CONVAL软件及控制阀在苛刻工况的应用（中）

      a）对临界性流体，进行阀门选型时的分析

     众所周知的在控制阀选型中的敏感区为临界性流体，在此所谓临界性流体是指这些液体工况的操作点在临界点或饱和蒸汽压附近，例如乙烯等碳氢化合物，在阀门入口可能就出现了两相流；有些介质工况条件可能接近或在临界温度点和临界压力点之上。如果在上述这些工况情况下进行控制阀的计算，一定要慎重，下面是通过CONVAL计算实例进行的简单讨论。

     如果工况在临界点附近，介质的密度或气相等熵指数会随着气、液状态变化发生改变。见图17通过CONVAL对乙烯介质在入口压力P₁：60~70bar，入口温度T₁：12~16℃工况阀门控制的计算，其中在左上图中可看到CONVAL软件能预测控制的不稳定性；��下图可看到：由于选用错误的等熵指数k=1.2，导致了错误的计算结果Cv=81；而此时工况的等熵指数k=5.6（在CONVAL数据库中很容易查询此值，见右下图曲线），正确的计算Cv=59。

图17：CONVAL计算临界性流体，工况在临界点附近，等熵指数值大于2

      临界流体

     由于介质工况参数在临界点附近，密度、等熵指数可能会发生突然变化，CONVAL能预测控制的不稳定性非临界流体

      a）错误计算结果：
     Cvcalc=81
     xT=0.2

     （由于在操作点选择了错误的等熵指数κ=1.2）

      b）正确计算结果：
     Cvcalc=59
     κ=5.6!

     CONVAL数据库可提供κ值（操作介质在工况P₁=60~70bar，T₁=12~16℃）在CONVAL软件中，我们可以借助于波鸿鲁尔大学开发的*新工业介质数据库对上面的例子进行分析，对处在物质临界点的乙烯，如果将实际等熵指数代入，其值远远大于2，那么流量计算结果会截然不同。以往的选型过程中，在临界流情况计算阀门口径时往往由于代入了错误的等熵指数造成计算结果错误。述计算对于控制阀的选型是至关重要的，但在国内仪表工程师对气体的等熵指数往往很不重视，IEC605342-1选型标准中给出了用于蒸汽和气体计算的典型的等熵指数表。1

      b）对出现气蚀、闪蒸流体现象的分析

     在控制阀的选型过程中，当遇到气蚀、闪蒸及由于盲目节约成本造成的参数配置不当情况下，CONVAL软件能够做出预见性分析。对于液体介质而言，由于介质的参数特性，例如大差压，入口压力接近介质的饱和蒸汽压等工况，控制阀经常会出现气蚀、闪蒸等现象，极易造成阀门内件的侵蚀、振动损坏。见下各图。

图18：差压大于20公斤时，由于发生气蚀造成的典型阀芯损坏的情形给水控制阀选型错误，p₁：70bar   P₂：1bar。

图19：当p₂<<p_v且v₂>>60m/s时，发生闪蒸所造成的阀芯损坏。

图20：气蚀伴出口流速v₂>>5m/s时，角行程阀体的受损情形。

图21：蒸汽减压，出口速度M_a>>1时阀门损坏情况。

     应用CONVAL软件，能够对上述出现的各种现象进行诊断，例如图17以热水介质为例，在小负载的情况下易诱发气蚀和闪蒸。如果被控流量不低于Op2，上述情况就不会发生。

图22：CONVAL软件分析气蚀、闪蒸现象

     （1）红**域：选型错误：在工作点q_max失去控制精度，见图23阀门的阀阻比太小，导致无法控制q_max点的流量。实例见壳牌DEP32.36.01.17.-GEN
     （2）红**域：选型错误造成闪蒸伴随出口流速>60m/s，存在机械损伤的危险，管道振动。如果control
    （3）浅红**域：当xF>xFz，发生气蚀。
     （4）红**域：当xF>FL²，发生阻塞流，并伴随严重的气蚀和闪蒸。

图23：CONVAL软件分析阀门阀阻比

     在图23红**域内，由于选型错误导致在q_max点控制特性不好，阀门的增益V_dyn（阀阻比）太小。如果V_dyn=dp_q90/dp_0<0，27；qmax>0，9q_100，CONVAL将提示红色警告区域。当任意输入1-3个工作点。不合理的阀门特性曲线可以通过选中一个工作点拖至正确区域而自动得到校正。这种设计有助于避免耗时的系统压力损失的计算工作。红**域显示工作点1接近系统允许的*大流量，即短路流量，这时阀阻比太小了，阀门将失去控制性能。这种现象在国内也经常发生，由于在技术选型和招标时，盲目降低成本，或者由于一些阀门厂家处于中标的利益考虑，尽可能缩小阀门口径，使阀门经常处于不合理的大开度工作，阀门工作性能不满足要求或者失去控制。

     CONVAL软件大约存有60余种碳氢化合物真实的热力学闪蒸工况[见下表3]，当进行阀门计算选型时能够建议、提供为避免临界出口流速出现的*小的DN值。计算采用类似于蒸汽表的数学方法，具有可靠的计算依据和精度（“波鸿鲁尔大学机械工程学院热力学系”www.ruhr-uni-bochum.de/themo/index-eng.htm）。这些数据能很好地为运行装置中出现故障的阀门提供数据参考和诊断依据。

      表3：CONVAL内可进行闪蒸工况计算的碳氢化合物介质

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