蒸汽管道詳解課件

第一章介紹一、蒸汽二、蒸汽和組織三、蒸汽和冷凝水第一章介紹一、蒸汽1一、蒸汽——蒸汽是應(yīng)用最廣泛的熱量載體之一，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)。蒸汽使用的特點(diǎn);1.蒸汽的產(chǎn)生高效而經(jīng)濟(jì)2.蒸汽可以方便地、高效地傳輸?shù)接闷c(diǎn)3.蒸汽容易控制4.能量傳遞方便5.現(xiàn)代蒸汽設(shè)備管理容易6.蒸汽應(yīng)用靈活蒸汽管道詳解ppt課件2二、蒸汽和組織以上所說的種種好處并不是所有的蒸汽用戶都關(guān)心，根據(jù)對事物的不同看法，整齊的好處可以再進(jìn)一步細(xì)分，如：總裁、經(jīng)理以及操作人員由于職位的不同，對此的感受也不同，他們對蒸汽提出的問題也各不相同。比如投資、成本、如何充分利用該系統(tǒng)、征用蒸汽對公司的好處、是否有足夠的安裝空間、維護(hù)是否方便、能否自動運(yùn)行等。二、蒸汽和組織以上所說的種種好處并不是所有的蒸汽用戶都關(guān)心，3三、蒸汽和冷凝水系統(tǒng)鍋爐房室整個蒸汽系統(tǒng)的心臟，典型的現(xiàn)代化快裝式鍋爐都是采用燃燒器把熱量輸送到爐管內(nèi)。燃燒器出來的高溫?zé)煔馔ㄟ^管道把熱量傳遞給水，一旦鍋爐內(nèi)的水達(dá)到飽和溫度，氣泡產(chǎn)生并上升到水的表面，然后破裂，蒸汽就釋放到上步的蒸汽空間內(nèi)，準(zhǔn)備進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)。給水，鍋爐給水的質(zhì)量至關(guān)重要。為了防止對鍋爐造成熱沖擊，給水必須控制在正確的溫度，通常在100度左右，同時(shí)又可以保證鍋爐高效運(yùn)行；給水的水質(zhì)也至關(guān)重要，必須保證水質(zhì)，避免對鍋爐造成危害。排污，對鍋爐給水進(jìn)行化學(xué)加藥處理會導(dǎo)致鍋爐內(nèi)的懸浮固體物增加，這些固體物質(zhì)將不可避免地以淤泥的形式沉淀在鍋爐的底部，然后通過鍋爐底部排污排放掉。排污可以手動進(jìn)行定期排污。液位控制，如果鍋爐液位沒有正確的控制，將會造成災(zāi)難性后果。如果液位降低過多，爐管會暴露在水面上并造成過熱，從而導(dǎo)致爆炸；如果液位太高，誰可能進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)，對工藝制程造成損壞。所以需裝有液位傳感器和報(bào)警系統(tǒng)。制程控制，任何使用蒸汽設(shè)備都需要用一些措施來控制蒸汽的流量。采用控制閥用來控制蒸汽流量，由傳感器提供工藝參數(shù)，并為控制器提供信號，控制器比較制程條件與設(shè)定值的區(qū)別，然后發(fā)送信號給執(zhí)行器，從而調(diào)節(jié)閥門的開度。從設(shè)備中排出冷凝水，通常，冷凝水可以通過輸水閥很方便地排出，進(jìn)入冷凝水排放系統(tǒng)，如果冷凝水已被污染，應(yīng)直接排放掉，如果沒有被污染，可回收再入鍋爐循環(huán)利用。三、蒸汽和冷凝水系統(tǒng)鍋爐房室整個蒸汽系統(tǒng)的心臟，典型的現(xiàn)代化4第二章蒸汽工程和傳熱一、工程單位二、什么是蒸汽三、蒸汽品質(zhì)四、傳熱五、估計(jì)蒸汽耗量的方法六、蒸汽用量的測量七、額定熱功率八、管道和空氣加熱器的蒸汽耗量計(jì)算九、換熱器的蒸汽耗量十、工廠設(shè)備的蒸汽耗量十一、熵的基本理解和實(shí)際應(yīng)用第二章蒸汽工程和傳熱一、工程單位5一、工程單位在工程應(yīng)用中，人們使用了很多不同的定義和工程單位，用來表征機(jī)械和熱力學(xué)上的特性，這樣，就需要制定大家工人黨俄國際單位制（簡稱SI）國際單位制以七個單位為基礎(chǔ)，非別為長度（米）、質(zhì)量（千克）、時(shí)間（秒）、溫度（K）、電流（安培）、物質(zhì)的量（摩爾）、發(fā)光強(qiáng)度（坎德拉）標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力：標(biāo)準(zhǔn)溫度是純水的冰點(diǎn)0攝氏度活73.15K；標(biāo)準(zhǔn)壓力是760mm汞柱，這個壓力為1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即1.01325x105Pa，氣體密度通常采用標(biāo)準(zhǔn)溫度或壓力下的值。絕對壓力（a），此壓力基于絕對壓力，例如：絕對真空的絕對壓力是0bara表壓（g），此壓力實(shí)在大氣壓下測量的壓力數(shù)據(jù)，通常采用1.01325bara表壓=絕對壓力-大氣壓力密度和比容，物質(zhì)的密度是指單位體積的物質(zhì)所具有的質(zhì)量，比容（Vg）是單位質(zhì)量物質(zhì)所占有的體積，因此它是密度的倒數(shù)。密度=1/Vg一、工程單位在工程應(yīng)用中，人們使用了很多不同的定義和工程單位61.比焓，指物體在給定時(shí)間和條件下的總能量，它與壓力和溫度都有關(guān)系，基本單位是焦耳（J），由于1焦耳的能量非常小，通常使用千焦作為單位，比焓的單位是KJ/KG2.比熱容：指的是把1千克的物質(zhì)升高1攝氏度所需要的能量，可以理解為物質(zhì)的吸熱能力。因此，國際單位制中比熱容的單位是KJ/KG·℃ ，把物質(zhì)的溫度升高所需要的熱量可由公式計(jì)算Q=MCPΔT，式中Q=能量（KJ），m=物質(zhì)的質(zhì)量，CP=該物質(zhì)的比容，

ΔT=溫差。例如：考慮2L水溫度從20攝氏度升高70攝氏度所需要的熱量在大氣壓下誰的密度近似為1000Kg/m3,由于1m3=1000L，因此水的密度也就是1kg/l，2L水的質(zhì)量是2kg,溫度較低時(shí)水的比熱容是4.19KJ/KG·℃因此Q=2X4.19X（70-20）=419KJ419KJ/3.6=116kw\h3.熵（S），熵指的是系統(tǒng)內(nèi)的無序程度，無序程度越高，熵越高，國際單位中熵的單位是KJ/（KG·K）,公式：熵的變化ΔS=焓的變化ΔH/ΔT例如：大氣環(huán)境下，1kg水的溫度從0升高到100度（273到273K），計(jì)算熵的變化？ΔS=ΔH/ΔT=（419-0）/分子（273+373）/2=419/323=1.2971.比焓，指物體在給定時(shí)間和條件下的總能量，它與壓力和溫度7二、什么是蒸汽1.當(dāng)水的溫度上升到他沸騰的狀態(tài)，一些分子得到足夠的動能，具有了足夠的速度，這樣就可以在落回液體中之前從液體表面逸出，當(dāng)離開液體表面的分子比那些中心進(jìn)入液面的分子多的時(shí)候，水會自由蒸發(fā)，這是他已經(jīng)達(dá)到了他的沸點(diǎn)或飽和溫度。2.蒸發(fā)焓或潛熱，這是指的是在沸騰溫度下水變成蒸汽需要吸收的熱量，其間，水和蒸汽的混合物溫度不上升，所有的能量用來把水有液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)（飽和蒸汽）飽和蒸汽的總焓hg=hf+hfg,式中hg=總焓，hf=液體焓（顯熱），hfg=蒸發(fā)焓（潛熱），單位為KJ/kg，下面為飽和蒸汽表，是大氣壓0barg時(shí)的干飽和蒸汽的性質(zhì)。

