徐斌+李濤+鄭冠捷+陳國強

摘 要： 針對安全閥的選型及閉式系統(tǒng)中排汽反力的計算問題，采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O計語言Visual Basic 6.0編寫專業(yè)計算軟件。軟件在Windows XP和Windows 7，Windows 8環(huán)境下運行通過。整個軟件采用模塊化編寫，集成了水蒸汽的特性參數(shù)， 界面設計簡潔，功能實用，操作簡便。該軟件以工程設計需求為依據(jù)，直觀展現(xiàn)了排汽口的形式， 實現(xiàn)了對安全閥選型的判斷和不同工況下安全閥開啟對設備的反力、各種布置形式的排汽管道反力的計算。

關鍵詞： 安全閥選型； 排汽反力計算； VB 6.0； 布置形式； 排汽管道

中圖分類號： TN954+.2?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）24?0163?03

Abstract： The calculation software is compiled with the object?oriented programming language Visual Basic 6.0 to select correct safety valve and calculate the closed?system exhaust reaction force. This software can run in the Windows XP， Windows 7， and Windows 8. The modularization compiling mode is adopted in the whole software， in which the characteristic parameters of water vapor are integrated. The interfacial design is coherent， and the operation is simple. The practical software meets the engineering design requirements， and directly displays the form of the exhaust port. The model?selection judgement of the safety valve and the calculation of the exhaust pipe counterforce were realized under various working conditions.

Keywords： safety valve selection； exhaust reaction force calculation； VB 6.0； layout form； exhaust pipe

0 引 言

安全閥是鍋爐、壓力容器和其他受壓設備的調(diào)壓保護裝置，安全閥的合理計算和設計對承壓設備和裝置至關重要。安全閥閥瓣開啟泄放時，管道內(nèi)流體的快速流動會對排放管道、支撐結(jié)構(gòu)和連接設備產(chǎn)生沖擊性荷載，其引起的應力和彎矩不容忽視[1]。因此，安全閥的合理選型和排汽管道的合理布置，對承壓設備和管系的安全運行具有十分重要的意義。目前國內(nèi)相關規(guī)范已經(jīng)給出相關的計算公式[2]，但是該計算方法是將蒸汽視為理想汽體推導而得到的，對于飽和蒸汽，由于其熱力學特性已經(jīng)偏離理想汽體，所以按此公式計算的結(jié)果有待討論。國內(nèi)學者對API RP520 和ASME B31.1兩種方法進行了比較[3?5]，歸納出了這兩種方法適用范圍和局限性。此外，目前并無標準通用的安全閥選型和反力計算軟件，該問題的解決主要依據(jù)各個企業(yè)、廠家自主編制的Excel格式計算表或其他計算插件完成。

本文通過對《ASME B31.1?2010壓力管道規(guī)范》《火力發(fā)電廠汽水管道應力計算技術規(guī)程》和《流體力學》中的相關理論和計算方法進行比較總結(jié)，利用介質(zhì)比容變化大的管道水力計算方法，結(jié)合一維定常流動的理論，推導出一套完整的計算模型 [6?13]。其涵蓋了便于工程使用的安全閥選型、排汽管道通流能力和排汽反力的計算方法。本文軟件采用VB 6.0編制，界面友好，便于操作，可極大地提高工作效率；提高設計計算的準確性、合理性和先進性。本軟件以工程設計需求為依據(jù)，實現(xiàn)了對安全閥選型的判斷，和不同工況下安全閥開啟對設備的反力、各種布置形式的排汽管道反力，具有較廣的應用前景。

1 軟件功能及適用范圍

本軟件功能目標是根據(jù)建立較為完善后的計算理論，實現(xiàn)安全閥的選型計算，通流能力計算，安全閥開啟時對設備的反力計算，能快速準確判斷流動是否達到臨界，并根據(jù)流動狀態(tài)準確計算典型排汽口形式下的排汽反力。軟件界面應簡潔清晰，便于設計人員操作，減少人工負擔，從而提高工作效率，提高計算的準確性；力求使安全閥選型和排汽反力計算做到理論先進、經(jīng)濟合理、結(jié)果準確。軟件的功能需求和相應的功能見表1。

2 編制說明

2.1 算法設計

軟件算法針對火力發(fā)電廠汽水管道設計需要，通過對《ASME B31.1?2010》以及《DL/T5366?2006火力發(fā)電廠汽水管道應力計算技術規(guī)程》計算方法進行比較總結(jié)，利用介質(zhì)比容變化大的管道水力計算方法，結(jié)合一維定常流動的理論，推導出一套完整的便于工程使用的安全閥選型、排汽管道通流能力和排汽反力的計算方法。軟件的算法流程如圖1所示，首先，根據(jù)已知輸入的安全閥開啟壓力、安全閥喉部直徑、排汽參數(shù)、安全閥流量系數(shù)和安全閥并聯(lián)個數(shù)，判斷排放汽源屬于過熱蒸汽還是飽和蒸汽，求得此安全閥的最大通流量，并與實際所需排汽流量相比較，若實際所需排汽流量小于所選安全閥最大流量，則選型正確，否則選型錯誤。選型正確后，根據(jù)蒸汽參數(shù)判斷是否臨界，并根據(jù)不同的排汽口形式，求得安全閥開啟時對設備的反力和對管道產(chǎn)生的反力。

