1、閥門系數Cv值的確定和意義1. 概述：通常測定閥門的方法是閥門系數（Cv）,它也被稱為|流動系數卜當為特殊工況選擇閥門時，使用閥門系數確定閥門尺寸，該閥門可在工藝流體穩定的控制下，能夠通過所需要的流量。閥門制造商通常公布各種類型閥門的Cv值，它是近似值，并能按照管線結構或閥座制造而變動上調10%。如一個閥門不能正確計算Cv,通常將削弱在兩個方面之一的閥門性能：如果Cv對所需要的工藝而言太小，則閥門本身或閥內的閥芯尺寸不夠，會使工藝系統流量不夠。此外，因為閥門的節流會導致上游壓力增加，并在閥門導致上游泵或其他上游設備損壞之前產生高的背壓。尺寸不夠的Cv也會產生閥內的較高阻力降，它將導致空穴現象或

2、閃蒸。如果Cv計算值比系統需要的過高，通常選用一個大的超過尺寸的閥門。顯然，一個大尺寸閥門的造價、尺寸及重量是主要的缺點。除此之外，如果閥門是節流操作，控制問題明顯會發生。通常閉合元件，如旋塞或閥盤，正位于閥座之外，它有可能產生高壓力降和較快流速而產生氣穴現象及閃蒸，或閥芯零件的磨損。止匕外，如果閉合元件在閥座上閉合而操作器又不能夠控制在該位置，它將被吸入到閥座。這種現象被稱為溶缸閉鎖效應。2. Cv的定義一個美國加侖（3.8L）的水在60F（16C）時流過閥門，在一分鐘內產生1.0psi（0.07bar）的壓力降。3. Cv值的計算方法3.1 液體基本液體確定尺寸公式1）當AP<APc

3、=Fl2（P1-Pv）:一般流動Cv=QAp>APc：阻塞流動當Pv<0.5P1時:Pc=Fl2(P1-Pv)P-(0.96-0.28當Pv之0.5P1時Pc=Fl2Cv=Q"Pc式中Cv閥門流動系數;Q流量，gal/min；Sg-流體比重（流動溫度時）；流體比重就是流體單位體積的重量，與流體密度成正比，液體比重用丫表示，t=pGp-壓力BpsiaPc-阻塞壓力降psiaFl壓力恢復系數見表1P1上游壓力psiaPv液體的蒸氣壓（入口溫度處）psiaPc液體臨界壓力psia見表2表1:典型Fl系數調節閥形式流向Fl值單座柱塞形閥芯流開0.90流閉0.80調節閥“V”形閥芯

4、任意流向0.90套筒形閥芯流開0.90流閉0.80雙座調節閥柱塞形閥芯任意流向0.85“V”形閥芯任意流向0.90角型調節閥柱塞形閥芯流開0.80流閉0.90套筒形閥芯流開0.85流閉0.80文丘里形流閉0.50球閥“O”型任意流向0.55“V”型任意流向0.57蝶閥60°全開任意流向0.6890°全開任意流向0.55偏心旋轉閥流開0.85表2常用工藝流體的臨界壓力Pc液體臨界壓力（psia/bar）液體臨界壓力(psia/bar)氨氣1636.1/112.8異丁烷529.2/36.5瀛707.0/48.8異丁烯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道式熱載體A547.0/37.7光氣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冷凍劑11639.4/44.1汽油410.0/28.3冷凍劑12598.2/41.2氮32.9/2.3冷凍劑22749.7/51.7氫188.1/13.0海水3200.0/220.7HCI1205.4/83.1水320

6、8.2/221.2參數來源1）實際壓力降：定義為上游（入口）與下游（出口）之間的壓力差。P=P1-P2式中AP實際壓力降，psiaP1上游壓力（閥門入口處）,psiaP2下游壓力（閥門出口處）,psia2）確定比重：流體比重Sg值應該使用操作溫度和比重數據參考表確定。3）流量Q：每分鐘流過閥門的流量數（加侖）,單位：gal/min4）阻塞壓力降Pc:假定如果壓力降增加，則流量將按比例增加。但是存在一個點，此處進一步增加壓力降將不改變閥門流率，這就是通常所稱的阻塞流量。Pc用來表示發生阻塞流率的理論點。4）壓力恢復系數Fl：調節閥節流處由P1直接下降到P2,見圖示中需線所示。但實際上，壓力變化曲