壓力飽和溫度焓（KJ/Kg）比容M3/kg水hf蒸發(fā)焓hfg蒸汽焓hg0100419225726761.673二、什么是蒸汽1.當(dāng)水的溫度上升到他沸騰的狀態(tài)，一些分子得8干度在某個壓力下，具有沸點(diǎn)溫度的蒸汽被稱為干飽和蒸汽。在鍋爐中，熱量僅僅傳遞給水，且蒸汽氣泡表面與水接觸，所以產(chǎn)生的蒸汽一般含有5%的水。如果說蒸汽中水的質(zhì)量份額為5%，那么就說蒸汽是95%的干燥，干度系數(shù)為0.95。濕蒸汽的實(shí)際蒸發(fā)焓干度（X）和蒸發(fā)焓hfg的乘積，濕蒸汽含有的可用能量比干飽和蒸汽少。公式為實(shí)際蒸發(fā)焓=hfgX，因此，實(shí)際總焓=hf+Xhfg，由于水的比容要比蒸汽的比容小好幾個數(shù)量及，濕蒸汽中含有的水滴的體積可以忽略，因此，濕蒸汽的比容比干蒸汽的小：實(shí)際比容=Vgx，Vgx是干飽和蒸汽的比容干度9三、蒸汽品質(zhì)蒸汽離開鍋爐，由于管道的散熱損失，部分蒸汽會冷凝，即使保溫再好，該過程也無法避免?；谏鲜鲈颍羝竭_(dá)用汽點(diǎn)相對較濕。由于蒸汽中水的存在降低了蒸汽的蒸發(fā)焓，同時(shí)也導(dǎo)致在關(guān)島和換熱設(shè)備表面污垢的形成，蒸汽中包含的水分會增加蒸汽冷凝時(shí)形成的冷凝水膜，產(chǎn)生額外的傳熱熱阻。蒸汽管道的汽水分離器將分離并派出包含在蒸汽中和沉積在管道底部的冷凝水，當(dāng)蒸汽通過汽水分離器將改變幾次流動方向，擋板對較重的水滴產(chǎn)生阻礙而較輕的蒸汽能自由通過，水分將沿?fù)醢辶飨蚱蛛x器，并通過疏水閥排出。水錘，由于管道的散熱損失蒸汽冷凝成水，冷凝水在管道內(nèi)壁形成水滴，水滴被蒸汽流吹掃成水膜，由于重力作用會流向管道底部，水膜厚度會不斷增加形成水彈，水彈以蒸汽的速度在管道內(nèi)運(yùn)動，從而破壞用熱設(shè)備。三、蒸汽品質(zhì)蒸汽離開鍋爐，由于管道的散熱損失，部分蒸汽會冷凝10四、傳熱傳熱的公式為：Q=KAΔT/材料厚度式中：Q為單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量K為材料的導(dǎo)熱系數(shù)（W/MK）A傳熱面積

ΔT通過材料的溫度差材質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)空氣0.025冷凝水0.4污垢0.1-1水0.6鋼50銅400四、傳熱傳熱的公式為：材質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)空氣0.025冷凝水0.411五、估計(jì)蒸汽耗量的方法計(jì)算,計(jì)算加熱物質(zhì)所需熱量的公式為Q=MCPΔT，式中Q=能量（KJ），m=物質(zhì)的質(zhì)量，CP=該物質(zhì)的比容，

ΔT=溫差?？紤]兩個非流動加熱制成，他們需要的加熱量是相同的，但加熱時(shí)間不同。雖然總的患熱量相同，但換熱功率不同，對于平均換熱功率可用公式：Q=MCPΔT/t，式中Q=能量（KJ），m=物質(zhì)的質(zhì)量，CP=該物質(zhì)的比熱，

ΔT=溫差,t=加熱制程的時(shí)間秒（s）。對于給定質(zhì)量的蒸汽所提供的熱量可以用下面公式表示：Q=mshfg式中ms=蒸汽質(zhì)量=在這里如假定熱量傳遞的效率為100%，那么蒸汽提供的熱量必須和被加熱介質(zhì)需要的熱量相等，這樣可以產(chǎn)生一個熱量平衡公式：Q=mshfg=MCPΔT/t例：一個油箱中有400kg的煤油，在20分鐘內(nèi)從10攝氏度加熱到40度，使用4bar的蒸汽，在該溫度范圍內(nèi)煤油的比熱為2.0KJ/（kg·℃）,4.0bar下飽和蒸汽的蒸汽比焓為2108.1KJ/kg，油箱保溫良好，熱損失忽略不計(jì)，確定蒸汽流量？解：Q=[400kgx2.0KJ/（kg·℃）x(40-10)]/1200s=20kj/s因此，ms=20kj/s/2108.1kj/kg=0.0095kg/s=34.2kg/h五、估計(jì)蒸汽耗量的方法計(jì)算,計(jì)算加熱物質(zhì)所需熱量的公式為Q12平均蒸汽耗量對于諸如制成換熱器或加熱氣等流動型應(yīng)用，其平均蒸汽耗量可以用下面公式計(jì)算ms=mCPΔT/hfg式中ms為平均蒸汽耗量m為二次測流體流量CP為二次測流體比熱，ΔT二次測流涕溫度，hfg為蒸汽的蒸發(fā)比焓通過上述公式可得ms=Q/hfg，

因?yàn)槠骄鶄鳠崃勘旧硇枰鶕?jù)質(zhì)量流量、比熱、溫度計(jì)算所得，因此使用本公式更方便。例如：使用3bar的干燥飽和蒸汽將恒定流量為1.5L/s的水從10度加熱到60度，3bar下蒸汽蒸發(fā)比焓為2133.4kj/kg，水的比熱為4.19kj/(kg·℃

)，確定蒸汽流量？解：使用公式ms=mCPΔT/hfg

ms=1.5x4.19x(60-10)/2133.4=0.1473kg/s=530kg/h平均蒸汽耗量13六、蒸汽流量的測量雷諾數(shù)雷諾數(shù)是一個無綱量常數(shù)，公式為：雷諾數(shù)（Re）=ρuD/μ，式中：ρ=密度u=管道內(nèi)流體的平均流速（m/s）D=管道內(nèi)經(jīng)μ=動力黏度（Pa·s）分析雷諾數(shù)的性質(zhì)1.對于特定的流體，如果流速較低，那么雷諾數(shù)也較低2.入股噢兩種流涕密度相似，兩者在管道內(nèi)的流動速度相等，那么高動力黏度的流體雷諾數(shù)較低3.對于一個給定系統(tǒng)，若管徑、動力黏度保持不變，那么雷諾數(shù)與速度成線性關(guān)系六、蒸汽流量的測量雷諾數(shù)14根據(jù)流動特性，分析雷諾數(shù)，具體分為以下幾個：1.層流，雷諾數(shù)（Re）在100-2300之間2.過渡流區(qū)域，雷諾數(shù)（Re）在2300-10000之間3.湍流，雷諾數(shù)（Re）在10000以上區(qū)域例：10bar的飽和蒸汽一25m/s的流速在100mm的管道內(nèi)流動，計(jì)算雷諾數(shù)？根據(jù)公式：雷諾數(shù)（Re）=ρuD/μ=(5.64x25x0.1)/(15.2x10-6)=927631=0.9x106根據(jù)以上信息，計(jì)算10bar飽和蒸汽100mm管道內(nèi)湍流流動時(shí)的做大和最小流量？先計(jì)算介質(zhì)流速：（Re）=ρuD/μRe=(5.64xux0.1)/(15.2x10-6)=1X105=927631=0.9x106u=(1x105x15.2x10-6)/(5.64x0.1)=2.695m/s體積流量qv=AU,qm=qv/vg

