氣液兩相流工況下調節閥的選型

近幾十年來，隨著工業現代化的加速，在不少領域中出現了氣液兩相流，如熱電、核電的氣化單元；天然氣、石油的開采、輸送；低沸點液體的輸送等等。兩相流的調節閥計算理論不同于單向流，原因是氣體和液體不能同時簡單地、確切地進行數學描述，并且經驗研究需要大量系數進行許多試驗

  將兩種介質的密度和速度進行平均參數計算之后，按照單相流的工況進行計算。計算出閥前兩種介質混合之后的密度，在計算過程中，應該考慮氣體膨脹，使用公式（1）計算。

        公式（1）

    式中：ω_g———氣體質量流量，kg/h；

    ω_l———液體質量流量，kg/h；

    ω———混合物的總質量流量，kg/h；

    ρ_g———閥前氣體密度，kg/m；

    ρ_l———閥前液體密度，kg/m；

    Y———氣體膨脹系數。

  非阻塞流兩相流的流量系數可由公式（2）計算得出。

        公式（2）

    式中：F_p———管道幾何系數。

    對于兩相流阻塞流，計算時采用純凈氣體和純凈液體極限壓降組合的辦法來近似。

    當壓降達到公式（3）給出的數值時，純凈氣體產生阻塞。

    △p=P₁×F_k×X_tp     公式（3）

    相應的，純凈液體的壓降由公式（4）得出。

        公式（4）

    式中：F_lp———與組件和管路幾何系數相關的閥門壓力恢復系數；

    F_f———液體臨界壓力系數；

    F_k———比熱系數；

    X_lp———壓降比系數；

    P₁———閥前壓力，Pa；

    P₂———閥后壓力，Pa。

  當所有的流體為液相時，且壓降達到公式（4）所給定的值時，開始阻塞，當有少量氣體要加入流體時，阻塞流的壓降開始變化，但是非常接近公式（4）的數值。繼續增加氣體的質量百分數將進一步改變引起阻塞流的極限壓差。當所有的流體為氣相時，根據公式（2）給定的壓降產生阻塞。對決定理想的噴嘴的極限壓降，已完成了理論計算，用這個結論得出線性關系，即液相極限壓降和用氣體質量百分數函數描述的氣相極限壓降的關系。對于阻塞的兩相流的壓降可由公式（5）求出：

        公式（5）

    當實際壓降超過公式（5）時，兩相流被認為是阻塞流，將公式（5）的壓降代入公式（2）可計算出C_V，并zui終確定閥門口徑。由于氣液兩相流的自然特性，用單一的公式不可能適當地描述流體的各種可能變化形式，上述計算方法的條件為：假定氣體和液體的速度是相同，且它們是*相互混合的，這是個相當普遍的流體形式，所以這種計算方法也能用于許多兩相流。但如果流體偏離上述形式，則計算精度會降低。此外，質量比對口徑計算精度的影響，在蒸汽質量比較小時特別明顯。例如，當飽和的蒸汽和水的混合物，質量比從1%變化到2%時，引起73%的比熱容變化，這意味著所需的流量系數增加30%。另一方面，如果流量質量比從98%變化至99%，混合物的比熱容變化1%，如果不確切知道單組分兩相流的質量比，可以將整個質量流量假定為蒸汽流量來計算，這在所有情況下對保證閥的流量系數都是合適的。

  由于氣液兩相流的特殊性，極大的可能會出現氣泡聯合狀，這樣對閥的損壞是非常大的，的辦法就是選擇采用合適的幾何形狀和閥門材料來避免或盡量減小破壞，如閥座表面，選擇盡可能硬的材料。通常來說，材料越硬，閥所能抵抗這種破壞的時間越久。

   氣液兩相流工況下調節閥的選型計算是技術性很強的工作，要想使調節閥選型的結果符合現場的實際需要，必須做許多深入細致的工作。特別強調的一點是：調節閥的設計選型不僅是自動化儀表專業的事，設計選型是否合理與工藝專業關系極大。因此設計選型時，要主動積極地取得工藝專業的配合，這樣才能有更好的設計。

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