据阀前后的压降计算通过阀的流量、或者根据通过阀的流量计算阀两端的压降。后者称为使用计算；前者（确定流通能力CV）称为选型计算。
影响阀门计算的因素很多，对于不可压缩流体来说，阀两端的压降、流体是否出现阻塞流，流体的流动状态、管路系统中其他阻力件的引入都会影响阀门流通能力的计算。此外由于流通能力是以液体来标定的，对于气体来说不同流路形式的阀门，虽然流通能力相同、实际使用效果可能存在很大差异。
对于直流路的蝶阀和球阀、其压力恢复能力强。对于单座阀、套筒阀等流道为非流线型的阀门，
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其压力恢复能力较差。在阀门选型时、具有相同流通能力的球阀和单座阀,由于前者流道具有直线性，具有较小的流通面积，对于气体来说阀门结构形式的差别对流通量的影响很小，而流通面积产生的影响却很大。因此对气体来说，在相同工况下, 球阀比单座阀更容易出现临界流和阻塞流情况,实际通过的最大流量也要小于相应的单座阀。高压力恢复阀（如球阀）的允许压差要小于低压力恢复阀（如单座阀）。
1 说明
1.1 名词和术语
阀流通能力CV:
在阀门全开的条件下，温度60 oF (华氏度)的水，在１lb/in2压降下,每分钟通过的流体数量。（单位：美国加仑）
缩流Vena Contracta:
流体经过调节阀节流件其流通面积会缩小，在流束的最小截面处对应的点称为缩流点。在缩流点上下游处流体的流动状况是不同的。从上游侧到缩流处的各点，其流动状态非常接近理想状态（热力学等熵过程）。根据伯努利方程，机械能本身并没有损失，仅仅从一种形式转化为另一种形式。忽略位能的影响，流体的能量单纯地从压力能变为动能。
对于从缩流处到调节阀下游的流体状态是属于非理想状态的，下游流体的流速被恢复,但压力不能完全恢复，有一部分机械能被流体本身吸收或以热能的形式被环境吸收。
阻塞流：对于一已知的阀门,增加阀门两端的压差,并不能使通过阀门的流量无限增加,当压差增加到某一点时,实际的质量流量的增加小于预期的流量,这种限制质量流量的情况称为阻塞流。
允许压差：把产生流体阻塞处的压差称为允许压差。对于不可压缩流体，如果阀门的压降大于允许压差，在阀门节流件的缩流处的压力低于该状态下的液体蒸汽压，部分液体汽化，进入到热力学不稳定状态。调节阀计算中应避免出现阻塞流。将允许压差带入到流量计算公式中得到阀门的阻塞流速率,如果该流率小于所要求的最大流率，则阀门的尺寸不够大，需要选一个较大的阀门重新计算阀门的CV 。
空化 ：在压力降低到液体的蒸汽压力时，在缩流处会产生气泡，在下游压力恢复到高于该温度下液体的蒸汽压力时，气体又会转变为液体。这种从液体-气体-液体的整个相变过程称为空化。 1.2 单位说明
本文中的计算公式的单位多采用英制单位，采用工程单位或国际标准SI单位，仅需要在公式中增加一项单位转换系数或改变原有的系数。
对于可压缩流体，当选定其流量单位为体积流量时，在INTOOLS软件会提示用户该流量是对应于 @flow、 @Normal、Standard 、@Base四种状态中的哪一种。
@flow ：对应于操作状态
@Normal ：对应于公制的标准状态，即温度为0℃ 、压力为1 atm 。
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Standard ： 对应于英制的标准状态，即温度为60 OF 、压力为1 atm 。
@Base ：指某一基准状态，当某一状态的工艺数据为已知时，可以将该工况设为基准状态，可以利用该基准状态去计算另一状态下的数据,为方便起见通常将基准状态设为@Normal标准状态或Standard标准状态。
1.3 计算公式中的符号说明
A 流体的横截面积 CV 阀流通能力 D 阀公称直径 D1 阀入口管道内径 D2 阀出口管道内径
γn 操作温度、压力下的流体密度 Fd 阀型式修正系数
? 比热比
FK 比热比系数 FL 额定压力恢复系数 FLP 等效的液体压力恢复系数 FP 管道修正系数 FR 雷诺数校正系数 Gf 操作状态下比重 M 分子量 MS 操作状态下马赫数 P 压力 P1 上游绝对压力 P2 下游绝对压力 PC 临界压力 PVAP 液体饱和蒸汽压力 ΔP 阀门压力降 SL 噪音 SLG 气体属性系数 t 管道壁厚 T1 上游绝对温度 TSH 蒸汽过热温度 ReD 雷诺数 v 流速 Ve 两相流等效比容 Vf 液体比容 vg 气体比容 Vg 气体百分比 Q 流量 W 总流量 Wf 液体流量 Wg 气体流量 X1 压力降与阀入口压力比
m2
in in in lb/in3
Pa（A ） Pa（A ） Pa（A ） Pa（A ） Pa（A ） Pa dB(A) dB(A) in R oF m/s ft3/lb ft3
/lb ft3
/lb gal lb/h lb/h lb/h
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