7、線如圖中實線所示，存在差壓力恢復的情況。不同結構的閥，壓力恢復的情況不同。阻力越小的閥，恢復越厲害，越偏離原推導公式的壓力曲線，原公式計算的結果與實際誤差越大。因此，引入一個表示閥壓力恢復程度的系數Fl來對原公式進行修正。Kv與Cv值的換算國內的流量系數是用Kv表示，其定義為：當調節閥全開，閥兩端壓差4P為100KPa,流體重度r為1gf/cm3（即常溫）時，每小時流經調節閥的流量數，以m3/h或t/h計。由于Kv與Cv定義不同，試驗所測得的數值不同，它們之間的換算關系：第2頁共7頁Cv=1.167Kv3.2氣體基本氣體確定尺寸公式.:PC1)<0.5Fl2:一般流動P1,PP1P2Q=

8、1360Cv；GgT1,2P2一一20.5Fl2：阻塞流動P1P11Q=1178Cv一2GgT1FLQ2GgT1Cv=,Fl1178P1式中：Q氣體流，scfhCv確定閥門尺寸系數Gg比重或氣體與標準狀態下空氣的比值T1絕對上游溫度(°R=°F+460)P1上游壓力psiaP2下游壓力psiaFl壓力恢復系數見表13.3公式計算步驟第一步：根據已知條件查參數：Fl、Pc第二步：決定流動狀態。液體：(1)判別Pv是大于還是小于0.5P1;(2)由(1)采用相應的Pc公式：AP<&Pc為一般流動：&P之APc為阻塞流動。PcPC氣體：<0.5Fl2為

9、一般流動，之05Fl2為阻塞流動P1P1第三步：根據流動狀態采用相應Cv值計算公式計算實例題例1下列操作條件用英制單位給出:液體氨臨界壓力1638.2psia溫度20F上游壓力，P1149.7psia下游壓力，P264psia流率，Q850gal/min蒸氣壓力，Pv45.6psia比重，Sg0.65選用高壓閥門，流閉型第一步：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,為阻塞流動。Cv=Q第三步：采用阻塞流動公式Sg=850065=83.9Pc66.

10、6例2下列操作條件用英制單位給出空氣68F11314.7psia1000psia2000000scfh氣體溫度氣體重度，Gg上游溫度，P1下游溫度，P2流率，Q選用單座閥，流開型第一步：查表Fl=0.9第二步:PP1-P21314.7-100022=0.23<0.5Fl=0.5*0.9=0.4,為一般流動P1P11314.7第三步：采用一般流動Cv值計算公式Q=1360Cv,GgT1P1P22=56cv_QGgT1.22000000.1*68460.2CV-1360.PP1P2-136011314.7-1000,1314.71000例3在例2基礎上,改P2=99.7psiaP1314.7

11、-99.722=0.92_0.5Fl2=0.5*0.92=0.4P11314.7二為阻塞流動。采用公式為：P11Q=1178Cv一2GgT1FLQ.2GgT120000002*1*(68460)v-1178P1FL-11781314.7*0.9=46.64.結語合理選擇閥門，必須正確選擇閥門尺寸，如果閥門尺寸太小，則通過閥門的最大流量會受到限制并且將影響系統的功能。如果閥門尺寸過大，用戶必須承受安裝較大閥門的附加費用。其他的主要缺點是整個流動控制是在行程的前一半完成，意味著位置的很小變化將產生大的流量變化。此外因為調節發生在行程的前半部，當調節元件操作接近閥座時流量控制是很困難的。當產生希望的

12、流動特性和最大流量輸出時，節流閥的理想狀態是使用全范圍行程。因此，我們必須正確計算閥門系數Cv值。參考文獻:1美PhilipL.Skousen著孫家孔譯閥門手冊第二版北京：中國石化出版社出版發行20062】明賜東著調節閥計算選型使用成都：成都科技大學出版社發行1999確定閥門尺寸的重要性說明一般地，確定閥門尺寸是以標準流體流動熱動力定律為基準的。應用這個定律收到閥門功能及類型和工況的嚴峻情況影響。簡單的開-關隔斷閥預料通過100%物流而無明顯的壓力降。因為它們除了關閉閥門之外不控制流量。另一方面，節流操作預料會在打開的某一位置處產生一定的物流量并產生一定的壓力降。因此確定閥門尺寸的問題幾乎永遠

