燃气限流调节阀的可调比及精度

　　0 前言

　　照付不议条款下，天然气输配上下游供气与下游调峰存在较大矛盾。因为高峰时段，下游用户不会自动减小负荷，上游往往采用限流系统限制下游用户的流量提取。由于调节阀进出口压力、温度变化和限流时调节阀阻力变化、流量信号的时滞等因素的影响，以及调节阀本身流量与开度变化的非线形，使限流调节过程具有高度非线性的特点。供需双方都希望了解限流调节的范围和精度，既能在高峰时段限制流量，又能避免双方产生摩擦，保证对用户的供气流量在设定的范围。

　　本文以某流量调节阀为例，通过对限流过程中压差变化引起调节阀流量特性的畸变以及不同限流值时调节阀开度变化规律的分析，计算并绘制出限流调节的可调比及精度变化曲线，为合理选择调节阀的参数提供参考计算方法。

　　1 理想流量特性、临界压差比和可调比

　　对于气体调节阀的流量特性，常用阀阻比S(阀全开时阀最小压降与系统总压降之比)和调节阀的可调比之间的关系来表达。但由于燃气输配管网的复杂性，系统总压降难以准确计算，因此引入一个称为压差比的系数，定义为阀压降?p与入口压力p₁之比：

　　对于可压缩流体大量事实证明，对于流路形式确定的调节阀，在X达到一定值X_j时，进入临界状态形成临界流时(阻塞流)。临界流时，p₂再降低但流量不再增加，此时通过阀门的流量达到极限并伴随燃气高速流动带来的严重噪声，此前的状态称为亚临界流。而X_j在不同开度时分别对应固定的常数，而与阀口径无关。对于亚临界流和临界流状态时体积流量以及临界压差比已经确定的某种调节阀，其临界压差比满足：

　　亚临界流时(X<X_j）体积流量：

　　亚临界流时(X临界流状态时(X≥X_j)体积流量：

　　其中：Q—通过调节阀的体积流量/m³·h^-1;

　　p₁—调节阀前压力/MPa;

　　p₂—调节阀后压力/MPa;

　　Δp—为调节阀压降/MPa;

　　F—压力恢复系数，调节阀的固有特性;

　　C_v—流量系数，调节阀的固有特性;

　　G—燃气密度/kg·m^-3;

　　T—入口燃气温度/℃。

　　理想情况下，假设调节阀上的压降不随阀开度和流量变化，其相对流量与相对开度之间的关系即理想流量特性与C_v与开度的关系曲线一致。该阀开度与流量系数C_v、压力恢复系数F和临界差压比X_j的关系曲线见图1。可以看出，该调节阀为等百分比流量特性，在小流量时流量变化的绝对值小;在大流量时流量变化的绝对值大。而临界差压比X_j在开度15º最大为0.461，随着阀开度的增加，X_j逐渐减小，到阀全开时X_j最小为0.151。