式中：qm=質(zhì)量流量，qv=體積流量，vg=比容

則qm=AU/vg式中：A=3.14XD2/4

qm=AU/vg=3.14XD2U/4vg=(3.14x0.12x2.695)/(4x0.177)=430kg/h根據(jù)流動特性，分析雷諾數(shù)，具體分為以下幾個：15同樣對于流動的最大雷諾數(shù)，R=1X106Re=(5.64xUx0.1)/(15.2x10-6)=1x106u=[(1x106))x(15.2x10-6)]/(5.64x0.1)=26.95m/s并且：qm=AU/vg

=3.14XD2U/4vg

=(3.14x0.12x26.95)/(4x0.177)=4300kg/h總結(jié)：1.管道內(nèi)飽和蒸汽的質(zhì)量流量是密度、黏度、速度的函數(shù)2.為了精確計(jì)量蒸汽流量，應(yīng)正確選擇蒸汽管道，使其流動時(shí)的雷諾數(shù)在1x105---1x106之間3.由于在給定條件下流涕的黏度是不變的，因此正確確定雷諾數(shù)就是正確選擇管道的口徑4.如果壓力、密度、黏度保持不變，雷諾數(shù)增加10倍，那么速度同樣也增加10倍同樣對于流動的最大雷諾數(shù)，R=1X10616計(jì)量的相關(guān)術(shù)語重復(fù)性重復(fù)性是指在同一條件下對同一被測量進(jìn)行多次測量所得結(jié)果之間的一致程度不確定度不確定度通常用精度來代替，這是因?yàn)檎嬷涤肋h(yuǎn)是未知的，精度也就無從談起。但是不確定度可以估計(jì)，且可根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算。主要指流量計(jì)正確顯示的流量與真值之間的差值，通常用百分比來表示。量程比量程或量程比，指一臺流量計(jì)在保證精度和重復(fù)性的前提下，所能計(jì)量的流量范圍，可用以下公式表示：

量程比=最大流量/最小流量

流量計(jì)類型量程比孔板4:1（能精確測量最大流量的25%）內(nèi)文丘里10:1---15:1變面積流量計(jì)20:1渦街流量計(jì)10:1-30:1計(jì)量的相關(guān)術(shù)語流量計(jì)類型量程比孔板4:1（能精確測量最大流量17伯努利原理許多差壓流量計(jì)都是根據(jù)伯努利原理研發(fā)的，主要指能量的守恒，可以總結(jié)一下幾個方面：壓能、動能、勢能，這三者的和在管道里的任何一點(diǎn)都相等公式如下：P1/ρg+u12/2g+h1=P2/ρg+u22/2g+h2式中：P1和P2是系統(tǒng)中任意點(diǎn)的壓力U1和u2為系統(tǒng)中與壓力對應(yīng)的流速h1和h2為系統(tǒng)中對應(yīng)點(diǎn)的相對高度G為重力加速度以上公式乘以ρg就可得以下公式P1+ρgh1+1/2ρu12=P2+ρgh2+1/2ρu22

如果兩點(diǎn)高度不變，則可簡化之以下公式：P1+1/2ρu12=P2+1/2ρu22伯努利原理18流量和壓降的定量關(guān)系根據(jù)熱力學(xué)第一定律（能量守恒定律）勢能mgh=動能1/2mu2則：u2=2mgh/m因此，u2=2gh所以：u=2gh的開方式中u=流速流量qv=Au所以，qv=Ax2gh的開方實(shí)際上，由于流涕的摩擦損失，流涕經(jīng)過節(jié)流裝置的實(shí)際速度要低于理論速度，理論速度和實(shí)際速度之間的差異可以用速度系數(shù)Cv表示即：速度系數(shù)（Cv）=實(shí)際速度/理論速度同樣，截流裝置收縮后的面積會小于實(shí)際面積，收縮后的段點(diǎn)面積和實(shí)際孔板面積之比稱為斷面收縮系數(shù)，用Cc表示即（Cc）=收縮后的段面面積/實(shí)際孔板面積速度系數(shù)和斷面收縮系數(shù)可以綜合為流出系數(shù)（C），在計(jì)算流量時(shí)要考慮流出系數(shù)此時(shí)的體積流量公式為：qv=CAx2gh的開方通過進(jìn)一步簡化，2gh可表示為差壓值得開方即：qv=CAΔP的開方流量和壓降的定量關(guān)系19根據(jù)伯努利原理P1+1/2ρu12=P2+1/2ρu22可以進(jìn)一步簡化為以下公式：u1=2（ΔP）/ρ的開方因：qv=Ax2gh的開方u=2gh的開方所以qv=CA·2ΔP的開放根據(jù)伯努利原理20第三章計(jì)量儀表1、蒸汽計(jì)量2、熱水計(jì)量第三章計(jì)量儀表1、蒸汽計(jì)量21蒸汽流量計(jì)的類型內(nèi)文丘里流量計(jì)變面積流量計(jì)渦街流量計(jì)蒸汽流量計(jì)的類型內(nèi)文丘里流量計(jì)22內(nèi)文丘里流量計(jì)原理：根據(jù)能量守恒定律伯努力方程和連續(xù)性方程為基礎(chǔ)的測量方法，流速越大差壓越大，先算出流速，再由面積和相關(guān)補(bǔ)償系數(shù)完成整個計(jì)量過程，流量與差壓的開方成正比關(guān)系。1、優(yōu)勢（1）內(nèi)文丘里管流量計(jì)最短直管段前只需1～3D，后1D。（2）內(nèi)文丘里管流量計(jì)在壓力損失較?。?0kPa左右）重復(fù)性（±0.1%）能強(qiáng)。（3）內(nèi)文丘里管流量計(jì)可按國家相應(yīng)的檢定規(guī)程‘JJG640─1994’相關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢定。2、劣勢（1）內(nèi)文丘里管流量計(jì)屬于差壓式流量計(jì)，安裝復(fù)雜，要求較高，需安裝引壓管、三閥組及差壓變器，安裝和維護(hù)較復(fù)雜。（2）DN80以下的內(nèi)文丘里管流量計(jì)易發(fā)生堵、卡，影響正常計(jì)量。（3）故障率較高，維護(hù)維修工作量大。內(nèi)文丘里流量計(jì)23渦街流量計(jì)原理：在測量管中插入一非流線型阻流體，也稱發(fā)生體。隨著流體的流動，當(dāng)管道雷諾數(shù)達(dá)到一定值時(shí)，在發(fā)生體的兩側(cè)就會交替分理處卡曼渦街。渦渦街流量計(jì)采用壓電傳感器進(jìn)行測量，當(dāng)兩邊交替產(chǎn)生壓力時(shí)，壓電晶體的晶格發(fā)生震動，此時(shí)由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)行輸出脈沖信號。優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單、牢固、安裝維護(hù)方便，無需導(dǎo)壓管、三閥組及變送器，從而減少泄露、堵塞和導(dǎo)壓管凍結(jié)的現(xiàn)象；（2）壓力損失小，約為差壓流量計(jì)的1/4；（3）在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出頻率不受流體（密度、粘度）的影響，儀表系數(shù)僅與漩渦發(fā)生體及管道的形狀、尺寸有關(guān)；（5）價(jià)格低；（6）渦街流量計(jì)目前在外網(wǎng)用戶中使用較多，儀表維護(hù)人員有豐富的維護(hù)、檢修經(jīng)驗(yàn)。缺點(diǎn)：（1）對管道機(jī)械振動較敏感，不宜安裝在強(qiáng)震動的場所；（2）流體溫度太高會對傳感器輸出精度有影響，一般流體溫度≤420°C；（3）安裝渦街流流量計(jì)時(shí)對直管段要求較高；（4）渦街流量計(jì)在蒸汽用量穩(wěn)定的用戶以及用量在設(shè)計(jì)流量的10%以上時(shí)測量較為穩(wěn)定，適用于冬季采暖和連續(xù)性生產(chǎn)用戶。渦街流量計(jì)24渦街流量計(jì)的工作原理、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)漩渦頻率ｆ與流經(jīng)發(fā)生體兩側(cè)的平均流速Ｕ之間的關(guān)系可以表示為ｆ＝ＳｒＵ１／ｄ測量管內(nèi)徑為Ｄ，發(fā)生體兩側(cè)弓形流通面積之和與測量管的橫截面積之比為ｍ。所以：Ｕ１＝Ｕ／ｍ式中：Ｕ為測量管內(nèi)的平均流速，ｍ／ｓ所以ｆ＝ＳｒＵ／ｍｄ設(shè)測量管內(nèi)瞬時(shí)體積流量為ｑｖ，則：ｑｖ＝3.14D2U/4=3.14D2ｍｄｆ/4Ｓｒ從式中可看出，對于確定的測量管內(nèi)徑D和發(fā)生體迎面寬度d，流涕的狀態(tài)體積流量與漩渦頻率成正比，也就是說只要測出頻率就可測出體積流量如果對上面公式做一個變換，則：K=f/ｑｖ=(3.14D2ｍｄｆ/4Ｓｒ)-1式中，K=渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)m)-3在工程應(yīng)用中渦街流量計(jì)常用公式為：ｑｖ＝3600ｆ/k渦街流量計(jì)的工作原理、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)25斯特勞哈爾數(shù)Sr