13、指向節流閥。對于手工操作的開-關隔斷閥，希望能經常通過全部物流。如果閥門內部流動通道或閉合元件的尺寸小于上游管線，物流將自此點以后受到節流。這些導致閥門產生壓力降或通過較少的流量，而失去開-關閥門的主要目的。如果開-關隔斷閥尺寸大于上游管線，則安裝費用較貴（因為增加費用）。較大的閥門本身也增加費用。另一方面，對于節流閥，它的意圖是產生壓力降和降低流量，因此它可以有一個直徑明顯小于上游艙口的閥座。在選定閥門之后確定通過該財產閥門的流量是門科學。如果節流閥尺寸太小，則通過閥門的最大流量會受到限制并且將影響系統的功能。如果節流閥尺寸過大，用戶必須安裝較大閥門的附加費用。其他的主要缺點是整個流動控制實

14、在行程在前一半完成，意味著位置的很小變化將產生大的流量變化。此外因為調節發生在形成的前半部，當調節元件操作接近閥座時流量控制是很困難的。當產生希望的流動特性和最大流量輸出是，節流閥的理想是使用全范圍行程。節流閥尺寸很少確定得過小，是因為用戶在操作條件中存在許多安全因素。大量的節流閥的尺寸實際上是過大了。這些事情的發生是因為用戶提供的一組操作條件經常是操作的最大工況（溫度、壓力、流率等）。然后制造廠再在確定尺寸的公式內加上自己的安全因素。閥門廠這樣做為避免出錯過小而產生的錯誤。對它來說，用戶對尺寸過小的理解小于尺寸過大。雖然沒有意義，但一個尺寸過大的閥門仍然可以操作。確定手動閥門尺寸有哪些準則手

15、動開關隔斷閥的基本功能很簡單：當閥門打開或關閉時，或是在關閉后改編權物流方向時能夠通過全部流量。這樣有時閥門尺寸可簡單地根據管線尺寸確定。管線尺寸早已被系統工程師確定。手動閥門制造廠經常提供確定閥門尺寸的圖表，它可指明需要的流量（Q）與閥門之間的關系，即能夠在最小和最大閥門尺寸時能夠通過給定的流率。確定手動閥門尺寸的重要選擇是閥門是否應當為全徑開口或縮徑開口。在許多情況下，它更是一個通過全部物流或陳升輕微壓力降的閥門功能。如果閥門安裝出的工況必須允許通過一個清洗豬去清洗或沖洗管線，閥門必須選用全徑開口，因為清洗豬尺寸是和管線內徑尺寸相同的。另一種要求全徑開口的手動閥門適用于稀槳或操作中含有雜物

16、或顆粒指出。如果閥門為縮徑開口，這些顆?；蛳谐恋韮A向并在狹窄的縮徑區域內集結。全徑開口沒有該種限制，允許雜物自由通過而不發生聚集。全徑開口手動閥門也被選用與高流速操作，因為節流限制將增加磨損和進一步提高流速的機會。通常要求正確確定手動閥門的操作條件是最大和最小溫度、壓力、流率和比容（蒸汽工況）。不僅最苛刻工況是重要的，而且平均操作條件也是重要的。比容通常由通用公布的蒸汽表提供給用戶。大多數蒸汽表提供的數據是以磅每平方英寸（絕對壓力）（psia）表示，它沒有考慮大氣壓力（14.7psi或1.03bar）。另一方面，磅每平方英寸（psig）說明已改變了大氣壓力。Psig的公制當量為barg。止

