阀门系数Cv值的确定和意义

1、阀门系数Cv值的确定和意义1. 概述：通常测定阀门的方法是阀门系数（Cv）,它也被称为|流动系数卜当为特殊工况选择阀门时，使用阀门系数确定阀门尺寸，该阀门可在工艺流体稳定的控制下，能够通过所需要的流量。阀门制造商通常公布各种类型阀门的Cv值，它是近似值，并能按照管线结构或阀座制造而变动上调10%。如一个阀门不能正确计算Cv,通常将削弱在两个方面之一的阀门性能：如果Cv对所需要的工艺而言太小，则阀门本身或阀内的阀芯尺寸不够，会使工艺系统流量不够。此外，因为阀门的节流会导致上游压力增加，并在阀门导致上游泵或其他上游设备损坏之前产生高的背压。尺寸不够的Cv也会产生阀内的较高阻力降，它将导致空穴现象或

2、闪蒸。如果Cv计算值比系统需要的过高，通常选用一个大的超过尺寸的阀门。显然，一个大尺寸阀门的造价、尺寸及重量是主要的缺点。除此之外，如果阀门是节流操作，控制问题明显会发生。通常闭合元件，如旋塞或阀盘，正位于阀座之外，它有可能产生高压力降和较快流速而产生气穴现象及闪蒸，或阀芯零件的磨损。止匕外，如果闭合元件在阀座上闭合而操作器又不能够控制在该位置，它将被吸入到阀座。这种现象被称为溶缸闭锁效应。2. Cv的定义一个美国加仑（3.8L）的水在60F（16C）时流过阀门，在一分钟内产生1.0psi（0.07bar）的压力降。3. Cv值的计算方法3.1 液体基本液体确定尺寸公式1）当AP<APc

3、=Fl2（P1-Pv）:一般流动Cv=QAp>APc：阻塞流动当Pv<0.5P1时:Pc=Fl2(P1-Pv)P-(0.96-0.28当Pv之0.5P1时Pc=Fl2Cv=Q"Pc式中Cv阀门流动系数;Q流量，gal/min；Sg-流体比重（流动温度时）；流体比重就是流体单位体积的重量，与流体密度成正比，液体比重用丫表示，t=pGp-压力BpsiaPc-阻塞压力降psiaFl压力恢复系数见表1P1上游压力psiaPv液体的蒸气压（入口温度处）psiaPc液体临界压力psia见表2表1:典型Fl系数调节阀形式流向Fl值单座柱塞形阀芯流开0.90流闭0.80调节阀“V”形阀芯

4、任意流向0.90套筒形阀芯流开0.90流闭0.80双座调节阀柱塞形阀芯任意流向0.85“V”形阀芯任意流向0.90角型调节阀柱塞形阀芯流开0.80流闭0.90套筒形阀芯流开0.85流闭0.80文丘里形流闭0.50球阀“O”型任意流向0.55“V”型任意流向0.57蝶阀60°全开任意流向0.6890°全开任意流向0.55偏心旋转阀流开0.85表2常用工艺流体的临界压力Pc液体临界压力（psia/bar）液体临界压力(psia/bar)氨气1636.1/112.8异丁烷529.2/36.5瀛707.0/48.8异丁烯529.2/36.5苯710.0/49.0煤油350.0/24

5、.1丁烷551.2/38.0甲烷667.3/46.0CO21070.2/73.8氮492.4/33.9CO507.1/35.0一氧化二氮1051.1/72.5氯1117.2/77.0氧732.0/50.5道式热载体A547.0/37.7光气823.2/56.8乙烷708.5/48.8丙烷615.9/42.5乙烯730.5/50.3丙烯670.3/46.2燃料油330.0/22.8冷冻剂11639.4/44.1汽油410.0/28.3冷冻剂12598.2/41.2氮32.9/2.3冷冻剂22749.7/51.7氢188.1/13.0海水3200.0/220.7HCI1205.4/83.1水320