與發(fā)生體的形狀和雷諾數(shù)有關(guān)，通常情況下，管道雷諾數(shù)在2x104~7x106范圍ienei，斯特勞哈爾數(shù)可視為常數(shù)，可保證測量的精度，超出這個范圍，Sr將隨雷諾數(shù)的降低或升高而變化，渦街流量計(jì)將出現(xiàn)非線性。當(dāng)雷諾數(shù)從2x104降低到5x103時(shí)，卡曼渦街仍然可以穩(wěn)定分離，但由于非線性的影響，測量精度會降低所以通常把5x103~7x106作為渦街流量計(jì)的可測量范圍。渦街流量計(jì)的結(jié)構(gòu)渦街流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和粗略地分為傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分。傳感器包括：發(fā)生體、表體、檢測元件等。轉(zhuǎn)換器主要包括：電子模版和現(xiàn)實(shí)單元。渦街流量計(jì)的分類按連接方式可分為法蘭連接和法蘭夾裝連接按檢測技術(shù)可分為熱敏式、超聲式、電容式、應(yīng)力式、應(yīng)變式等按使用目的分類可分為防暴型、高溫型、低溫型、耐腐型、插入式和質(zhì)量型按結(jié)構(gòu)分為一體型和分體型按功能分為常規(guī)型和智能型斯特勞哈爾數(shù)Sr26特點(diǎn)輸出與流體流速成正比的脈沖型號，不存在零漂的問題無可動部件，可靠性高測量介質(zhì)的體積流量，對流體的物性變化不敏感，如溫度、黏度等量程范圍寬，可達(dá)30：1測量精度高結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便適用于多種介質(zhì)下限流量不能太低，大多數(shù)流量計(jì)的下限雷諾數(shù)低，只有在規(guī)定雷諾數(shù)以上時(shí)，斯特勞哈爾系數(shù)才進(jìn)入平直段，儀表才進(jìn)入線性工作區(qū)域儀表系數(shù)偏低，與其他脈沖輸出型流量計(jì)相比，渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)K較低，且隨測量管經(jīng)D的增大K值近似直徑比的3次方的速率下降，從下表中可以看出口徑1525405080100150200250300K37668.618.78.953.331.430.4410.1850.09660.0563特點(diǎn)口徑1525405080100150200250300K27蒸汽管道詳解ppt課件28蒸汽管道詳解ppt課件29變面積流量計(jì)（線性孔板）傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)罪的不足是被測流量相對于滿量程流量較小時(shí)，差壓信號很小，這一缺點(diǎn)大大影響其范圍度和測量精度，于是在此基礎(chǔ)上開發(fā)了可變面積的孔板流量計(jì)，因?yàn)槠漭敵龅牟顗盒盘柵c被測量之間有線性關(guān)系，所以也成為線性孔板。工作原理：線性孔板流量計(jì)七環(huán)隙面積隨流量大小而自動變化曲面圓錐形塞子再差壓彈簧的作用下來回移動，環(huán)隙變化使輸出信號（差壓）與流量成線性關(guān)系，并大大地?cái)U(kuò)大范圍。當(dāng)流體流過開孔面積為A的孔板時(shí)，流量q與孔板前后的壓差之間有如下關(guān)系，即q=k1A乘Δp的開方式中：q為流量k1為常數(shù)A為開孔面積Δp為差壓信號由差壓引起的活塞和彈簧組件的壓縮量（活塞的移動距離）為X，則：Δp=K2X式中：K2=彈簧系數(shù)變面積流量計(jì)（線性孔板）30變面積流量計(jì)原理：此流量計(jì)又稱線性孔板，其環(huán)隙面積隨流量的大小而自動變化，曲面圓錐形塞子在差壓彈簧的作用下來回移動，使輸出信號與流量呈線性關(guān)系。優(yōu)點(diǎn)：（1）直管段相比渦街較短，比內(nèi)文丘里較長（前12倍后3倍）；（2）量程比較寬達(dá)20:1，適用于大多數(shù)流體測量，結(jié)構(gòu)緊湊。缺點(diǎn)：（1）壓力損失大（50KPa）；（2）安裝要求較高（否則無精度可言），有可移動部件，活塞加工要求較高。因截流面積隨時(shí)變化，在運(yùn)行時(shí)無法人為的確認(rèn)計(jì)量是否準(zhǔn)確；（3）容易跑冒滴漏、儀表結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障，排除故障的技術(shù)要求高、維護(hù)量較大，儀表口徑最大到DN200；（4）斯派莎克流量為V錐活動部件，存在卡的可能性，影響正常計(jì)量；（5）彈簧的彈性系數(shù)在較高溫度下存在發(fā)生變化的可能性；（6）一次表檢定（校準(zhǔn)）時(shí)必須對二次表內(nèi)的系數(shù)重新設(shè)定，增加工作重復(fù)性且二次表不能互換；變面積流量計(jì)31當(dāng)活塞向前移動時(shí)，流通面積受活塞形狀的影響而發(fā)生變化，其關(guān)系為A=K3乘X的平方根式中：K3=常數(shù)因此由以上公式可得：A=K3乘（Δp/K2）的開方代入公式可得：q=k1K3x（Δp/K2）的開方xΔp的開方=kΔp式中：k----常數(shù)k=k1K3x(1/K2)的開方由以上公式可知，流量與差壓成線性關(guān)系，所以取出差壓信號即可得到流量。當(dāng)活塞向前移動時(shí)，流通面積受活塞形狀的影響而發(fā)生變化，其關(guān)系32線性孔板的特點(diǎn)范圍度寬，可測范圍為1%~100%，保證精度的情況下可到5%~20%線性輸出名差壓信號與流量成線性關(guān)系直管段要求較低只要線性孔板的彈簧線性好，活塞加工比較理想的形狀，使得流通面積與位移X的1/2次方成線性關(guān)系，就能使差壓與流量之間的線性關(guān)系成立，但是，活塞的曲面加工較為困難，不得不用逐臺標(biāo)定的方法來彌補(bǔ)這一不足還要利用標(biāo)定數(shù)據(jù)對線性孔板的非線性誤差進(jìn)行校正，須借助于流量二次表，具體做法是將標(biāo)定數(shù)據(jù)寫入二次表中的折線表，然后二次表根據(jù)輸入的差壓信號（電流值）用查表和線性內(nèi)插的方法求得水流量值得到水的流量還不是目的，因?yàn)橐獪y蒸汽，所以要進(jìn)行雷諾數(shù)和溫度的校正補(bǔ)償線性孔板的特點(diǎn)33超聲波流量計(jì)

