CONVAL軟件及控制閥在苛刻工況的應用（中）

      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了兩相流；有些介質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，介質的密度或氣相等熵指數會隨著氣、液狀態變化發生改變。見圖17通過CONVAL對乙烯介質在入口壓力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定性；??下圖可看到：由于選用錯誤的等熵指數k=1.2，導致了錯誤的計算結果Cv=81；而此時工況的等熵指數k=5.6（在CONVAL數據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，等熵指數值大于2

      臨界流體

     由于介質工況參數在臨界點附近，密度、等熵指數可能會發生突然變化，CONVAL能預測控制的不穩定性非臨界流體

      a）錯誤計算結果：
     Cvcalc=81
     xT=0.2

     （由于在操作點選擇了錯誤的等熵指數κ=1.2）

      b）正確計算結果：
     Cvcalc=59
     κ=5.6!

     CONVAL數據庫可提供κ值（操作介質在工況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的*新工業介質數據庫對上面的例子進行分析，對處在物質臨界點的乙烯，如果將實際等熵指數代入，其值遠遠大于2，那么流量計算結果會截然不同。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造成計算結果錯誤。述計算對于控制閥的選型是至關重要的，但在國內儀表工程師對氣體的等熵指數往往很不重視，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表。1

      b）對出現氣蝕、閃蒸流體現象的分析

     在控制閥的選型過程中，當遇到氣蝕、閃蒸及由于盲目節約成本造成的參數配置不當情況下，CONVAL軟件能夠做出預見性分析。對于液體介質而言，由于介質的參數特性，例如大差壓，入口壓力接近介質的飽和蒸汽壓等工況，控制閥經常會出現氣蝕、閃蒸等現象，極易造成閥門內件的侵蝕、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。

     應用CONVAL軟件，能夠對上述出現的各種現象進行診斷，例如圖17以熱水介質為例，在小負載的情況下易誘發氣蝕和閃蒸。如果被控流量不低于Op2，上述情況就不會發生。

圖22：CONVAL軟件分析氣蝕、閃蒸現象

     （1）紅**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**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
    （3）淺紅**域：當xF>xFz，發生氣蝕。
     （4）紅**域：當xF>FL2，發生阻塞流，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**域內，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域而自動得到校正。這種設計有助于避免耗時的系統壓力損失的計算工作。紅**域顯示工作點1接近系統允許的*大流量，即短路流量，這時閥阻比太小了，閥門將失去控制性能。這種現象在國內也經常發生，由于在技術選型和招標時，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的*小的DN值。計算采用類似于蒸汽表的數學方法，具有可靠的計算依據和精度（“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）。這些數據能很好地為運行裝置中出現故障的閥門提供數據參考和診斷依據。

      表3：CONVAL內可進行閃蒸工況計算的碳氫化合物介質

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