6、8.2/221.2参数来源1）实际压力降：定义为上游（入口）与下游（出口）之间的压力差。P=P1-P2式中AP实际压力降，psiaP1上游压力（阀门入口处）,psiaP2下游压力（阀门出口处）,psia2）确定比重：流体比重Sg值应该使用操作温度和比重数据参考表确定。3）流量Q：每分钟流过阀门的流量数（加仑）,单位：gal/min4）阻塞压力降Pc:假定如果压力降增加，则流量将按比例增加。但是存在一个点，此处进一步增加压力降将不改变阀门流率，这就是通常所称的阻塞流量。Pc用来表示发生阻塞流率的理论点。4）压力恢复系数Fl：调节阀节流处由P1直接下降到P2,见图示中需线所示。但实际上，压力变化曲

7、线如图中实线所示，存在差压力恢复的情况。不同结构的阀，压力恢复的情况不同。阻力越小的阀，恢复越厉害，越偏离原推导公式的压力曲线，原公式计算的结果与实际误差越大。因此，引入一个表示阀压力恢复程度的系数Fl来对原公式进行修正。Kv与Cv值的换算国内的流量系数是用Kv表示，其定义为：当调节阀全开，阀两端压差4P为100KPa,流体重度r为1gf/cm3（即常温）时，每小时流经调节阀的流量数，以m3/h或t/h计。由于Kv与Cv定义不同，试验所测得的数值不同，它们之间的换算关系：第2页共7页Cv=1.167Kv3.2气体基本气体确定尺寸公式.:PC1)<0.5Fl2:一般流动P1,PP1P2Q=

8、1360Cv；GgT1,2P2一一20.5Fl2：阻塞流动P1P11Q=1178Cv一2GgT1FLQ2GgT1Cv=,Fl1178P1式中：Q气体流，scfhCv确定阀门尺寸系数Gg比重或气体与标准状态下空气的比值T1绝对上游温度(°R=°F+460)P1上游压力psiaP2下游压力psiaFl压力恢复系数见表13.3公式计算步骤第一步：根据已知条件查参数：Fl、Pc第二步：决定流动状态。液体：(1)判别Pv是大于还是小于0.5P1;(2)由(1)采用相应的Pc公式：AP<&Pc为一般流动：&P之APc为阻塞流动。PcPC气体：<0.5Fl2为

9、一般流动，之05Fl2为阻塞流动P1P1第三步：根据流动状态采用相应Cv值计算公式计算实例题例1下列操作条件用英制单位给出:液体氨临界压力1638.2psia温度20F上游压力，P1149.7psia下游压力，P264psia流率，Q850gal/min蒸气压力，Pv45.6psia比重，Sg0.65选用高压阀门，流闭型第一步：查表得Fl=0.8,Pc=1636psia第二步：:0.5P1=74.85>PvPc=Fl2(P1-Pv)=66.6二P=P1-P2=149.7-64=85.7.：P>，Pc,为阻塞流动。Cv=Q第三步：采用阻塞流动公式Sg=850065=83.9Pc66.

10、6例2下列操作条件用英制单位给出空气68F11314.7psia1000psia2000000scfh气体温度气体重度，Gg上游温度，P1下游温度，P2流率，Q选用单座阀，流开型第一步：查表Fl=0.9第二步:PP1-P21314.7-100022=0.23<0.5Fl=0.5*0.9=0.4,为一般流动P1P11314.7第三步：采用一般流动Cv值计算公式Q=1360Cv,GgT1P1P22=56cv_QGgT1.22000000.1*68460.2CV-1360.PP1P2-136011314.7-1000,1314.71000例3在例2基础上,改P2=99.7psiaP1314.7

11、-99.722=0.92_0.5Fl2=0.5*0.92=0.4P11314.7二为阻塞流动。采用公式为：P11Q=1178Cv一2GgT1FLQ.2GgT120000002*1*(68460)v-1178P1FL-11781314.7*0.9=46.64.结语合理选择阀门，必须正确选择阀门尺寸，如果阀门尺寸太小，则通过阀门的最大流量会受到限制并且将影响系统的功能。如果阀门尺寸过大，用户必须承受安装较大阀门的附加费用。其他的主要缺点是整个流动控制是在行程的前一半完成，意味着位置的很小变化将产生大的流量变化。此外因为调节发生在行程的前半部，当调节元件操作接近阀座时流量控制是很困难的。当产生希望的