超聲波流量計(jì)是通過檢測流體流動時(shí)對超聲脈沖的作用，以測量體積流量的儀表按測量原理可分為傳播時(shí)間法、多普勒效應(yīng)法、波束偏移法V=L2/2X(1/T12-1/T21)式中：L：超聲在換能器之間傳播路徑的長度X：傳播路徑的軸向分量，m；T12,21:從換能器1到2和2到1的傳播時(shí)間C：超聲在靜止流體中的傳播速度V：流體通過換能器1、2之間聲道上平均流速m/s流量方程Qv=(Vm/k)(πD2N/4)式中：K：流速分布修正系數(shù)，即聲道上線平均流速Vm和面平均流速V之比超聲波流量計(jì)

超聲波流量計(jì)是通過檢測流體流動時(shí)對超聲脈沖的作34換能器安裝方式換能器安裝方式35蒸汽管道詳解ppt課件36蒸汽管道詳解ppt課件37

第四章?lián)Q熱計(jì)算1、額定熱功率2、管道和空氣加熱器的耗氣量計(jì)算

第四章?lián)Q熱計(jì)算1、額定熱功率38額定熱功率如果負(fù)荷用KW表示，蒸汽壓力給定，蒸汽的流量就可以用以下公式表示：蒸汽流量（kg/h）=負(fù)荷kwx3600/工作壓力下的焓hfg額定熱功率如果負(fù)荷用KW表示，蒸汽壓力給定，蒸汽的流量就可以39管道和空氣加熱器的蒸汽耗量計(jì)算暖管負(fù)荷計(jì)算把管網(wǎng)系統(tǒng)加熱到工作溫度需要的蒸汽流量是管道的質(zhì)量、比熱、溫升、蒸汽的蒸發(fā)焓和暖管事件的函數(shù)可以用以下公式來表示：ms=60w(Ts-Tamb)Cp/hfgt式中：ms=蒸汽的平均冷凝率（kg/h）w=管道與法蘭以及接頭的總重量kgTs=蒸汽溫度Tamb=環(huán)境溫度Cp=0.49管道材質(zhì)的比熱（kj/(kg·℃

)）hfg=工作壓力的蒸發(fā)焓（kj/kg）t=暖管時(shí)間管道和空氣加熱器的蒸汽耗量計(jì)算暖管負(fù)荷計(jì)算402.13換熱器的蒸汽耗量通常指板式換熱器和管殼式換熱器，用KW來表示換熱器的額定功率例：計(jì)算非儲存式換熱器的熱負(fù)荷和蒸汽負(fù)荷換熱器涉及在2.8KG蒸汽壓力下的滿負(fù)荷運(yùn)行，二次側(cè)出水和回水溫度分別為82℃和71℃，泵的給數(shù)量為7.2kg/s，睡得比熱容為4.19KJ/(kg·℃)首先計(jì)算熱負(fù)荷:Q=mCpΔp=7.2X4.19x11=332KW計(jì)算蒸汽負(fù)荷一個332KW的換熱器工作在2.8kg（hfg=2139KJ/kg）蒸汽量為ms=Q/hfg=332/2139kg/s=558kg/h2.13換熱器的蒸汽耗量通常指板式換熱器和管殼式換熱器，41熱水容積式換熱器熱水容積式換熱器是把容器內(nèi)的冷水在一定時(shí)間內(nèi)加熱到一定溫度的換熱器蒸汽加熱階段和保溫階段的平均蒸汽量可以用下面公式ms=(mCpΔT)/(hfgt)公式中

ms=蒸汽量（kg/h）

ΔT

=溫升Cp=水的比熱（kj/(kg·℃

)）hfg=工作壓力的蒸發(fā)焓（kj/kg）t=加熱時(shí)間例：容積式換熱器的容量為2272kg，設(shè)計(jì)條件為2kg蒸汽在半小時(shí)內(nèi)將水從10℃加熱到60℃，計(jì)算蒸汽用量？ms=(mCpΔT)/(hfgt)=（2272X4.19X50）/（2163X0.5h）=440kg/h熱水容積式換熱器熱水容積式換熱器是把容器內(nèi)的冷水在一定時(shí)間內(nèi)42第五章鍋爐房系統(tǒng)

3.3水管鍋爐水管鍋爐的爐水在管內(nèi)循環(huán)，熱源在管外圍，根據(jù)承受的壓力不同，水管直徑小時(shí)，在同樣的應(yīng)力下可承受更高的壓力。循環(huán)原理1、較冷的給水從鍋爐鍋筒的隔板后進(jìn)入，由于冷水密度大，它咋下降管內(nèi)向下流動至較低的下鍋筒取代向上進(jìn)入前部水管較熱的水2、繼續(xù)加熱會在前部水管產(chǎn)生蒸汽泡，由于密度的關(guān)系，汽水混合物向上升，在上鍋筒內(nèi)與熱水分離，離開鍋筒從熱源來的熱量可以通過輻射、對流、傳導(dǎo)等方式吸收爐膛輻射傳熱指在一個空曠的區(qū)域容納從燃燒器來的火焰，如果火焰直接與爐管接觸，將發(fā)生嚴(yán)重干的沖蝕，并最終損壞爐管，所以，爐膛墻面排列著模板，用于吸收來自火焰的熱輻射第五章鍋爐房系統(tǒng)

