调节阀试验时调节阀泄漏量的确定

    现代大型化工装置建设中都要用到调节阀，在调节阀安装之前，施工单位必须对其进行单体试验，其中泄漏量试验越来越被建设方看重。那么试验中每1台调节阀的泄漏量是如何确定的呢？下面将结合气动调节阀标准GB/T4213-2008举例说明调节阀泄漏量的计算。

    1 计算公式

    泄漏量试验的试验程序有2种：采用试验程序1，试验介质压力应为0.35MPa，当阀的允许压差小于0.35MPa时，用设计规定的允许压差；采用试验程序2，试验介质压力应为阀的最大工作压差。2种试验程序所用的介质均为清洁气体（空气和氮气）或水。不同等级阀门泄漏量的计算公式见表1和表2。     

表1 不同等级阀门泄漏量计算公式

注：①△p为阀的允许压差，kPa；D为阀座直径，mm。

②对于可压缩流体，阀额定容量为体积流量时，是指在绝对压力101.325kPa和绝对温度273K的标准状态下的测定值。

表2 VI级阀门泄漏量表

    

注：①每分钟气泡数是在外径6mm、壁厚lmm的管子垂直浸入水下5～10mm深度的条件下测量所得，所用管子的管端表面应光滑并无倒角和毛刺。

    ②如果阀座直径与表2所列值之一相差2mm以上，则泄漏率系数可在假设泄漏率系数与阀座直径的平方成正比的情况下通过内推法取得。

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     以上公式可以看出，除VI级阀门外，其他等级调节阀的泄漏量均与阀的额定容量有关。以下给出了新修订的GB/T4213《气动调节阀》标准中所引入的阀额定容量计算公式。新标准中阀额定容量计算公式与修订前的有两点不同：一是应用条件判别式不同；二是阀的额定容量计算公式不同。

    （1）介质为液体

    当△p＜F²₁（p₁-F_Fp_v），阀额定容量Q₁= 
   

    当△p≥F²₁（p1-F_Fp_v），阀额定容量Q=0.1F₁K_V〔（p₁－F_Fp_v）/（p/p₀）〕^1/2

    （2）介质为气体

    当X＜F_Y·X_T时，阀额定容量Qg=0.28（X）^1/2Y_p1K_V     

    当X≥F_Y·X_T时，阀额定容量Q_g=0.19（X_T）^1/2p₁K_V

    式中Q₁———液体流量，m³/h；

    Qg———标准状态下的气体流量，m3/h；

    K_V———额定流量系数；

    F_l———无附接管件控制阀的液体压力恢复系数，无量纲(F_l值在GB/T17213.2中可查到典型值)；

    F_F———液体临界压力比系数(规定温度范围内水的F_F=0.96)，无量纲；

    p_v———入口温度下液体、蒸汽的绝对压力，(规定温度范围内水的P_v =2.34kPa)，kPa；

    X———压差与入口绝对压力之比(△p/p₁)，无量纲；

    Y———膨胀系数，Y=1-X/(3XT)，(当X＞F_Y·X_T时，Y取值0.667)，无量纲；

    F_Y———比热比系数(规定温度范围内空气的F_Y=1)，无量纲；

    X_T———阻塞流条件下无附接管件控制阀的压差比系数，无量纲；

    p₁———阀前绝对压力，kPa；

    p₂———阀后绝对压力，kPa；

    △p———阀前后的压差，kPa；

    t———试验介质温度，取20℃；

    ρ/ρ₀———相对密度(规定温度范围内水的ρ/ρ₀=1)。

    2 计算步骤

    下面举例详细说明如何使用应用条件判别式和阀额定容量计算公式正确计算试验条件下的阀额定容量。

    2.1 试验条件

    温度：(20±2)℃；

    相对湿度：60%～70%；

    大气压力：100kPa；

    试验介质：5～40℃的清洁水或空气。

    2.2 根据条件判别式进行相应计算

    设定试验对象为单座阀，PN16(1.6MPa)，DN=50mm，K_V=40，查表得X_T=0.72，F_l=0.9，试验介质流向为流开，试验时，阀后为排空(通大气)。分别采用试验程序1和试验程序2进行计算。

    （1）当采用试验程序1，用水作试验介质，阀前绝对压力p₁=450kPa，取试验压差Δp=350kPa时

    条件判别式F_l²（p₁－F_Fp_v）=0.9²×（450-0.96×2.34）=362.6kPa

    由于Δp=350＜362.6kPa，为非阻塞流状况，按公式Q_l=0.1K_V〔Δp/（ρ/ρ₀）〕^1/2计算得

    Q_l=0.1×40×（350/1）^1/2=75m³/h

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    （2）当采用试验程序2，用水作试验介质，阀前绝对压力p₁=1100kPa，取试验压差Δp=1000kPa（用户确定的最大工作压差）时

    条件判别式F_l²（p₁－F_Fp_v）=0.9²×（1100－0.96×2.34）=889.2kPa

    由于Δp=1000＞889.2kPa，为阻塞流状况，按公式Q_l=0.1F_lK_V〔（p₁－F_Fp_v）/（ρ/ρ₀）〕^1/2计算得

    Q_l=0.1×0.9×40×［（1100－0.96×2.34）/1］^1/2=119m³/h

    （3）当采用试验程序1，用空气作试验介质，阀前绝对压力p₁=450kPa，取试验压差Δp=350kPa时

    条件判别式F_Y·X_T=1×0.72=0.72；

    X=Δp/p₁=350/450=0.78

    X=0.78＞0.72，为阻塞流状况，流量按公式Qg=0.19（X_T）^1/2p₁K_V计算得

    Qg=0.19×（0.72）^1/2×450×40=2901m³/h

    （4）当采用试验程序2，用空气作试验介质，阀前绝对压力p₁=1100kPa，取试验压差Δp=1000kPa时

    条件判别式F_Y·X_T=1×0.72=0.72

    X=Δp/p₁=1000/1100=0.91

    X=0.91＞0.72，也为阻塞流状况，流量按公式Qg=0.19（X_T）^1/2p₁K_V计算得

    Qg=0.19×（0.72）^1/2×1100×40=7094m³/h

    2.3 根据阀额定容量确定调节阀的泄漏量

    不同介质用以上不同试验程序计算出阀额定容量后，对应所选定的泄漏量等级即可确定调节阀在确定试验条件下的泄漏量。

    以选定的泄漏量等级为Ⅳ级（10^-4×阀额定容量）为例。

    （1）试验介质为水

    上述试验程序1时的泄漏量值为0.0075m³/h（125mL/min）；上述试验程序2时的泄漏量值为0.0119m³/h（198mL/min）。

    （2）试验介质为空气

    上述试验程序1时的泄漏量值为0.2901m³/h（4835mL/min）；上述试验程序2时的泄漏量值为0.7094m³/h（11820mL/min）。

    通过以上计算我们可以知道，1个调节阀在不同试验条件下其泄漏量是不同的，我们在试验时通过量杯收集泄漏的水或排水集气收集泄漏的气体量，并将其同计算的量进行比较，就可以确定1个阀门的泄漏量是否符合规范了。