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        InstruCalc Instrument Sizing Suite 7.1在儀表設(shè)計中的應(yīng)用

        2012-01-12 02:04:44王福君方留安趙柱
        石油化工自動化 2012年5期
        關(guān)鍵詞:化學(xué)工業(yè)孔板節(jié)流

        王福君,方留安,趙柱

        (中國天辰工程有限公司,天津300400)

        1 軟件介紹

        InstruCalc Instrument Sizing Suite 7.1(簡稱InstruCalc)是一款由美國I-Size Solutions公司開發(fā)的軟件,分為4個大的功能塊:

        a)Control Valves(CV)調(diào)節(jié)閥計算模塊。依據(jù)ISA標(biāo)準(zhǔn)的計算公式,分別針對氣體、液體、蒸汽及兩相流介質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)閥(CV)值、口徑、噪聲值進(jìn)行計算。

        b)Flow Elements(FE)節(jié)流元件計算模塊。依據(jù)ISO-5167—2003標(biāo)準(zhǔn),分別針對氣體、液體、蒸汽介質(zhì)進(jìn)行多種節(jié)流元件的孔徑、β值等進(jìn)行計算。

        c)Relief Devices安全閥計算模塊。針對安全閥、爆破片和呼吸閥的計算。

        d)Miscellaneous混合雜項計算模塊??梢杂嬎愎艿缐毫p失、水錘等。

        文中著重介紹CV,F(xiàn)E兩個模塊的應(yīng)用(以氣體介質(zhì)為例)。

        1.1 CV模塊

        CV模塊中計算步驟如下:

        a)點擊主界面中CV模塊,選擇好介質(zhì)狀態(tài)“GAS”后,點擊“New calc”按鈕,彈出參數(shù)填寫和計算窗口,依次輸入氣體的流量、閥門壓降、介質(zhì)溫度、介質(zhì)入口壓力等參數(shù),并選擇氣體的種類,軟件將自動調(diào)用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)填充該種氣體的物性參數(shù),包括熱容比、相對分子質(zhì)量、操作密度、臨界溫度、臨界壓力。也可以選擇混合氣體,輸入各種氣體的組分后,軟件會自動計算出上述參數(shù)。

        依照OECD數(shù)據(jù)庫中關(guān)于可再生能源政策方面的統(tǒng)計數(shù)據(jù),選取促進(jìn)可再生能源發(fā)展和消費的三大政策進(jìn)行比較,包括可再生能源研發(fā)補貼、固定上網(wǎng)電價機制以及綠證交易。OECD數(shù)據(jù)庫基于各國可再生能源技術(shù)研發(fā)的公共預(yù)算規(guī)模,計算出可再生能源研發(fā)補貼指數(shù),指數(shù)值在0(補貼最低)~6(補貼最高)。可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)國家可再生能源研發(fā)補貼指數(shù)總體呈上升趨勢,但近年來趨勢比較穩(wěn)定(表2)。通過將這20個國家按照可再生能源研發(fā)補貼強度由低到高進(jìn)行排列,發(fā)現(xiàn)中國可再生能源研發(fā)補貼強度遠(yuǎn)低于歐盟,與歐盟可再生能源補貼強度最低的葡萄牙和斯洛文尼亞類似。

        b)在軟件中選擇好相應(yīng)的閥門種類,如Globe,Cage,Butterfly等。針對微小流量調(diào)節(jié)閥的選擇,可以在軟件中選擇“Lo Flow”閥門形式進(jìn)行計算(一般控制閥的流量系數(shù)最小為0.08,而小流量控制閥的流量系數(shù)最小可達(dá)0.003 00~0.000 44)。

        c)依次點擊“Normal”,“Maximum”,“Minimum”按鈕開始計算,生成的結(jié)果如圖1所示。注意:“Percent of valve Cv”并非閥門開度,閥門的開度如后面的閥門特性曲線圖中所示,亦可根據(jù)公式手動計算。

        圖1 調(diào)節(jié)閥計算界面(氣體)

        當(dāng)閥門的工藝參數(shù)合理,閥門類型選擇正確時,此項會顯示“Normal”;而當(dāng)閥門差壓過大、流量過大,閥門的形式選擇又不合適時,會顯示“Chocked”,意為此時已經(jīng)產(chǎn)生阻塞流;而一旦形成阻塞流,根據(jù)經(jīng)驗值,噪聲也將超過95dB。這時就要重新選擇閥門類型,或是對工藝條件進(jìn)行確認(rèn)。

        另外,閥門臨界差壓比和閥門類型的修正系數(shù)為軟件自動生成。

        d)保存計算結(jié)果后,還可以進(jìn)行一些后續(xù)詳細(xì)分析和計算,包括數(shù)據(jù)單的生成、壓降計算、流速計算分析,以及閥門調(diào)節(jié)特性曲線的生成(如圖2所示)。從圖2可以看出閥門在各流量下對應(yīng)的開度值(液體和蒸汽計算步驟與氣體介質(zhì)類似)。