3.3水管鍋爐433.5鍋爐額定蒸發(fā)量一臺鍋爐的額定蒸發(fā)量為2000KG/和，工作壓力為15bar,給水溫度為68度蒸發(fā)率=90%（一般為90%）因此實(shí)際出力=2000X90%=1800kg/h蒸發(fā)率90%=A/(B-C)式中：A=大氣壓嚇得蒸發(fā)焓B=工作壓力下的蒸汽比含C=給水溫度下的比含例如：蒸發(fā)率=2257KJ/KG/(2794KJ/KG-284.9KJ/KG)=0.93.5鍋爐額定蒸發(fā)量一臺鍋爐的額定蒸發(fā)量為2000KG/和44額定蒸發(fā)量蒸汽出力kg/h=鍋爐額定值KWX3600/加入的熱值例：一臺鍋爐為3000KW，工作于10bar，給水溫度為50度，有多少蒸汽產(chǎn)生？給水熱值=50度X4.19=209.5KJ/kg10bar下的蒸汽焓值=2782KJ/kg因此鍋爐必須提供的熱量為2782-209.5=2572.5KJ/kg蒸汽出力=3000KJ/SX3600S/2572.5KJ/kg=4198kg/h額定蒸發(fā)量蒸汽出力kg/h=鍋爐額定值KWX3600/加453.6鍋爐效率鍋爐效率（%）=輸出至蒸汽的熱量\燃料提供的熱量X1003.6鍋爐效率鍋爐效率（%）=輸出至蒸汽的熱量\燃料提供463.7鍋爐附件鍋爐附件以下有幾個部分安全閥主汽閥給水止回閥水質(zhì)化驗(yàn)系統(tǒng)連續(xù)排污系統(tǒng)儀表系統(tǒng)玻璃水位計(jì)和附件水位控制系統(tǒng)排空氣和破真空器除氧器系統(tǒng)3.7鍋爐附件鍋爐附件以下有幾個部分473.10鍋爐用水外部水處理1、反滲透-----純水被強(qiáng)制通過半滲透膜而剩下的雜質(zhì)溶液排掉2、石灰軟化3、離子交換----至今為止最廣泛的水處理方式3.10鍋爐用水外部水處理483.11給水加藥計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的亞硫酸鈉加藥量是每1ppm的溶解氧要求8ppm的亞硫酸鈉通常增加額外的4ppm亞硫酸鈉用于在鍋爐中保持一個裕量典型的液態(tài)亞硫酸鈉僅含有亞硫酸鈉45%給水箱溫度=8585攝氏度下水的含氧量為2.3ppm所需要的亞硫酸鈉量=2.3X8+4=22.4所需要亞硫酸溶液量（45%濃度）=22.4X100\45=49.8ppm年需亞硫酸溶液=10000kg/hX6000h\年X49.8\1000000ppm=2988kg/年若每公斤15元則年需費(fèi)用44820元3.11給水加藥計(jì)算49給水箱給水箱材料鑄鐵----容易腐蝕碳鋼------給水箱最通用干的材料，需在表面涂防腐蝕材料，成本低塑料------只能適合做冷補(bǔ)水箱的材料，不耐高溫不銹鋼------一般為304L，使用壽命長，但先期成本高給水箱給水箱材料503.21除氧器氧是給水管道、給水泵和鍋爐腐蝕的主要原因。壓力除氧器的工作原理如果液體處在它的飽和溫度下，在液體內(nèi)氣體的溶解度是零，但是液體必須強(qiáng)烈煮沸才能確保完全除氣，在除氧器的頭部可以做到這一點(diǎn)，將水打碎成盡可能小的水滴，環(huán)繞著水滴的都是蒸汽，這樣就提供了很高的表面積和質(zhì)量比，并使從蒸汽到水的熱傳導(dǎo)非常快，使水很快加熱到飽和溫度。溶解氣體釋放出來后，將剩余的蒸汽攜帶的氧氣排放到大氣（這股蒸汽和氣體的混合物比飽和溫度低，可以通過熱靜力排放，除氧后的水下落到容器的存儲部分）3.21除氧器氧是給水管道、給水泵和鍋爐腐蝕的主要原因。51除氧器部分計(jì)算質(zhì)量\熱量方程式Mh1+mshg=(m+ms)h2Ms=mX(h2—h1)\(hg-h2)除氧器蒸發(fā)系數(shù)蒸發(fā)系數(shù)=A\(B-C)式中：A=大氣壓力下蒸發(fā)比含是2258KJ/kgB=鍋爐壓力下飽和蒸汽比含（hg）(KJ/kg)C=給水的比含（h1）(KJ/kg)例：蒸發(fā)率=2258\(2781-356)=0.9311那么按10噸鍋爐計(jì)算額定出力=10000X0.9311=9311kg/h除氧器部分計(jì)算質(zhì)量\熱量方程式52連接上一頁給水在105度使得熱焓為（h2）=440KJ/kg10bar下的蒸汽焓值（hg）=2781KJ/kg給水在85度使得熱焓為（h1）=356KJ/kg除氧器給水流量為9311kg/hMs=mX(h2—h1)\(hg-h2)=9311X（440-356）\(2781-440)=334kg/h連接上一頁53除氧器蒸汽控制閥計(jì)算控制閥用于飽和蒸汽的選型可用公式Ms=12KvP1X【1-5.6(0.42-x)2】開方

=12KvP1式中：Ms=蒸汽流量Kv=控制閥流量系數(shù)P1、P2上下游壓力x=壓力降（P1-P2）\P1計(jì)算上例：Kv=334\(12X11)=2.53所以選擇的控制閥KVS應(yīng)大于2.53，根據(jù)查表得，可選擇一個口徑DN15的控制閥除氧器蒸汽控制閥計(jì)算控制閥用于飽和蒸汽的選型可用公式54控制閥用于給水的選型可用公式V=KvX【(P1-P2)\G】開方

=Kv\（ΔP）開方式中：V=體積流量Kv=控制閥流量系數(shù)P1、P2上下游壓力G=水密度計(jì)算上例：Kv=334\(12X11)=2.53所以選擇的控制閥KVS應(yīng)大于2.53，根據(jù)查表得，可選擇一個口徑DN15的控制閥除氧器故障可能原因給水中含氧量高空氣泄漏沒有足夠滯留時(shí)間設(shè)計(jì)安裝運(yùn)行不當(dāng)流量超出設(shè)計(jì)條件壓力波動控制閥選型不當(dāng)進(jìn)水溫度波動大輸出溫度低蒸汽量不足設(shè)計(jì)安裝運(yùn)行不當(dāng)給水CO2高PH值太高控制閥用于給水的選型可用公式除氧器故障可能原因給水中含氧量高55第五章基礎(chǔ)控制理論5.1控制簡介