12、流动特性和最大流量输出时，节流阀的理想状态是使用全范围行程。因此，我们必须正确计算阀门系数Cv值。参考文献:1美PhilipL.Skousen著孙家孔译阀门手册第二版北京：中国石化出版社出版发行20062】明赐东著调节阀计算选型使用成都：成都科技大学出版社发行1999确定阀门尺寸的重要性说明一般地，确定阀门尺寸是以标准流体流动热动力定律为基准的。应用这个定律收到阀门功能及类型和工况的严峻情况影响。简单的开-关隔断阀预料通过100%物流而无明显的压力降。因为它们除了关闭阀门之外不控制流量。另一方面，节流操作预料会在打开的某一位置处产生一定的物流量并产生一定的压力降。因此确定阀门尺寸的问题几乎永远

13、指向节流阀。对于手工操作的开-关隔断阀，希望能经常通过全部物流。如果阀门内部流动通道或闭合元件的尺寸小于上游管线，物流将自此点以后受到节流。这些导致阀门产生压力降或通过较少的流量，而失去开-关阀门的主要目的。如果开-关隔断阀尺寸大于上游管线，则安装费用较贵（因为增加费用）。较大的阀门本身也增加费用。另一方面，对于节流阀，它的意图是产生压力降和降低流量，因此它可以有一个直径明显小于上游舱口的阀座。在选定阀门之后确定通过该财产阀门的流量是门科学。如果节流阀尺寸太小，则通过阀门的最大流量会受到限制并且将影响系统的功能。如果节流阀尺寸过大，用户必须安装较大阀门的附加费用。其他的主要缺点是整个流动控制实

14、在行程在前一半完成，意味着位置的很小变化将产生大的流量变化。此外因为调节发生在形成的前半部，当调节元件操作接近阀座时流量控制是很困难的。当产生希望的流动特性和最大流量输出是，节流阀的理想是使用全范围行程。节流阀尺寸很少确定得过小，是因为用户在操作条件中存在许多安全因素。大量的节流阀的尺寸实际上是过大了。这些事情的发生是因为用户提供的一组操作条件经常是操作的最大工况（温度、压力、流率等）。然后制造厂再在确定尺寸的公式内加上自己的安全因素。阀门厂这样做为避免出错过小而产生的错误。对它来说，用户对尺寸过小的理解小于尺寸过大。虽然没有意义，但一个尺寸过大的阀门仍然可以操作。确定手动阀门尺寸有哪些准则手

15、动开关隔断阀的基本功能很简单：当阀门打开或关闭时，或是在关闭后改编权物流方向时能够通过全部流量。这样有时阀门尺寸可简单地根据管线尺寸确定。管线尺寸早已被系统工程师确定。手动阀门制造厂经常提供确定阀门尺寸的图表，它可指明需要的流量（Q）与阀门之间的关系，即能够在最小和最大阀门尺寸时能够通过给定的流率。确定手动阀门尺寸的重要选择是阀门是否应当为全径开口或缩径开口。在许多情况下，它更是一个通过全部物流或陈升轻微压力降的阀门功能。如果阀门安装出的工况必须允许通过一个清洗猪去清洗或冲洗管线，阀门必须选用全径开口，因为清洗猪尺寸是和管线内径尺寸相同的。另一种要求全径开口的手动阀门适用于稀桨或操作中含有杂物

16、或颗粒指出。如果阀门为缩径开口，这些颗粒或稀桨有沉淀倾向并在狭窄的缩径区域内集结。全径开口没有该种限制，允许杂物自由通过而不发生聚集。全径开口手动阀门也被选用与高流速操作，因为节流限制将增加磨损和进一步提高流速的机会。通常要求正确确定手动阀门的操作条件是最大和最小温度、压力、流率和比容（蒸汽工况）。不仅最苛刻工况是重要的，而且平均操作条件也是重要的。比容通常由通用公布的蒸汽表提供给用户。大多数蒸汽表提供的数据是以磅每平方英寸（绝对压力）（psia）表示，它没有考虑大气压力（14.7psi或1.03bar）。另一方面，磅每平方英寸（psig）说明已改变了大气压力。Psig的公制当量为barg。止