17、回閥尺寸確定的準則說明確定止回閥尺寸的最關鍵的因素是足夠的壓力降和打開止回閥的最小物流。沒有壓力Pt閉合元件不會打開，切閥門依然處于關閉狀態，這是當泵不能維持適當流量或物流你想流動時所發生的。打開止回閥所需的最小壓力降典型地是1psi（0.07bar）。此最小壓力降是維持閉合元件處于打開位置而不是小所需要的。如果此壓力降下降低于1psi,閉合元件將前后浮動，它通常叫做擾動。當閥盤向閥座移動，開口變小且重新產生壓力，它導致閥盤打開得更高。低壓力降狀態造成反復循環知道壓力降增加，并造成活動部件的磨損和縮短止回閥的壽命。最大壓力降近似到10Psi（0.7bar）,并根據止回閥的尺寸而定。較高的壓力降

18、會導致閉合元件的嚴重磨損。止回閥制造廠提供他們的止回閥的升啟壓力。升啟壓力是打開止回閥所需的最小壓力，對于止回閥的形式和尺寸它是一個固定數值，它在0.10.5psi（0.010.03bar）之間變動。除非工藝過程壓力極低或壓力降很小（小于1psi）,則開啟壓力的意義很小。如果閥門安裝在垂直管線上則升啟壓力可能是重要的，此處閥門打開時必須克服中立和工藝過程壓力。較小尺寸的管線比較大尺寸的管線有較高的升啟壓力。這是因為管線尺寸越大，則克服止回閥內零部件重量的過程力越大。除非物流在操作過程中其物流變化范圍很大，止回閥是按最小物流量來確定尺寸的，它是順序地確定閥門尺寸。這項工作是使用者造成的確定閥門尺

19、寸圖表完成的。如果按最小流量確定的閥門尺寸等于或大于管線尺寸，管線尺寸應作為閥門尺寸。例如制造廠資料要求一個4in止回閥，而管線尺寸為3in,則使用3in止回閥應滿足要求。較大的或超大尺寸的閥門對流量沒有溢出，但其價格較貴且增加了安裝費用。如果按最小流量推薦的閥門尺寸小于管線尺寸，則必須安裝縮徑短管而使用較小尺寸的止回閥。用戶應保證流量時在止回閥設計參數之內。高的流量會增加物流和激流的頻率，它將增加通過閥門的壓力降以及導致閥門磨損。流量不足將使閥門產生擾動。流量必須足以克服止回閥關閉位置之力一一不管是重力、封閉元件重量、管線方位或彈簧力。通常止回閥的最大液體流動速度是11ft/s（3.4m/s

20、）,一般的最低液體流動速度為67ft、搜（1.82.1m/s）,但是某些設計（例如雙閥盤止回閥）能夠在3ft/s（0.9m/s）下操作。節流閥尺寸確定有哪些準則節流閥需要一個系統的方法確定通過閥門所需的流量，以及閥體尺寸、閥體類型和能夠適應（或承受）工藝條件的材料、正確的額定壓力和恰當的流動特性。確定節流閥流量的工業標準是ANSI/ISA標準S75.01,它包括有確定不可壓縮（液體）和可壓縮（氣體）工藝流體流量的所需公式。因為液體和氣體之間的壓縮性問題，列出了一個的方程式并包括在本章中。適當的選用閥門時基于工藝操作條件。為了正確確定尺寸，需要如下條件：上游壓力、最大和最小溫度、工藝流體的類型；

21、基于最大流率的流率、平均流率和最小流率；蒸汽壓力管線尺寸、管子標號和材料；最大、平均和最小壓力降，流體的比重；臨界壓力。閥門尺寸術語介紹之上游和下游壓力在工藝系統中，大多數閥門設計成既可通過物流又可在一定范圍內抑制物流。按照工藝物流通過閥門的特定方向，上游壓力和下游壓力必須分清，不然則壓力會相同的無流動產生。按定義，上游壓力是取自閥門前面的壓力讀值，而下游壓力是取自閥門后面的壓力讀值。閥門尺寸術語之壓力降與流量壓力降上游壓力和下游壓力之間的最終差別叫做壓力降（也叫壓力差）。壓力降考慮到工藝系統的為物流自閥門上游一側向閥門下游一側流動。理論上，壓力降越大，通過閥門的物流越大。流量最常使用的確定尺