        1.2 FE模塊

        FE模塊中的計算步驟如下:

        a)點擊主界面中FE模塊,進(jìn)入FE計算模塊界面,其中列有各種形式的節(jié)流元件,包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、阿牛巴、轉(zhuǎn)子、靶式、文丘里、彎管、渦街流量計、限流孔板等。根據(jù)工況要求選擇合適的流量計形式(以法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板為例)。

        圖2 調(diào)節(jié)閥特性曲線(等百分比)

        b)輸入各項工藝參數(shù)。

        c)輸出的計算結(jié)果如圖3所示,結(jié)果中包含了孔板厚度、開孔直徑等信息,其中“Max power loss”為節(jié)流元件的最大能耗損失。

        圖3 法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板計算界面(氣體)

        需要說明的是:輸入條件中的Differential range差壓范圍,通過用戶手動輸入,先給出一個預(yù)設(shè)定的差壓值,然后可再根據(jù)得出的β值、雷諾數(shù)、開孔孔徑等做反算調(diào)整,直至選擇出最合適的差壓范圍。

        d)同上面的調(diào)節(jié)閥計算一樣,保存計算結(jié)果后,F(xiàn)E模塊也可以進(jìn)行一些后續(xù)的其他計算和分析,包括流速計算、差壓值和流量值曲線圖和流量計數(shù)據(jù)單的生成等;如果計算結(jié)果和曲線不理想,還可以選擇更改其他節(jié)流元件形式,以獲得最佳的測量性能。另外,該模塊也能用于計算限流孔板的開孔尺寸(液體和蒸汽介質(zhì)計算步驟與氣體介質(zhì)類似)。

        2 軟件還需完善的問題

        a)調(diào)節(jié)閥數(shù)據(jù)庫中,閥門類型有些偏少。閥門類型選擇的數(shù)據(jù)庫中,缺少目前工程中比較常用的柱塞閥、凸輪撓曲閥、V形球閥等。雖然軟件本身允許用戶自定義添加閥門類型,但是對于一般用戶來說,無法獲得各個制造廠閥門的完整參數(shù)。

        b)調(diào)節(jié)閥計算中,輸出結(jié)果“計算CV占閥門額定CV百分比”這一項,意義不大;而對選擇閥門至關(guān)重要的閥門開度,卻沒有直接顯示,還需要計算系統(tǒng)壓降后,從生成的調(diào)節(jié)閥特性曲線中讀取,不直觀,不方便。

        c)沒有直接批量導(dǎo)入功能。目前國內(nèi)外的大中型項目,調(diào)節(jié)閥和流量計的數(shù)量動輒上百個、幾百上千個,軟件如果設(shè)有批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)功能,可從Excel等文件中一次性批量導(dǎo)入,將進(jìn)一步大大提高工作效率,節(jié)約設(shè)計時間。

        3 結(jié)束語

        綜上所述,本文所介紹的InstruCalc計算軟件,能夠針對各種類型的調(diào)節(jié)閥、節(jié)流元件,包括安全閥進(jìn)行比較詳盡的計算和分析,并能生成閥門和節(jié)流元件數(shù)據(jù)單和特性曲線等圖表,較好地滿足了目前儀表設(shè)計工作中對設(shè)計深度和計算工作日益增加的要求,提高了儀表設(shè)計工作的效率和準(zhǔn)確性。

        [1] 陸德民,張振基,黃步余.石油化工自動控制設(shè)計手冊[M].3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.

        [2] 周春暉.過程控制工程手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1993.

        [3] 孫淮清.流量測量節(jié)流裝置設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

        [4] 中國石化集團(tuán)上海工程有限公司.化工工藝設(shè)計手冊[M].3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

        [5] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 2624.1—2006用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量.第1部分:一般原理和要求[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

        [6] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 2624.1—2006用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量.第2部分:孔板[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.

        [7] 國家石油和化學(xué)工業(yè)局.SH 3005—1999石油化工自動化儀表選型設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國石化出版社,1999.

        [8] 國家石油和化學(xué)工業(yè)局.HG/T 20507—2000自動化儀表選型設(shè)計規(guī)范[S].北京:全國化工工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編輯中心,2000.

        [9] 邱宣振,賀大運,姜國平.工程自動化設(shè)計應(yīng)用手冊[M].北京:國際教科文出版社,2004.

        [10] 王樹清,樂嘉謙.自動化與儀表工程師手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010.

        [11] 孫淮清,王建.流量測量、節(jié)流裝置設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.

        [12] 樂嘉謙.儀表工手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

        [13] 明賜東.調(diào)節(jié)閥計算、選型、使用[M].成都:成都科技大學(xué)出版社,1999.

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