2.2 計算精度

軟件計算所需要的數(shù)據(jù)，其精度對計算結(jié)果影響很大。以排汽管道的規(guī)格而言，管道內(nèi)徑一般以mm為單位，采用國際單位，則為10-3 m量級。而在計算流速等參數(shù)時，需要用到通流面積，面積單位至少達到10-6 m2量級。此外，由于水蒸汽的參數(shù)眾多，數(shù)據(jù)復雜，且數(shù)據(jù)精度對結(jié)果影響很大，因此軟件在計算模塊和水蒸汽模塊都采用雙精度（Double）執(zhí)行。

2.3 接口設計

（1） 數(shù)據(jù)輸入/輸出。軟件數(shù)據(jù)的輸入和輸出，利用“Frame”控件將窗口分為整齊明了的區(qū)域，并表明區(qū)域的詳細名稱。數(shù)據(jù)的展示像是利用“Lable”+“Text”的形式展現(xiàn)， 并清楚標明數(shù)據(jù)名稱和單位，如圖2所示。

（2） 排汽口形式選擇。為了使用戶能直觀地分辨排汽口型式，并根據(jù)工程需要快速做出選擇，軟件利用“image”屬性，結(jié)合鼠標的點選功能，實現(xiàn)對排汽口型式的選擇，見圖3。

（3） 用戶提示。為了防止人為錯誤，軟件采用實現(xiàn)輸入量和輸出量的自主判斷，利用“MsgBox”功能，實現(xiàn)當輸入變量存在問題時，彈出對話框予以提示。對于安全閥選型問題，若用戶選型錯誤，也可彈出對話提示“選型錯誤”，見圖4。

此外，為了便于用戶操作軟件，界面中多處增加提示功能，并用紅色鮮明字體標出。

（4） 進程控制。軟件采用 “commandbutton”按鈕實現(xiàn)相應的軟件功能。為了保證軟件按照既定的流程運行，避免出現(xiàn)用戶誤操作而出錯，在界面中利用“True”和“False”屬性實現(xiàn)對輸入/輸出區(qū)域的控制。在計算流程到達之前，將該部分鎖死，使用戶無法操作，直至流程命令到達。

2.4 軟件模塊設計

軟件采用模塊化編程，將界面設計、數(shù)據(jù)讀寫、數(shù)據(jù)計算、判斷提示等內(nèi)容按照不同的模塊進行編寫，并將水蒸汽的性質(zhì)參數(shù)集成在獨立的模塊之中。計算模塊主要包括安全閥選型計算及判斷，排汽流動參數(shù)計算，判斷是否臨界和根據(jù)排汽口型式求解排汽反力三個部分。如此可使各個模塊單獨進行設計、調(diào)試、模塊接口的結(jié)構(gòu)、參數(shù)標準化、易實現(xiàn)模塊橫縱系列之間的相互調(diào)用，從而降低程序的復雜程度，使程序的設計、調(diào)試和維護等操作簡單化。

3 軟件圖形界面

軟件成品如圖5和圖6所示。用戶進入軟件主界面，點擊“進入”開啟計算界面。

首先需要進行安全閥選型計算，用戶根據(jù)填入所需要的信息填入?yún)?shù)后，點擊“選型計算”即可。

選型完成后，點擊選定的排汽口形式，輸入排汽管道參數(shù)、阻力系數(shù)和汽流偏轉(zhuǎn)角等信息后，點擊“計算”，即完成流動參數(shù)和排汽反力的計算。

4 結(jié) 論

程序功能設定完全來自于工程應用中產(chǎn)生的實際需求，操作方式完全符合設計人員的試用習慣，實現(xiàn)了計算結(jié)果的準確快速、清晰明確的輸出功能，一定程度上提高了生產(chǎn)效率。程序在細節(jié)與用戶界面上清晰簡明，提高了設計準確性，實用性強、容易操作、降低了新程序的學習時間成本。

參考文獻

[1] 林燕，楊道宏.安全閥排汽的兩種計算方法比較[J].科技創(chuàng)新導報，2009（29）：57?59.

[2] 國家能源局.火力發(fā)電廠汽水管道設計技術規(guī)定：DL/T5054?2016[S].北京：中國電力出版社，2016.

[3] 方立，魏麗.API RP520和ASME B31.1中關于安全閥排汽反力計算公式的比較[J].化工機械，2016，43（1）：17?19.

[4] American Society of Mechanical Engineers. Power piping： ASMEB3 1.1 [S]. New York： American Society of Mechanical Engineers， 2012.

[5] American Petroleum Institute. Sizing， selection， and installation of pressure?relieving device in refineries part II： API RP520 [S]. Washington： American Petroleum Institute， 2003.

[6] 景思睿，張鳴遠.流體力學[M].西安：西安交通大學出版社，2001.

[7] 張鳴遠.高等工程流體力學[M].西安：西安交通大學出版社，2006.

[8] 沈維道，蔣智敏，童鈞耕.工程熱力學[M].北京：高等教育出版社，2000.

[9] 曾丹苓，敖越.工程熱力學[M].北京：高等教育出版社，2002.

[10] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.電廠動力管道設計規(guī)范：GB50764?2012[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[11] 中國電力建設工程咨詢公司.火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程：L5000?2000[S].北京：中國標準出版社，2001.

[12] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.大中型火力發(fā)電廠設計規(guī)范：GB50660?2011[S].北京：中國計劃出版社，2011.

[13] 張兆順，崔柱香.流體力學[M].北京：清華大學出版社，1998.