22、寸的系數被認為是流動系數（CV）,它的定義是一個美國加侖的（3.8L）60F（16C）的水流過閥門產生1.0psi（0.07bar）的壓力降。通常有幾種表示的方程式，但最常見的是：CV=QCV=Q/式中CV一一閥門流動系數；Q流量，gal/minSg流體比重；P壓力降，psi。CV當計算正確，確定閥芯尺寸（或閥門節流區面積），它將允許通過需要的流量并在整個閥門形成中使工藝控制穩定。閥門尺寸術語：實際壓力降，阻塞壓力降，許用壓力降實際壓力降另一個壓力降的術語為實際壓力降，它的定義是上游（入口）與下游（出口）之間的壓力差。當阻塞壓力降和實際壓力降相比較，實際壓力降較小，他用于CV確定尺寸方程式。阻

23、塞壓力降研究CV方程式，嘉定如果壓力降增加，則流量將按比例增加。但是存在一個點，此處進一步增加壓力降將不改變閥門流率，這就是通常所稱的阻塞流量。如圖7.1所示，對于液體工況具有一個恒定的上游壓力，流率與具有按比例和恒定CV的壓力降平方根有關，當閥門開始阻塞，流率曲線下落遠離直線關系。因為此阻塞條件，流率達到最大的條件是由于液體中存在氣穴或氣體的聲速。根據閥門類型不同，遠離直線關系發生在直線的不同區域，有些較為平緩有些較為突變。例如截止閥傾向于控制較高壓力降而無阻塞。而旋塞閥想法，它傾向于在較低壓力降時阻塞和出現氣穴。為了簡化，屬于阻塞壓力就Pchoked。用來表示發生阻塞流率的理論點，將線性恒

24、定CV直線和最大流率曲線Qmax相交，此點通稱為液體壓力回收系數FL,它將在本章中更為詳細地討論。ANSI/ISA液體確定尺寸方程式使用FL去計算阻塞流率發生的Pmax理論點，這樣能夠確定閥門尺寸而不產生工藝過程阻塞。對于氣體工況，終點壓力降比率xT用來敘述特定閥門的阻塞壓力降。許用壓力降許用壓力降選自實際壓力降和阻塞壓力降中的較小者，用來確定正確的CVo當確定液體工況的CV時，必須考慮一下事項去了解是否應當使用壓力降：首先，進口壓力P1是否比較接近于蒸汽壓力；第二，出口壓力P2是否比較接近于蒸汽壓力；第三，實際壓力降與進口壓力P1相比較是否較大。如果以上三項中存在任何一項，用戶應計算許用壓力

25、降，并與實際壓力降相比較，而使用較小值。閥門之開始的和先期的氣穴對于液體工況，當流體流經閥門最狹窄點（收縮斷面）時，壓力的下降與速度增加成反比。對于某些特殊流體，如果壓力降低于蒸汽壓力，則開始形成氣泡。當液體移動到容易或下游管線的較大面積時，壓力恢復到一定范圍。壓力增加高于蒸汽壓力，導致氣泡破裂或爆炸。這兩個步驟一一產生氣泡和隨后的爆炸叫做氣穴現象，并且是金屬表面腐蝕形成的閥門破壞主要起因。隨著壓力降，氣穴開始形成之點叫做開始的氣穴。氣穴發生到最大程序的壓力水平叫做先期的氣穴。在先期氣穴過程中，物流阻塞器不能增加，它影響閥門流量和功能。產生先期氣穴之點是能夠預報的。做這項工作之前，必須確定壓力降，通過使用液體氣穴系數FLo閥門常見閃蒸問題在液體操作中，當下游壓力等于或低于蒸汽壓力，在收縮斷面處產生蒸汽蒸氣氣泡并保持未被損傷和未被擠壓。因為壓力恢復的高度足以產生此種情況。這種現象被叫做閃蒸。當產生閃蒸時，下游流體是蒸氣和液體的混合物并以很高流速移動，導致閥門和下游管線內的磨損。不幸的是，完全消滅閃蒸涉及改善系統本身，特別是下游壓力和蒸氣壓力。但是，不是所有系統都容易被改善而且這些可能不是一個可供選擇的方案。要考慮閥門的位置，特別是如果閥門將下游物流排放進入一個大