自動控制涉及的范圍很廣，控制量包括溫度、壓力、流量、液位和速度。實(shí)行自動控制的原因安全穩(wěn)定精確自動控制的組成元素被控設(shè)備執(zhí)行器控制器傳感器操作變量被控條件第五章基礎(chǔ)控制理論5.1控制簡介565.2自動控制基本原理按控制模式開\關(guān)控制連續(xù)控制開關(guān)控制：通常被稱為兩點(diǎn)控制，是最基本的一種控制模式。以60度為例：如果以60為開關(guān)點(diǎn)，那么系統(tǒng)就永遠(yuǎn)不能正常工作，因?yàn)殚y不知道在60度狀態(tài)下是開還是關(guān)，然后閥就會出現(xiàn)快速開關(guān)動作，導(dǎo)致閥磨損。這種情況下就需要一個上開關(guān)點(diǎn)和下開關(guān)點(diǎn)，用來防止系統(tǒng)快速循環(huán)，這是可以設(shè)計(jì)上開關(guān)點(diǎn)為61，下開關(guān)點(diǎn)為59，溫控閥在60度的設(shè)定點(diǎn)有2度的開關(guān)偏差。但是溫度的傳熱效應(yīng)不是立刻顯現(xiàn)，管道內(nèi)的高溫介質(zhì)會出現(xiàn)一個持續(xù)的放熱過程，因此很容易出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象。對于開關(guān)控制，必須有上下限位開關(guān)優(yōu)點(diǎn)：簡單、便宜缺點(diǎn)：偏差經(jīng)常會超出允許范圍5.2自動控制基本原理按控制模式57連續(xù)控制比例（P）積分（I）微分（D）比例控制：比例帶越大，控制就越穩(wěn)定，但偏移越大比例帶越窄，控制穩(wěn)定性就越差，但偏移越小圖中AB、BC之間為偏差圖中A和C之間為比例帶比例控制的幾個基本要點(diǎn)：1、控制閥的移動與實(shí)際液位同設(shè)定點(diǎn)之間的偏差成比例2、設(shè)定值只能在某一個特定負(fù)載下維持3、盡管在A和C之間能達(dá)到穩(wěn)定的控制，但是任何引起實(shí)際液位與B之間產(chǎn)生偏差的負(fù)載都存在偏移4、改變支點(diǎn)的位置可以改變系統(tǒng)的比例帶，支點(diǎn)越靠近浮球，比例帶越窄，反之亦然。5、寬的比例帶（小增益）穩(wěn)定增強(qiáng)，但靈敏度降低窄的比例帶（大增益）穩(wěn)定性變差和控制不穩(wěn)，但靈敏度提高6、總體而言，理想的比例帶是在不引起房間溫度變化明顯震蕩的前提下 越窄越好。連續(xù)控制58比例增益計(jì)算“增益”通常用于控制器，是比例帶的倒數(shù)控制器的增益越大，對于相同的偏差控制器的輸出就越大，例如：如果增益為1，10%的偏差就會改變控制器的10%的輸出，若增益為5,10%的偏差就會改變控制器50%的輸出，若增益為10，則10%的偏差就會改變控制器100%的輸出。例如一個控制器具有200℃的量程：20%的比例帶=20%X200=-40℃40%的比例帶=10%X200=20℃假定控制器的輸入量程為100℃，為了使控制器在20%的比例帶內(nèi)完成全行程的輸出，控制器的增益是多少？100%\20%=5也就是說比例帶是100℃的20%，就是20℃，增益為100\20=5比例增益計(jì)算59積分作用（I）偏差可以通過手動或自動來消除，但人工設(shè)定后的結(jié)果差別很大，因此在自動控制機(jī)構(gòu)中引入“重新設(shè)定”功能，稱作為積分作用。積分作用的定義是：控制器在積分作用下輸出改變達(dá)到與比例作用下的輸出改變相同時(shí)所需要的時(shí)間，只要偏差存在，積分作用就不斷給出一個穩(wěn)定的不斷增加的校準(zhǔn)作用，這種校準(zhǔn)作用隨著時(shí)間二增強(qiáng)，控制器可以改變積分時(shí)間來滿足設(shè)備的動態(tài)性能。比例積分（P+I）控制器的積分租用通常限制在一定的比例帶內(nèi)積分的特點(diǎn)如果積分時(shí)間太短沒會產(chǎn)生超調(diào)和控制不穩(wěn)定如果積分時(shí)間太長，重設(shè)定作用就會太慢IAT用時(shí)間單位表示，有些控制器中，積分作用的調(diào)整參數(shù)用“每分鐘重復(fù)次數(shù)”來表示，也就是每分鐘積分作用輸出改變隨比例輸出改變的次數(shù)每分鐘重復(fù)次數(shù)=1/IATIAT=∞表示積分作用無窮大IAT=0表示無積分作用積分作用（I）偏差可以通過手動或自動來消除，但人工設(shè)定后60超調(diào)和積分保和問題當(dāng)系統(tǒng)攢在滯后時(shí)，P+I控制器很容易出現(xiàn)超調(diào)，由于積分作用的特點(diǎn)，積分作用的產(chǎn)生必須在比例控制作用之后，為反應(yīng)引入一個滯后的、更大的死區(qū)時(shí)間，但在實(shí)際當(dāng)中更可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，如果當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生快速變化時(shí)，這樣實(shí)際值就會失去控制，使系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩，如果采用積分作用，必須使用正確大小的積分作用積分作用也可能會導(dǎo)致其他狀態(tài)惡化，例如在一個大的階躍改變或著系統(tǒng)關(guān)機(jī)后，積分作用會變得相當(dāng)大，引起嚴(yán)重的超調(diào)或控制不足，需要很長時(shí)間才能恢復(fù)，這種現(xiàn)象稱為“積分飽和”。為了避免出現(xiàn)以上問題，控制器需要抑制積分功能，是系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)，需要引入另一種控制模式，微分作用（或比率作用，指實(shí)測溫度的改變速率）超調(diào)和積分保和問題61微分控制微分作用（D）測量過程信號的改變速率并對此作出反應(yīng)，調(diào)整控制器的輸出以減小超調(diào)如果微分作用正確應(yīng)用于時(shí)間滯后的系統(tǒng)，在系統(tǒng)工況發(fā)生改變時(shí)可以減小同設(shè)定值之間的偏差，一般微分作用只作用于在工況信號發(fā)生改變時(shí)，如果信號是穩(wěn)定的，不管偏差有多大，微分作用都不會起作用微分很大的一個作用是減小超調(diào)，尤其是負(fù)載發(fā)生快速變化的系統(tǒng)微分作用一般在控制器內(nèi)設(shè)定，用TD來表示，單位是時(shí)間TD=0時(shí)，無微分作用TD=∞時(shí)，微分作用無窮大P+I+D控制器如果在正確調(diào)整后，可以實(shí)現(xiàn)對大部分工藝系統(tǒng)進(jìn)行快速的反應(yīng)和控制，不會出現(xiàn)偏差和超調(diào)微分控制微分作用（D）測量過程信號的改變速率并對此作出反應(yīng)，62PID調(diào)節(jié)中出現(xiàn)振蕩的原因 振蕩，通常指不穩(wěn)定，振蕩在操作點(diǎn)附近產(chǎn)生一個持續(xù)變化的偏差，可能有以下原因：1、比例帶太窄積分作用太短微分時(shí)間太長PID調(diào)節(jié)中出現(xiàn)振蕩的原因 振蕩，通常指不穩(wěn)定，振蕩在操作點(diǎn)63微分常數(shù)的確定TDC=（TS-T1）\（TS-T2）式中：TDC=溫度設(shè)計(jì)常數(shù)TS=蒸汽溫度T1=二次側(cè)流體的進(jìn)水溫度T2=二次側(cè)流體的出水溫度例如：進(jìn)水溫度=60，進(jìn)水溫度=65，蒸汽溫度=70（減壓后）TDS=（70-60）\（70-65）=2當(dāng)蒸汽溫度上升到140度時(shí)，二次側(cè)出水溫度T2是多少度T2=TS-[(TS-T1)\TDC]=140-[(140-20)\2]=80℃此時(shí)，出口溫度已經(jīng)超出了比例帶范圍，控制器將閥門關(guān)閉微分常數(shù)的確定TDC=（TS-T1）\（TS-T2）64第六章控制硬件6.1控制閥控制閥閥門的形式包括直行程閥和旋轉(zhuǎn)型閥直行程閥包括球形閥和閘板閥旋轉(zhuǎn)閥包括球閥、蝶閥、旋塞閥控制閥一般選擇二通閥和三通閥球形閥主要部件閥體閥蓋閥座和閥芯閥桿密封第六章控制硬件6.1控制閥65閥門的關(guān)切力公式閥門關(guān)切里FF=AΔP+摩擦力余量式中：A=閥座面積ΔP=壓差F=需要的關(guān)切力KN閥門的關(guān)切力公式閥門關(guān)切里F66閥門關(guān)閉密封等級控制閥的泄露等級是按照閥門處于全關(guān)閉時(shí)的泄漏量來劃分的，最好的等級是三級（泄漏量為全流量的0.1%，進(jìn)口的能做到0.01%）閥門關(guān)閉密封等級控制閥的泄露等級是按照閥門處于全關(guān)閉時(shí)的泄漏676.2控制閥的流通能力流量系數(shù)流量系數(shù)可以使閥門的性能具有可比性在各種流量下風(fēng)門的壓差可以確定確定給定壓差下通過控制閥的流量Kv:指在特定溫度下，通常指5和40℃之間，通過一個閥孔在1bar壓力降下的睡得體積流量（廣泛用于歐洲）Kvs：對于一個特定閥門，在全開時(shí)實(shí)際的KV值，它構(gòu)成封面呢的流量系數(shù)或流通能力指數(shù)Kvr：一個實(shí)際應(yīng)用與所需要的流量系數(shù)KAv：產(chǎn)生1Pa壓降的水的體積流量6.2控制閥的流通能力流量系數(shù)Kv:指在特定溫度下，通常指68典型口徑的流量系數(shù)口徑DN100DN20DN25DN32DN40DN15DN50DN65DN80Kvs1606.310.016.025.04.036.063.0100.01004.06.310.016.02.525.036.063.0632.54.06.310.01.616.025.036.0361.62.54.06.31.010.016.025.0典型口徑的流量系數(shù)口徑DN100DN20DN25DN32DN696.3控制閥的選型V=KvX【(P1-P2)\G】開方例：V=10Kv=16壓差p=0.39bar6.3控制閥的選型V=KvX【(P1-P2)70水泵通常使用離心泵，根據(jù)性能曲線，當(dāng)流量增加時(shí)，水泵出口的壓力會下降在整個水循環(huán)系統(tǒng)中，不僅考慮泵和控制閥的口徑和特性，還要考慮其他因素，要整個系統(tǒng)總體考慮壓損水在系統(tǒng)中的摩擦損失叫做壓損，壓損的增加銅流速的平方根成正比公式為V12\V22=P1\P2例水泵通常使用離心泵，根據(jù)性能曲線，當(dāng)流量增加時(shí)，水泵出口的壓71一定口徑的管道通過的流量V1為2500立方時(shí)的壓損為4bar，計(jì)算流量為3500立方時(shí)的壓損V12\V22=P1\P2P2=P1xV12\V22