17、回阀尺寸确定的准则说明确定止回阀尺寸的最关键的因素是足够的压力降和打开止回阀的最小物流。没有压力Pt闭合元件不会打开，切阀门依然处于关闭状态，这是当泵不能维持适当流量或物流你想流动时所发生的。打开止回阀所需的最小压力降典型地是1psi（0.07bar）。此最小压力降是维持闭合元件处于打开位置而不是小所需要的。如果此压力降下降低于1psi,闭合元件将前后浮动，它通常叫做扰动。当阀盘向阀座移动，开口变小且重新产生压力，它导致阀盘打开得更高。低压力降状态造成反复循环知道压力降增加，并造成活动部件的磨损和缩短止回阀的寿命。最大压力降近似到10Psi（0.7bar）,并根据止回阀的尺寸而定。较高的压力降

18、会导致闭合元件的严重磨损。止回阀制造厂提供他们的止回阀的升启压力。升启压力是打开止回阀所需的最小压力，对于止回阀的形式和尺寸它是一个固定数值，它在0.10.5psi（0.010.03bar）之间变动。除非工艺过程压力极低或压力降很小（小于1psi）,则开启压力的意义很小。如果阀门安装在垂直管线上则升启压力可能是重要的，此处阀门打开时必须克服中立和工艺过程压力。较小尺寸的管线比较大尺寸的管线有较高的升启压力。这是因为管线尺寸越大，则克服止回阀内零部件重量的过程力越大。除非物流在操作过程中其物流变化范围很大，止回阀是按最小物流量来确定尺寸的，它是顺序地确定阀门尺寸。这项工作是使用者造成的确定阀门尺

19、寸图表完成的。如果按最小流量确定的阀门尺寸等于或大于管线尺寸，管线尺寸应作为阀门尺寸。例如制造厂资料要求一个4in止回阀，而管线尺寸为3in,则使用3in止回阀应满足要求。较大的或超大尺寸的阀门对流量没有溢出，但其价格较贵且增加了安装费用。如果按最小流量推荐的阀门尺寸小于管线尺寸，则必须安装缩径短管而使用较小尺寸的止回阀。用户应保证流量时在止回阀设计参数之内。高的流量会增加物流和激流的频率，它将增加通过阀门的压力降以及导致阀门磨损。流量不足将使阀门产生扰动。流量必须足以克服止回阀关闭位置之力一一不管是重力、封闭元件重量、管线方位或弹簧力。通常止回阀的最大液体流动速度是11ft/s（3.4m/s

20、）,一般的最低液体流动速度为67ft、搜（1.82.1m/s）,但是某些设计（例如双阀盘止回阀）能够在3ft/s（0.9m/s）下操作。节流阀尺寸确定有哪些准则节流阀需要一个系统的方法确定通过阀门所需的流量，以及阀体尺寸、阀体类型和能够适应（或承受）工艺条件的材料、正确的额定压力和恰当的流动特性。确定节流阀流量的工业标准是ANSI/ISA标准S75.01,它包括有确定不可压缩（液体）和可压缩（气体）工艺流体流量的所需公式。因为液体和气体之间的压缩性问题，列出了一个的方程式并包括在本章中。适当的选用阀门时基于工艺操作条件。为了正确确定尺寸，需要如下条件：上游压力、最大和最小温度、工艺流体的类型；

21、基于最大流率的流率、平均流率和最小流率；蒸汽压力管线尺寸、管子标号和材料；最大、平均和最小压力降，流体的比重；临界压力。阀门尺寸术语介绍之上游和下游压力在工艺系统中，大多数阀门设计成既可通过物流又可在一定范围内抑制物流。按照工艺物流通过阀门的特定方向，上游压力和下游压力必须分清，不然则压力会相同的无流动产生。按定义，上游压力是取自阀门前面的压力读值，而下游压力是取自阀门后面的压力读值。阀门尺寸术语之压力降与流量压力降上游压力和下游压力之间的最终差别叫做压力降（也叫压力差）。压力降考虑到工艺系统的为物流自阀门上游一侧向阀门下游一侧流动。理论上，压力降越大，通过阀门的物流越大。流量最常使用的确定尺