=4X35002\25002=7.84bar如果系統(tǒng)中的二通閥選型過小，水泵需要消耗大量的功耗，僅僅為提供足夠的水量通過控制閥如果系統(tǒng)中的二通閥選型過大，閥門在全開位置時(shí)的壓降很小，水泵的能耗減小，但是達(dá)到控制點(diǎn)位置時(shí)大的流通面積意味著閥門行程的很小改變會引起很大的流量變化，穩(wěn)定性和精確度會很差蒸汽管道詳解ppt課件72閥門的選擇首先確定閥門的閥權(quán)度（N）公式N=ΔP1\(ΔP1+ΔP2)式中：ΔP1=控制閥全開時(shí)的壓降ΔP2=回路其他部分的壓降ΔP1+ΔP2=整個回路的壓降N值應(yīng)該接近0.5（但不能大于），并且不能小于0.2,這樣可以保證閥門的每個小的變化對流量有影響，但同時(shí)又不會過分增加泵的功耗閥門的選擇首先確定閥門的閥權(quán)度（N）73例：一個包括控制閥在內(nèi)的回路總壓降為125KPa，如果閥權(quán)度是0.4，控制閥選型時(shí)的壓降是多少？如果系統(tǒng)的流量為3.61L/S，所需要的KV是多少？第一個問題：N=ΔP1\(ΔP1+ΔP2)N=0.4ΔP1+ΔP2=125ΔP1=N(ΔP1+ΔP2)=0.4X125=50KPa因此，用50KPa作為壓降來對閥門選型，回路其他部分壓降為75kpa（125-50）第二個問題V=KvΔP1\2V=3.31L/s(13m3/h)ΔP=50KPa13=Kv0.51\2

Kv=18.38

例：一個包括控制閥在內(nèi)的回路總壓降為125KPa，如果閥權(quán)度746.4蒸汽系統(tǒng)控制閥的選型如果安裝的閥是DN50，閥門處于全開狀態(tài)，通過閥門的壓降相對較低，供給換熱器的蒸汽壓力相對較高，因此，為達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)載所需要的換熱盤管面積相對較小但是一個DN40的閥門處于全開狀態(tài)，通過與DN50閥門相同的流量，因?yàn)殚y門的流通面積變小了，所以通過閥門的壓降會增加，進(jìn)入盤管的壓力會降低，這就需要更大一點(diǎn)的換熱器在控制閥的選型中，噪音是一個需要考慮的因素，不僅增加噪音等級，而且會損壞閥門內(nèi)部部件，一般情況下可以安裝一個稍大一點(diǎn)兒的閥門通常飽和蒸汽在控制閥出口的流速大于0.3馬赫的話，產(chǎn)生的噪音無法接受聲音在蒸汽中的流速取決于蒸汽的溫度和品質(zhì)6.4蒸汽系統(tǒng)控制閥的選型如果安裝的閥是DN50，閥門處75蒸汽中的音速計(jì)算計(jì)算公式為C=31.6[rRT]1\2式中：C=蒸汽在管道中的音速31.6=比例常數(shù)r=蒸汽的絕熱指數(shù)（飽和為1.135）R=0.4615蒸汽的氣體常數(shù)（KJ/Kg）T=蒸汽的絕對溫度K蒸汽中的音速計(jì)算計(jì)算公式為76球形閥的簡化選型公式ms=12kvP1式中：ms=蒸汽流量Kv=閥門流量系數(shù)P1=上游壓力例：管殼式管熱器制造商規(guī)定在管束中蒸汽壓力需要達(dá)到5bar的絕對壓力來滿足500KW的熱量需要，控制閥上游干度為0.96的飽和蒸汽，壓力為10bar，在5bar下蒸發(fā)焓是2108.23kj/kg首先，10bar下的焓值是2697.15kj/kg5bar下的蒸汽干度=2697.15/2748.65=0.985bar下的可用熱量是0.98X2108.23=2066KJ/KG接下一頁球形閥的簡化選型公式77蒸汽流量=負(fù)載（KW）X3600\工作下的焓值（hfg）=500KW\2066x3600=871kg/h確定全負(fù)荷下的壓降比壓降比率=(10bar-5bar)/10bar=0.5確定所需的Kvr全負(fù)荷下的壓降比大于0.42，因此采用臨界條件公式

ms=12kvP1871=12XKvrX10barKvr=7.26初步選擇一個口徑為DN25的閥門，然后計(jì)算這個口徑下通過濕蒸氣勢的閥門出口噪音閥門的出口音速為

C=31.6[rRT]1\2

r=1.035+0.1(0.98干度)=1.133R=0.4615KJ/KG(蒸汽的氣體常數(shù))濕蒸氣在5bar下的溫度同相同壓力下的干蒸汽的溫度一樣，T=425K在閥門處蒸汽的音速為：C=31.6X(1.133X0.1615X425)1\2=471m/s蒸汽流量=負(fù)載（KW）X3600\工作下的焓值（hfg）78DN25的控制閥出口面積為0.00049m25bar下0.98干度的蒸汽比容為0.3674m3/kg體積流量=871kg/hX0.3674=320m3

=0.0888m3/S出口流速=體積流量\出口面積=0.0888m3/S\0.00049m2=181m/s對于濕蒸氣在閥門出口處的噪音標(biāo)準(zhǔn)時(shí)閥門出口流速=40m/s因此，此時(shí)流速已經(jīng)遠(yuǎn)大于40m/s，因此DN25的控制閥可能產(chǎn)生難以接受的噪音所以DN25不適合此應(yīng)用按40m/s算最小出口面積=0.0888\40=0.00222m2根據(jù)計(jì)算結(jié)果，應(yīng)選用DN65閥門DN25的控制閥出口面積為0.00049m279控制閥口徑出口面積m2DN150.00018DN200.00031DN250.00049DN320.00080DN400.00126DN500.00196DN650.00332DN800.00500DN1000.00785DN125