22、寸的系数被认为是流动系数（CV）,它的定义是一个美国加仑的（3.8L）60F（16C）的水流过阀门产生1.0psi（0.07bar）的压力降。通常有几种表示的方程式，但最常见的是：CV=QCV=Q/式中CV一一阀门流动系数；Q流量，gal/minSg流体比重；P压力降，psi。CV当计算正确，确定阀芯尺寸（或阀门节流区面积），它将允许通过需要的流量并在整个阀门形成中使工艺控制稳定。阀门尺寸术语：实际压力降，阻塞压力降，许用压力降实际压力降另一个压力降的术语为实际压力降，它的定义是上游（入口）与下游（出口）之间的压力差。当阻塞压力降和实际压力降相比较，实际压力降较小，他用于CV确定尺寸方程式。阻

23、塞压力降研究CV方程式，嘉定如果压力降增加，则流量将按比例增加。但是存在一个点，此处进一步增加压力降将不改变阀门流率，这就是通常所称的阻塞流量。如图7.1所示，对于液体工况具有一个恒定的上游压力，流率与具有按比例和恒定CV的压力降平方根有关，当阀门开始阻塞，流率曲线下落远离直线关系。因为此阻塞条件，流率达到最大的条件是由于液体中存在气穴或气体的声速。根据阀门类型不同，远离直线关系发生在直线的不同区域，有些较为平缓有些较为突变。例如截止阀倾向于控制较高压力降而无阻塞。而旋塞阀想法，它倾向于在较低压力降时阻塞和出现气穴。为了简化，属于阻塞压力就Pchoked。用来表示发生阻塞流率的理论点，将线性恒

24、定CV直线和最大流率曲线Qmax相交，此点通称为液体压力回收系数FL,它将在本章中更为详细地讨论。ANSI/ISA液体确定尺寸方程式使用FL去计算阻塞流率发生的Pmax理论点，这样能够确定阀门尺寸而不产生工艺过程阻塞。对于气体工况，终点压力降比率xT用来叙述特定阀门的阻塞压力降。许用压力降许用压力降选自实际压力降和阻塞压力降中的较小者，用来确定正确的CVo当确定液体工况的CV时，必须考虑一下事项去了解是否应当使用压力降：首先，进口压力P1是否比较接近于蒸汽压力；第二，出口压力P2是否比较接近于蒸汽压力；第三，实际压力降与进口压力P1相比较是否较大。如果以上三项中存在任何一项，用户应计算许用压力

25、降，并与实际压力降相比较，而使用较小值。阀门之开始的和先期的气穴对于液体工况，当流体流经阀门最狭窄点（收缩断面）时，压力的下降与速度增加成反比。对于某些特殊流体，如果压力降低于蒸汽压力，则开始形成气泡。当液体移动到容易或下游管线的较大面积时，压力恢复到一定范围。压力增加高于蒸汽压力，导致气泡破裂或爆炸。这两个步骤一一产生气泡和随后的爆炸叫做气穴现象，并且是金属表面腐蚀形成的阀门破坏主要起因。随着压力降，气穴开始形成之点叫做开始的气穴。气穴发生到最大程序的压力水平叫做先期的气穴。在先期气穴过程中，物流阻塞器不能增加，它影响阀门流量和功能。产生先期气穴之点是能够预报的。做这项工作之前，必须确定压力降，通过使用液体气穴系数FLo阀门常见闪蒸问题在液体操作中，当下游压力等于或低于蒸汽压力，在收缩断面处产生蒸汽蒸气气泡并保持未被损伤和未被挤压。因为压力恢复的高度足以产生此种情况。这种现象被叫做闪蒸。当产生闪蒸时，下游流体是蒸气和液体的混合物并以很高流速移动，导致阀门和下游管线内的磨损。不幸的是，完全消灭闪蒸涉及改善系统本身，特别是下游压力和蒸气压力。但是，不是所有系统都容易被改善而且这些可能不是一个可供选择的方案。要考虑阀门的位置，特别是如果阀门将下游物流排放进入一个大